«Зеленый» ПК: фантазии об экономичном компьютере

В февральском номере «Домашнего ПК» была опубликована замечательная статья о том, как и насколько можно снизить энергопотребление компьютера, и для чего вообще это нужно делать. Оказывается, мощность среднестатистического ПК составляет 200 Вт. В то же время потребляемая компьютером мощность используется далеко не полностью. Лишь режим максимальной загрузки позволяет задействовать всю вычислительную мощь системы. Для выполнения же большинства задач вовсе не обязательно иметь четырехъядерный процессор, тандем из высокоуровневых видеокарт и десятки гигабайт оперативной памяти. С большинством приложений может справиться и скоромный ПК, потребляющий минимум электроэнергии. К примеру, мощность системы на базе платформы NVidia ION — всего лишь 40 Вт, что в 5 раз меньше по сравнению с мощностью того самого среднестатистического ПК. Как видим, даже на одном компьютере имеем существенную экономию. А если умножить количество сэкономленных ватт на число всех компьютеров в мире, получим колоссальную цифру.

Как снизить энергопотребление ПК? Можно уменьшить расход энергии отдельно взятыми комплектующими: процессором, видеокартой, модулями памяти. Соответствующие технологии, реализованные на аппаратном и программном уровне, уже имеются и используются. Но как показывает практика (вспомнить хотя бы упомянутую в начале статью), все эти меры не приводят к желаемому результату: экономия энергии получается незначительной. Выходом из такой ситуации может быть использование двух домашних компьютеров: одного высокопроизводительного, а другого – экономичного. Первый спроектирован для проведения сложных расчетов, главное в нем – мощность, а энергопотребление – вопрос второстепенный. Второй компьютер призван решать широкий круг повседневных задач, не требующих «тяжелого» аппаратного и программного обеспечения. Он изначально спроектирован на минимальное энергопотребление. Такой вариант позволит развести по «разным углам» два несовместимых параметра – мощность и энергопотребление. Конечно, он вызовет определенные неудобства, связанные с необходимостью переключаться между двумя устройствами и, возможно, синхронизации имеющихся данных. Однако именно такой подход позволит максимально эффективно использовать вычислительные ресурсы компьютеров и минимизировать потребление электроэнергии.  

 

Рис. 1. 

Но что делать, когда все-таки необходимо очень часто или вообще постоянно использовать ПК с максимальной мощностью? Неужели ничего нельзя придумать и следует смириться с неизбежной энергетической прожорливостью компьютера? Уменьшить потребление энергии, не прибегая к замене комплектующих на более экономичные, в данном случае действительно вряд ли удастся. Остается выяснить ответ на вопрос: можно ли каким-то образом минимизировать потери электроэнергии, повысив тем самым КПД всей системы? Не секрет, что мощные процессоры служат мощными же источниками тепловой энергии, которая просто-напросто рассеивается в воздухе. Более того, чтобы нагретый воздух не застаивался в корпусе ПК, применяется дополнительная система охлаждения. Чем мощнее и больше процессоров (как центральных, так и графических), тем больше вентиляторов в ПК, сложнее и массивнее их конструкция. Вместо воздушной иногда применяется жидкостная система охлаждения. Она позволяет снизить уровень шума, но не решает проблему с энергосбережением.

Мощный ПК напоминает мне червячную передачу. Потери на трение в ней настолько велики, что без мощной системы охлаждения ее функционирование невозможно. И при этом все выделяемое тепло – это потери, т.е. энергия, которая никак не используются. Соответственно, КПД червячной передачи очень низкий. Изменить ситуацию к лучшему как в случае с червячной передачей, так и персонального компьютера мог бы принцип рекуперации энергии, т.е. возвращения ее части для повторного использования. Этот принцип нашел широкое применение в различных термических устройствах, а также устройствах рекуперативного торможения. В первом случае за счет тепла отводимого воздуха предварительно подогревается входящий воздушный поток, во втором – кинетическая энергия преобразуется не в теплоту, а в полезные ее виды – механическую или электрическую работу. В обоих случаях наблюдается экономия энергии за счет ее повторного использования, т.е. рекуперации.

Возможно ли применение принципа рекуперации в современном ПК? Иными словами, можно ли с пользой для дела использовать то тепло, которое выделяется процессорами и другими компонентами? Вопрос этот достаточно сложный. Очевидных конструктивных вариантов, как использовать выделяемое тепло, нет. Не трубы же горячего водоснабжения к системному блоку подключать? Хотя если представить себе большой вычислительный сервер-центр с десятком мощных ПК, идея с мини-бойлерной кажется уже не столь сумасшедшей.  
Еще один возможный источник повторной энергии – система вентиляторов, которые гонят потоки воздуха прочь из корпуса. Ну, а что, если на пути этих потоков поставить турбинный генератор? А последний подключить к аккумулятору, питающему видеокарту?

Конечно, на сегодняшний день все это кажется невероятным и не стоящим внимания по причине сложной технической реализации. Но с чего-то надо начинать. Сегодня это сумасшедшие идеи, а завтра – ноу-хау и успешные коммерческие проекты. В соответствии с законом Мура, мощность компьютеров возрастает по экспоненте. Это означает, что через год-два компьютеры будут иметь и двух, и трех киловаттные блоки питания, а для их работы придется прокладывать отдельный кабель от трансформаторной подстанции. Так что проблема энергосберегающих технологий с каждым годом будет все актуальней. Как мне кажется, решаться она будет в нескольких направлениях. Первое – создание экономичных, но относительно малопроизводительных ПК. Второе – внедрение высокоэффективных энергосберегающих технологий в существующие высокопроизводительные компоненты. Третье – поиск принципиально новых систем энергосбережения, в том числе на основе принципа рекуперации энергии.