Legales Doping

Windows hat es, die Grafiktreiber haben es, die Hilfsprogramme vieler Notebook-Hersteller ebenfalls, und auch Linux und Mac OS: unübersichtliche, teilweise scheinbar widersprüchliche Optionen zum Energiemanagement. Weil die Automatiken nicht in jedem Fall optimal funktionieren, verhelfen kleine manuelle Eingriffe dem Notebook zu längerem Atem.

Im Idealfall hängen Notebooks nur über Nacht am Stromnetz und laufen dann den ganzen Tag, sodass man ihre Netzteile gar nicht mit umhertragen muss. Doch davon sind die meisten Notebooks noch weit entfernt, sodass jeder Zugewinn an Laufzeit nutzt. Bei der Konfiguration der Stromsparmaßnahmen warten eine Vielzahl komplizierter Fragen auf den Anwender: Bei welchem Takt läuft der Prozessor am effizientesten? Welchen Stromsparmodus soll der Grafikchip nutzen? Wann deaktiviert man Bluetooth und WLAN? Lohnt es gar, wie bei einigen Notebooks möglich, im Akkubetrieb LAN, PC-Card-Controller und FireWire abzuschalten? Ein Blick auf die Leistungsaufnahme der einzelnen Komponenten des Notebooks hilft bei der Antwort, doch die Verteilung hängt wiederum davon ab, was der Rechner gerade zu tun hat.

Bei normalen Büroarbeiten wartet er meist auf Benutzereingaben, sodass sich viele Komponenten in Ruhezuständen befinden. Die Leistungsaufnahme des Notebooks liegt dann bei etwa 20 Watt; sparsame Kandidaten kommen mit 15, Subnotebooks mit etwa 12 Watt aus. Schlecht konzipierte Notebooks oder die meisten mit großen Displays liegen bei etwa 25 bis 30 Watt. Ein Drittel davon benötigt der Bildschirm, je etwa zehn Prozent fließen zu Prozessor, Chipsatz (inklusive Speicher-Controller und Schnittstellen), Grafikkern und Festplatte. Weitere Komponenten wie Speicher, Lüfter oder DVD-Laufwerk sind im Vergleich dazu vernachlässigbar.

Durchschnittliche Leistungsaufnahme von Notebook-Komponenten bei verschiedenen Aufgaben

Wenn der Prozessor viel zu tun hat, steigt seine Leistungsaufnahme immens an, bei aktuellen Mobilprozessoren beispielsweise um etwa 25 bis 35 Watt. Auch der Spannungswandler zieht dann etwas mehr. Die Prozessoren mit variablem Takt lassen sich auf ihren niedrigsten Takt begrenzen und kommen dann unter Volllast mit weniger als zehn Watt aus – rechnen allerdings langsamer. Bei grafischen Anwendungen – dazu zählen 3D-Spiele und Videos, nicht jedoch Bildbearbeitung – hat der Grafikkern ordentlich zu tun. Mit wenigen Watt geben sich die in Chipsätze integrierten Grafikkerne recht genügsam, doch einige der separaten Grafikchips von Nvidia und ATI kommen in die Größenordnung des Hauptprozessors.

Prozessor

Die Leistungsaufnahme moderner Mobilprozessoren liegt beim Nichtstun sehr niedrig. Mit zahlreichen Stromsparmodi kommen Intels Pentium M und Core Duo unter ein Watt, AMDs Turion 64 und 64 X2 liegen bei etwa zwei Watt. Etwas schlechter kommen Celeron M und Sempron weg, auch weil die Herstellern ihnen oft – manchmal allerdings auch dem Turion 64 – billige Spannungswandler und ineffiziente Chipsätze zur Seite stellen oder bei der Implementierung der Stromspartechniken schlampen. Aber auch diese Kombinationen sollten deutlich unter fünf Watt liegen. Lediglich die Desktop-Prozessoren Pentium 4 und Athlon 64 lassen sich (inklusive Spannungswandler) kaum unter zehn Watt betreiben.

Der Anwender sollte darauf achten, dass beim Nichtstun wirklich kein Programm oder Hintergrunddienst arbeitet. Vor allem sollte man auf Bildschirmschoner verzichten, die Animationen oder Laufschriften anzeigen statt das Display auszuschalten – leider installieren auch Hersteller wie Asus oder Acer bei einigen Notebooks derartige im Akkubetrieb unakzeptable Stromfresser.

Energieschemas von Windows Schema (dt.) Schema (engl.) Takt im Netzbetrieb Takt im Akkubetrieb Desktop Home/Office Desk maximal automatisch Tragbar/Laptop Portable/Laptop automatisch automatisch Präsentation Presentation automatisch gedrosselt Dauerbetrieb Always On maximal maximal minimaler Energieverbrauch Minimal Power Management automatisch automatisch minimale Batteriebelastung Max Battery automatisch gedrosselt

Bei den Prozessoren mit dynamischer Taktumschaltung (Pentium M, Core Duo, Turion 64, Sempron) hängt die Effizienz dieser Schlafmodi davon ab, ob er sich mit vollem oder reduziertem Takt schlafen legt. Bei reduziertem fällt zusätzlich die Kernspannung, wodurch erst die Leistungsaufnahme deutlich sinkt. Windows ordnet dazu jedem der vordefinierten sechs Energieschemas je einen Taktreduzierungsmodus für den Akku- und einen für den Netzbetrieb zu. Bei "Dauerbetrieb" (engl. Always On) behält der Prozessor seinen maximalen Takt; empfehlenswert sind im Akkubetrieb daher nur die anderen fünf Schemas.

Die Leistungsreduzierung unter Volllast bringt einen dramatischen Laufzeitgewinn, sie gelingt mit den Energieschemas "Präsentation" und "Minimale Batteriebelastung". Das macht sich aber nur dann bezahlt, wenn man auf das Ergebnis seiner Berechnung nicht oder nur unwesentlich warten muss, also beispielsweise bei einer Rechtschreibkorrektur im Hintergrund oder bei schnell ablaufenden Bildbearbeitungsfiltern. Auch beim Fernsehen oder Videogucken mag die gewonnene Laufzeit ein paar Ruckler wett machen.

Bei Videobearbeitung oder anderen Arbeiten mit ständig hoher Rechenlast frisst jedoch die hohe Grundlast des Notebooks den Spareffekt wieder auf: So sank bei einem Notebook mit Core Duo T2600 (2,16 GHz) durch die Taktreduzierung die Leistungsaufnahme zwar von 52 (beide Kerne unter Volllast) auf 26 Watt (ein Kern mit 1 GHz), sodass die Laufzeit von 44 auf 88 Minuten stieg. Aber die absolut geschaffte Rechenarbeit sank: Ein CPU-lastiger Test schaffte bei 2 x 2,16 GHz 96 Durchläufe, bei 1 x 1 GHz nur 45, bis jeweils der Akku leer war. Bei Zweikernprozessoren ist eine interessante Alternative, beide Kerne mit minimalem Takt laufen zu lassen: So erzielte das Testnotebook 82 Durchläufe, benötigte 29 Watt und hielt 80 Minuten durch.

Mit Bordmitteln lässt sich die Zuordnung von Prozessortakt zu Energieschema erst unter Windows Vista ändern [3]; unter 2000 und XP helfen die einigen Notebooks beiliegenden Hersteller-Tools oder Programme wie RMClock und SpeedSwitchXP.

Tools wie RMClock können die Kernspannung des Prozessors senken, doch damit fängt man sich oft Stabilitätsprobleme ein.

Zusätzlich erlaubt RMClock weitere Eingriffe in die Energieverwaltung, die allerdings nicht bei jedem Notebook funktionieren. So kann es die bei einigen Notebooks vorhandene Begrenzung des Prozessortakts im Akkubetrieb aufheben, das Throtteling ein- oder ausschalten und die Kernspannung in den verschiedenen Taktstufen einstellen. Beim Aushebeln der vom Hersteller vorgegebenen Begrenzungen besteht allerdings das Risiko einer dauerhaften Beschädigung des Notebooks, denn vielleicht hat er ja die Drosselung genau deswegen eingebaut, um eine drohende Überhitzung der CPU oder eine Überlastung des Akkus zu vermeiden.

RMClock kann aber auch die Kernspannung in den verschiedenen Taktstufen herabsetzen. Dabei drohen lediglich Instabilitäten und Abstürze, keine bleibenden Schäden. Das hauptsächliche Risiko besteht darin, dass nicht jede aus einer zu niedrigen Spannung resultierende CPU-Fehlfunktion sofort als Absturz sichtbar ist, sondern möglicherweise nur falsche Rechenergebnisse nach sich zieht. Zum Test der Systemstabilität sollte man also die auch bei Overclockern zum Einsatz kommenden Tools nutzen, die ihre Rechenergebnisse überprüfen, beispielsweise Prime95.

Einige dieser Tools können auch die Prozessoren ohne dynamische Taktumschaltung wie den Celeron M drosseln, was entweder durch das Einfügen von Stopclocks (Takte, in denen der Prozessor nichts tut; auch Throtteling genannt) oder die Reduzierung des Frontside-Bustakts gelingt. Die Kernspannung bleibt dabei allerdings unverändert, sodass die Leistungsaufnahme nur unwesentlich sinkt.

Unter Mac OS lässt sich der Prozessortakt der PowerBooks und iBooks mit PowerPC G4 per Systemeinstellungen/Energie sparen/Optionen Prozessorleistung ebenfalls beschränken, indem man dort unter Prozessorleistung "Minimal" einstellt. Die MacBooks bieten so eine Möglichkeit nicht, sondern betreiben den Intel Core Duo immer im automatischen Modus. Uns ist auch per Zusatzsoftware keine Möglichkeit bekannt, den Takt zu beschränken. CoreDuoTemp zeigt immerhin Takt und Temperatur an. Unter Linux übernimmt das Paket cpufrequtils die Steuerung des Prozessortakts [2].

Grafikchip

Als große Stromfresser entpuppen sich die Grafikchips von ATI und Nvidia. Schon ohne aktivierte 3D-Einheit haben einige Notebooks eine um etwa fünf Watt höhere Leistungsaufnahme als vergleichbare Modelle mit Chipsatz-Grafikkern. Der Anwender kann daran nichts ändern, weil offensichtlich Design-Fehler vorliegen.

Intels GMA 900 und GMA 950 haben einige Stromsparoptionen, die allerdings aufgrund der sowieso schon niedrigen Last der Chipsatz-Grafik nur zu geringen Laufzeitgewinnen führen.

Immerhin haben viele der Grafikchips Stromsparfunktionen, die man dann in den Kontrollfeldern von ATI (PowerPlay) und Nvidia (PowerMizer) aktiviert. Im 2D-Betrieb bringen sie meist nichts, doch im 3D-Betrieb, also vor allem bei Spielen, reduzieren sie die Leistungsaufnahme dramatisch. Bei 3D-Spielen halten die meisten Notebooks bestenfalls halb so lange durch wie bei Büroanwendungen, mit eingeschaltetem Grafikchip-Stromsparmodus verliert man nur etwa ein Viertel oder ein Drittel der Laufzeit. Weil Spiele auch eine hohe Prozessorlast erzeugen, sollte man zusätzlich den Prozessortakt wie oben erwähnt beschränken. Allerdings laufen moderne 3D-Spiele spürbar langsamer oder ruckeln, wenn man nicht gleichzeitig Auflösung oder Detailtiefe reduziert. Man muss sich also entscheiden, ob man lieber in schlechter Qualität mit langer Laufzeit oder in voller Pracht mit kurzer Laufzeit spielt. Die Treiber bieten zwar die Möglichkeit, einzelnen Anwendungen und Spielen separate Einstellungen zuzuordnen, doch das betrifft nur Details wie Antialiasing, nicht aber die PowerPlay/PowerMizer-Einstellung.

Bei manchen Notebooks fehlt die Stromsparfunktion des Grafikchips. Leider kann der Anwender nicht feststellen, ob der Treiber sie einfach nur nicht freischaltet oder ob der Grafikchip sie gar nicht kennt. Manchmal hilft dann die Installation von generischen oder gepatchten Mobiltreibern, aber die wiederum steuern bei einigen Notebooks die VGA-, DVI- und TV-Ausgänge fehlerhaft an.

Die Grafikchip-Drosselung ist auch unter den bisherigen Beta-Versionen von Windows Vista nicht in das neue Mobility Center integriert, sondern bleibt eine Option der Grafiktreiber. Einige Notebook-Hersteller nehmen sich dieses Umstands an und integrieren die Grafikchip-Taktsteuerung in ihre Stromspar-Tools. So findet sich in Samsungs Battery Manager eine Option "graphische Leistung". Wenn man bei Acers ePowerMangement die Einstellung "CPU-Frequenz" ändert, beeinflusst das undokumentierterweise auch den Takt des Grafikchips. Wer also das Stromspar-Tool des Herstellers nutzt, sollte überprüfen, ob es nicht auch den Grafikchiptakt umschaltet.

Eine ähnliche Drosselmöglichkeit bieten auch die meisten Chipsatz-Grafikkerne, aber weil sie generell eine niedrige Leistungsaufnahme haben, fällt der Laufzeitgewinn gering aus.

Unter Linux haben die ATI-Treiber einen entsprechenden Schalter, die Nvidia-Treiber nicht. Bei einigen Nvidia-Chips hilft das eigentlich zum Übertakten gedachte, aber auch des Untertaktens fähige Tool nvclock. Mac OS kennt keinen Stromsparmodus für den Grafikchip.

Display

Im Normalbetrieb ist das Display der größte Einzelverbraucher, bietet aber auch die wenigsten Stromsparfunktionen. Der tatsächliche Bildaufbau frisst davon nur etwa 20 Prozent, die übrigen 80 Prozent fließen in die Hintergrundbeleuchtung. Nur wenige Notebooks beispielsweise von Apple und HP regeln die Hintergrundbeleuchtung automatisch per Umgebungslichtsensor, bei allen anderen muss man sie ständig manuell anpassen. Viele aktuelle Geräte erreichen eine maximale Helligkeit von etwa 150 cd/m2, einige Exemplare sogar 200 bis 300 cd/m2, was für Innenräume viel zu hell ist: Dort reichen um 100 cd/m2, in dunklen Räumen noch weniger. So lassen sich leicht 5 bis 15 Watt sparen und gleichzeitig die Augen schonen. Doch Vorsicht: Nicht nur ein zu helles Display kann zu Kopfschmerzen führen, auch ein zu dunkles strengt an.

Die Stromspareinstellungen der Grafikchips verbergen sich in den Kontrollfenstern von ATI und Nvidia.

Viele Notebooks mit Intel-Grafikchip haben etwas versteckt (Systemsteuerung/Intel GMA Driver/Reiter Displayeinstellungen/Knopf Energieeinstellungen) den Schalter Display-Stromspartechnologie. Dadurch wirkt das Bild allerdings etwas unscharf – ausprobieren. Eine ähnliche Option ist auch bei einigen wenigen Notebooks mit Nvidia- oder ATI-Grafik zu finden.

Die Betriebssysteme bieten die Möglichkeit, das Display nach einer einstellbaren Periode ausbleibender Benutzereingaben auszuschalten, Windows beispielsweise per Energieschema oder per Bildschirmschoner. Das spart immens Strom, aber jeder Schaltvorgang verkürzt die Lebensdauer der Hintergrundbeleuchtung. Zudem benötigen die Lampen in der dann folgenden Aufwärmphase wieder mehr Strom. Das Ausschalten empfiehlt sich daher nur, wenn das Display länger aus bleibt, beispielsweise beim Abspielen von Musik. Bei vorhersehbaren längeren Pausen versetzt man das Notebook besser komplett in den Suspend-Modus, was man mit dem Schließen des Deckels verknüpfen kann – einzustellen unter Windows per Systemsteuerung/Energieoptionen/Reiter Erweitert/Auswahlliste "Beim Schließen des Laptops".

Die Zusatz-Tools einiger Hersteller bieten die Möglichkeit, die Display-Helligkeit an ein Stromsparschema zu knüpfen. Das ergibt nur selten Sinn, da in der Praxis die Helligkeit vom Umgebungslicht abhängt und nicht von diesen Schemas. Schon eher erscheint die (allerdings nur bei wenigen dieser Tools vorhandene) Option sinnvoll, das Display nach einer einstellbaren Zeit abzudunkeln, denn so hat der Hersteller eine Chance, einen Kompromiss aus Stromsparen und Lebensdauerminderung zu wählen.

Die LED-Hintergrundbeleuchtung hat sich übrigens noch nicht als Stromsparer erwiesen, sondern sie verbraucht etwa genauso viel wie die herkömmlichen Kaltkathodenlampen. Bei den bislang damit ausgestatteten Notebooks liegen die Vorteile eher in der höheren Helligkeit, dem Wegfall der Aufheizphase, der flacheren Bauform und der höheren Lebensdauer, auch bei häufigem Ein- und Ausschalten.

Die Tastaturbeleuchtungen einiger Apple-Notebooks und der ThinkPads von vormals IBM und jetzt Lenovo kann man übrigens bedenkenlos nutzen, ebenso die USB-Lampen, denn sie ziehen weniger als ein Watt.

Sonstiges

An den übrigen Komponenten zu drehen bringt vergleichsweise wenig. Allerdings sollte man einige Konstellationen vermeiden: Einige USB-Geräte verhindern, dass der Prozessor in seine Schlafmodi fällt, sodass er etwa vier Watt mehr zieht als nötig – ein schwer einzukreisendes Problem, von dem glücklicherweise nur wenige Notebooks betroffen sind. Im Zweifel beobachtet man die Laufzeit mit und ohne die fraglichen USB-Geräte, wobei das Batterie-Symbol von Windows gute Dienste leistet: Es liefert (bei konstanter Last) eine recht zuverlässige Prognose über die zu erwartende Laufzeit.

Ältere WLAN-Chips ziehen beim Suchen nach Verbindungen recht viel Strom, sodass man sie besser ausschaltet, wenn kein AccessPoint in der Nähe ist. Aktuelle WLAN-Chips beherrschen ausgefeilte Stromsparmodi, die meist per Voreinstellung aktiviert sind und es auch bleiben können – nur bei ganz wenigen Verbindungen beeinträchtigen sie die Übertragungsgeschwindigkeit.

Das Ausschalten von FireWire, PC-Card-Controller oder LAN, was einige Hersteller-Tools anbieten, spart bestenfalls ein Watt, bringt also keinen deutlichen Laufzeitvorteil. Im Gegenteil verschwendet man eher einige Minuten Laufzeit bei der Fehlersuche, warum die Schnittstellen nicht funktionieren, wenn man sie doch mal benutzen will, aber vergessen hat, dass man sie abgestellt hat.

Auch das Abschalten der Festplatte bringt wenig, weil moderne Notebook-Platten im Leerlauf eine sehr niedrige Leistungsaufnahme von deutlich unter einem Watt haben (bei Zugriffen ziehen sie um 2 W). Der minimale Laufzeitgewinn wird durch die hohe Anlaufleistung (um 5 W) gemindert, zudem entsteht beim Einschalten eine spürbare Verzögerung. Wie lange die Platte aus bleibt, lässt sich sowieso kaum beeinflussen, weil Windows häufig auch ohne ersichtlichen Grund auf die Platte zugreift. Wirksamer ist ein Abschalten einer eventuell vorhandenen zweiten Festplatte. Die zukünftigen Hybrid-Festplatten mit mehreren Megabyte Flash-Speicher dürften den Plattenmotor sowieso besser komplett selbst steuern [5].

CD- und DVD-Laufwerke schalten von selbst ihren Motor aus und benötigen dann ebenfalls nur vernachlässigbare 0,5 Watt. Doch bei Zugriffen ziehen sie zwischen fünf und zehn Watt, beim Anlaufen sogar bis zu 15. Den Inhalt von häufig benötigten CDs und DVDs sollte man daher möglichst auf die Platte kopieren, wobei Programme zum Erstellen virtueller CD/DVD-Laufwerke helfen können [4]. Das Kopieren von Video-DVDs bringt wiederum wenig, weil die durchschnittliche Leistungsaufnahme des Laufwerks über den gesamten Film im Vergleich zu der von Prozessor und Grafikchip gering ist. Auch die von einigen Herstellern von DVD-Software-Decodern angebotenen Mobility-Packs bringen nur bescheidene Laufzeitvorteile [1].

Ein Blick ins BIOS-Setup bringt nur bei wenigen Notebooks etwas. Falls dort überhaupt Stromsparoptionen vorhanden sind, beeinflussen sie nur den Betrieb unter DOS, nicht aber unter Windows oder Linux. Einige wenige Notebooks verstecken dort einen Schalter für die Reduzierung der Displayhelligkeit oder des Prozessortakts im Akkubetrieb.

Den größten Batzen Energie spart man also, indem man die Displayhelligkeit auf ein noch erträgliches Maß senkt. Die Reduzierung von Prozessor- und Grafikchip-Taktfrequenz unter Volllast bringt viel, wenn man nicht die volle Rechenleistung der beiden benötigt. Auch sollte man sich angewöhnen, bei vorhersehbaren Pausen wie Telefonaten das Notebook in den Suspendmodus zu schalten – moderne Geräte wachen zuverlässig innerhalb weniger Sekunden wieder auf. Auch die Pflege des Akkus ist wichtig [6]. Doch trotz aller Sorgfalt lässt sich im Nachhinein vergleichsweise wenig am Leistungsbedarf optimieren; einen größeren Erfolg erzielt man, wenn man schon beim Kauf des Notebooks auf eine lange Akkulaufzeit achtet und vorzugsweise Modelle mit Chipsatz-Grafik oder optionalem Zweitakku wählt. (jow)

Literatur

[1] Gerald Himmelein, Christoph Hoppe, DVD mit Extras, Elf DVD-Software-Player für Windows, c't 12/05, S. 128

[2] Dominik Brodowski, Licht Aus!, Strom sparen unter Linux, c't 14/06, S. 176

[3] Florian Müssig, Mobile Neuerungen, Windows Vista auf Notebooks, c't 12/06, S. 112

[4] Gerald Himmelein, Axel Vahldiek, CDs auf die Platte, Zehn CD-Emulatoren für Windows, c't 17/02, S. 122

[5] Boi Feddern, Blitzidee, Festplatten mit integriertem Flash-Speicher, c't 15/06, S. 174

[6] Jörg Wester, Kraftquellen, Lithium-Ionen-Akkus entmystifiziert, c't 17/03, S. 170