Joule statt Watt: Ein faires Verfahren zur Leistungsmessung
Mit jeder Hardwaregeneration steigt die Wattzahl bei der Leistungsaufnahme. Wer das pauschal kritisiert, vergisst jedoch, dass die Komponenten auch entsprechend mehr leisten. Wir stellen deswegen eine faire Messmethodik vor, die das Mehr an Leistung berücksichtigt und die wir auch in zukünftigen Tests ergänzend einsetzen werden. So werden CPUs und GPUs besser miteinander vergleichbar.
Um ein genaues Bild der Leistungsaufnahme zu bekommen, brauchen wir eine fest definierte Aufgabe, die eine Komponente zu bewältigen hat. Für unser Beispiel nehmen wir dazu ganz klassisch einen Cinebench-R23-Durchlauf. Andere mögliche Anwendungen wären das Umwandeln eines immer gleichen Videos oder eine Rendering-Aufgabe in Blender. Im Unterschied zur bisher verwendeten Methodik messen wir neben der Leistungsaufnahme auch die benötigte Zeit.
Daraus ergibt sich eine neue Einheit, in der wir die Messergebnisse angeben können: die Wattsekunde oder auch Joule. Den meisten Lesern werden Energieangaben in Joule unter anderem von Lebensmittelverpackungen bekannt sein. Angaben zu einer Menge an Energie werden häufig in Joule angegeben, wobei wir aus dem Alltag auch Wattstunden (Wh) oder besonders von Elektroautos und unserem Stromzähler Kilowattstunden (kWh) kennen. Eine Kilowattstunde entspricht 3.600 Kilojoule.
Bei gleichmäßigen Lasten ist die Messung einfacher
Bei einer gleichbleibenden Last ist die Messung und Umrechnung daher relativ einfach, wir messen die gleichbleibende Leistungsaufnahme während des Tests und stoppen die Zeit. Danach multiplizieren wir die Sekundenzahl mit der Leistungsaufnahme in Watt und erhalten die Energiemenge in Joule.
Eine wichtige Fragestellung ist dabei, ob das Gesamtsystem gemessen wird oder nur die Komponente selbst. Über das Elmor PMD oder Nvidias PCAT wäre auch eine isolierte Messung möglich, für den Vergleich von Systemen ist jedoch die Messung für das Gesamtsystem aussagekräftiger. Für unsere heutige Anleitung messen wir daher das Gesamtsystem, geben aber auch einen Ausblick auf eine individuelle Messung, die besonders für Grafikkarten interessant ist.
Unterschiedliche Systeme werden vergleichbar
Die vollständige Messung des Energiebedarfs an der Steckdose ermöglicht es uns, vollkommen verschiedene Systeme miteinander zu vergleichen. Ein Desktop-Computer mit Ryzen 7 5800X3D etwa lässt sich so mit einem Macbook Air M2 und einem viel leistungsfähigeren System mit Intel Core i9-13900K vergleichen.
Für unseren Vergleich haben wir zwei Notebooks und einige aktuellere Desktop-Systeme durch den Cinebench laufen lassen. Unser Intel-System läuft auf einem Asus Z790 Hero Mainboard mit DDR5-6800 Arbeitsspeicher und aktiviertem XMP-Profil. AMD-Prozessoren haben wir auf einem Asus Crosshair X570 mit DDR4-3600 Arbeitsspeicher ebenfalls mit XMP/DOCP-Profil getestet. Die beiden Notebooks wurden mit angeschlossenem Netzteil und vollem Akku getestet, da dieser in beiden Fällen nicht entfernt werden kann.
Dabei zeigt sich deutlich, wie irreführend ein gewöhnlicher Vergleich wäre. Unser Intel Core i9-13900K schneidet besser ab als ein Ryzen 7 5800X3D, obwohl dieser als besonders effizient bekannt ist und eine geringere TDP hat. Während das Ryzen-System an der Steckdose kaum 200 Watt aufnimmt, sind es bis zu 440 Watt für unseren 13900K-PC. Allerdings ist der Intel-Computer mit seinen 24 Kernen dabei auch mehr als doppelt so schnell. Wer mit beiden Systemen täglich längere Videos bearbeitet, würde mit dem Intel-Rechner über einen längeren Zeitraum sogar deutlich Geld sparen, trotz vermeintlich verschwenderischer High-End-CPU.
Neue Prozessoren sind in der Regel sparsamer
Auch ältere CPU-Generationen schneiden trotz ähnlicher oder sogar geringerer Leistungsaufnahme im Vergleich schlecht ab. Ein Ryzen 2600X wäre heutzutage bei längeren Rendering-Sessions regelrecht verschwenderisch. Am besten schneiden die Notebooks ab. Nicht nur die verbauten CPUs sind auf Effizienz optimiert, auch die restlichen Komponenten werden bei Notebooks anders abgestimmt. Eine Idle-Leistungsaufnahme von 50 Watt ist in diesen Geräten nicht zu sehen, unser Macbook Air schafft sogar weniger als 10 Watt.
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Komplizierter ist es, eine schwankende Last zu messen, etwa das Komprimieren eines Zip-Archivs oder die Leistungsmessung einer Grafikkarte über einen Benchmark hinweg. Hierzu muss zum einen die Messung mit einem sehr kurzen Messintervall von bis zu 1.000 Messungen pro Sekunde stattfinden, die in einer CSV-Datei abgelegt werden. Dann rechnen wir per Python-Skript aus, wie viele Joule pro Messintervall benötigt wurden. Am Ende wird die Energiemenge addiert. Einen solchen Vergleich hat Roman "Der8auer" Hartung erst kürzlich in seinen GPU-Benchmarks eingeführt.
Zusammenfassend können wir sagen, dass neuere Prozessoren durch die höhere Geschwindigkeit schlussendlich günstiger im Verbrauch sind, da Rechenoperationen schneller abgeschlossen werden. Notebooks schneiden noch einmal merklich besser ab, insbesondere Apple Silicon macht weiterhin einen positiven Eindruck. Auf Computerspiele lässt sich die Messmethodik nur teilweise übertragen, hier müssen wir zukünftig per Elmor PMD und Framerate-Cap genauer nachsehen.