Ноутбуки дальнего плавания

Термин ноутбук (notebook) так же, как и лэптоп (laptop), пришел к нам из английского языка, а вернее, из американской вычислительной техники вместе с первыми экземплярами американских ноутбуков. Неологизм «лэптоп» у нас не прижился, а вот «ноутбук», наоборот, очень часто используется, особенно в последнее время, когда миниатюрные переносные компьютеры стали предметами повседневного пользования. Однако в русском языке имеется и другой более официальный термин – портативный компьютер.

Если обратиться к толковому словарю, то слово «портативный» (французское portatif, от латинского porto – ношу) означает – небольших размеров, удобный для ношения при себе, для переноски с одного места на другое.

Получается, что портативный компьютер должен быть небольших размеров и удобным для ношения при себе. Так думают и производители ноутбуков. По крайне мере именно этим объясняется их постоянное стремление уменьшить габариты компьютера, сделать его тоньше и легче.

Однако помимо габаритов и веса одним из основных критериев оценки ноутбуков был период автономной работы компьютера. То есть тот интервал времени, которое сможет проработать ноутбук на одном заряде аккумулятора. Время автономной работы определяется энергопотреблением компонентов ноутбука. С точки зрения общего баланса характеристик именно энергопотребление является самым определяющим. Время автономной работы находится в прямой зависимости от мощности системы, ее габаритов, веса и возможностей. Ключ к сердцу потребителя – это одновременное снижение габаритов, веса и энергопотребления.

Первый шаг на этом долгом и тернистом пути сделала компания Intel, выпустившая в 2003 году платформу Centrino. Тогда удалось довести время автономной работы некоторых образцов ноутбуков до рекордно фантастических шести часов.

ДАВАЙТЕ ПОСЧИТАЕМ

Время автономной работы ноутбука, как и любого другого потребителя энергии, определяется очень простой формулой, понятной большинству пользователей, – это частное от деления емкости батареи, измеряемой в ватт-часах (Вт*ч), на среднюю потребляемую мощность в ваттах (Вт).

К сожалению, знание формулы не дает возможности простому неподготовленному пользователю получить информацию о времени автономной работы ноутбука. Не хватает некоторой дополнительной информации. Пользователю не известна ни емкость аккумулятора, ни средняя мощность, потребляемая ноутбуком.

На вопрос в компьютерном салоне, сколько ноутбук работает от батарей, можно получить самые разные ответы – от 3 до 6 часов на одну и ту же модель. Самое интересное, что и то, и другое может быть правдой в отношении одного ноутбука. Все зависит от типа выполняемых задач. При просмотре DVD ноутбук потребляет заметно меньше, чем, например, при написании автором этой статьи.

Давайте разберемся, где же брать информацию. Ответ очевиден – у производителя. Правда, большинство производителей либо совсем не указывают емкость аккумулятора, либо пишут рабочее напряжение и емкость в ампер-часах. Как переводить эти ампер-часы в ватт-часы, большинство, конечно же, не знают.

Но в начале – небольшое разъяснение. Откуда взялись эти загадочные ампер-часы? Из старых добрых пальчиковых аккумуляторов. Зная силу потребляемого устройством (обычно аудиоплеером) тока, можно было поделить емкость, указанную на аккумуляторе (А*ч), на ток (А) и получить время автономной работы. Все это хорошо и удобно, поскольку все пальчиковые аккумуляторы имели одно и то же рабочее напряжение.

В ноутбуках это не так, напряжение аккумулятора может изменяться с интервалом от 10 до 20 В. К тому же различные компоненты ноутбука работают с разными напряжениями. Для упрощения подхода и избегания путаницы перейдем к другой величине измерения емкости аккумулятора – ватт-часы. Она получается простым перемножением емкости в А*ч на величину напряжения в В. Например, аккумулятор с параметрами 14,8 В и 4,4 А*ч имеет емкость 65 Вт*ч.

Типичная емкость штатной батареи бизнес-ноутбука с дисплеем 14–15” составляет 40–50 Вт*ч, тонкие ультрапортативные ноутбуки редко имеют штатные батареи емкостью свыше 30 Вт*ч, и только мультимедийные или игровые ноутбуки снабжаются довольно емкими аккумуляторами от 50 до 90 Вт*ч.

Теперь перейдем к потребляемой мощности. Если производитель обещает вам пять часов автономной работы, то потребляемая мощность ультрапортативных ноутбуков должна быть не больше 6 Вт, для ноутбуков бизнес-класса – не более 10 Вт, для игровых и мультимедийных – не выше 15 Вт. Посмотрим, как все обстоит на самом деле.

КТО СКОЛЬКО «ЕСТ»?

Давайте разберемся, сколько потребляет энергии каждый элемент ноутбука.

Матрица

Бытует мнение, что «ярчайший» потребитель энергии в ноутбуке – жидкокристаллический дисплей. Обвиняют его небезосновательно: в совсем недавнем прошлом дисплеи вкупе с высоковольтными преобразователями, необходимыми для питания флуоресцентных ламп подсветки, «поедали» до 10 Вт мощности. Однако технический прогресс не стоит на месте, и современные 14–15” дисплеи потребляют не более 4 Вт. Правда, если рассматривать ноутбуки с 17” и даже 19” матрицами с повышенной яркостью (400–600 кд/м2), то энергопотребление спокойно может дорасти до 10 Вт. В ультрапортативных моделях зачастую используются матрицы на низкотемпературном поликристаллическом кремнии, аппетиты которых ограничиваются 2–2,5 Вт. Но не нужно думать, что основное энергопотребление дисплея приходится на лампу подсветки, немало энергии съедают и сами жидкокристаллические элементы. Энергия расходуется на обновление положения и ориентации кристаллов.

Микросхемы

Несомненно, немало «кушают» основные внутренние органы ноутбука – центральный процессор, набор микросхем (chipset), оперативная память и видеопроцессор. Понятно, что интегрированный графический адаптер

потребляет существенно меньше, чем современный 3D-ускоритель с интерфейсом PCI-Express.

В случае интегрированной видеосистемы общее потребление основных микросхем не превышает 3–6 Вт. При хорошо загруженном аппаратном ускорителе можно говорить о 10–12 Вт.

Накопители

Современные жесткие диски хоть и имеют внушительные параметры (емкость под 100 Гб, скорость вращения 5400 или даже 7200 rpm), составляют не самый большой процент энергопотребления. Пиковая мощность составляет 2,5–5 Вт. Обусловлено это компактными двигателями с низким энергопотреблением и возможностью остановки вращения диска при отсутствии обращения к нему.

Кого действительно стоило бы упрекнуть за отсутствие сдержанности, так это оптические накопители. По самым оптимистическим оценкам внутренние устройства при простом воспроизведении DVD тратят 3–4 Вт.

Система электропитания

Многие даже не знают, что еще одним энергоемким потребителем является система электропитания портативного компьютера.

Вспомните блок питания для настольного компьютера. Помните провода желтого и красного цвета? Обычный блок питания компьютера выдает несколько разных уровней напряжения, так как компонентам ноутбука необходим не один, а несколько различных уровней напряжения. Аккумуляторная батарея обеспечивает лишь один уровень напряжения, поэтому в системе электропитания имеются специальные преобразователи напряжения. Как мы знаем, вечных двигателей в природе не бывает, так что не удивительно, что при работе этих преобразователей до остальных частей ноутбука доходит 85–90% от общей емкости аккумулятора.

Система охлаждения

Современные высокочастотные кремниевые микросхемы (центральный процессор, оперативная память, графический процессор) при работе достаточно сильно нагреваются, и для обеспечения работоспособности компьютера их приходится охлаждать. Большинство систем охлаждения используют воздушные вентиляторы, их энергопотребление - около 1–2% от общего количества.

Гости

Мы забыли упомянуть про внешние устройства, которые могут питаться от энергетических ресурсов ноутбука. Современные PCMCIA, Express Card и mini-PCI устройства, несмотря на предусмотренные в их драйверах средства снижения энергопотребления в режиме бездействия, тоже почему-то остаются весьма «прожорливыми» – до 3–4 Вт в случае модемов и Wi-Fi-адаптеров. Не менее расточительны и USB-накопители, некоторые внешние накопители могут потреблять, сказать страшно, до 5 Вт.

Отдельно стоит упомянуть весьма прожорливые беспроводные мыши, а также внешние беспроводные адаптеры (Wi-Fi и Bluetooth).

ПОДВОДЯ ИТОГИ

Давайте попробуем подсчитать, сколько энергии суммарно потребляет ноутбук и на сколько часов автономной работы хватит аккумулятора.

Считаем: для минимально комфортной работы (например, подготовки презентации в офисных и графических пакетах) необходимо около 10–12 Вт. Выходит, что на стандартной 50 Вт*ч батарейке ноутбук сможет проработать не более 4–4,5 часа (для ультрапортативных ноутбуков это время снижается вдвое, поскольку емкость аккумулятора обычно в два раза меньше). В режиме воспроизведения DVD время уменьшается уже до 3 часов.

Трех часов воспроизведения DVD или 4–5 часов работы при минимальной загрузке для большинства пользователей явно недостаточно, тем более что большинство ноутбуков не оборудованы столь мощными батареями (обычно 30–40 Вт*ч). В этом случае время будет еще меньше. Как же можно увеличить время автономной работы вашего ноутбука?

Путь первый – снижение энергопотребления.

Емкость имеющейся в комплекте поставки ноутбука батареи изменить своими силами нельзя. Можно, конечно, докупить дополнительный аккумулятор, но и это не всегда панацея.

Есть другой метод борьбы с «пожирателями энергии» – оптимизация энергопотребления. Давайте посмотрим, как можно снизить потребление энергии основных компонентов ноутбука.

Накопители

На таких компонентах, как жесткий диск, можно экономить, отключая их по прошествии определенного времени бездействия, пользуясь простейшим и самым надежным средством самой операционной системы (Windows XP) – настройками Power Options в контрольной панели. Некоторые ноутбуки позволяют делать то же самое с аудиосиcтемой через фирменные драйверы.

Дисплей

Единственный известный на сегодняшний день способ снижения энергопотребления дисплея – это уменьшение яркости подсветки. Большинство производителей ноутбуков изначально закладывают в свои компьютеры специальное автоматическое понижение яркости на 30–50% при переходе на питание от батареи.

Микросхемы

Современные мобильные процессоры (AMD Turion 64, Intel Pentium M и Transmeta Crusoe) способны динамически подстраивать свою частоту (точнее рабочие точки «частота – напряжение») в соответствии с выбранным режимом энергосбережения. Это означает, что процессор по возможности держится холодным на минимальной частоте и только при высокой вычислительной нагрузке разгоняется до более высоких значений (для Pentium M и AMD Turion 64 это 5–6 рабочих точек).

На далеком от широких масс языке производителей процессоров эти технологии называются AMD PowerNow! и Intel Enhanced SpeedStep.

Практически у каждого производителя ноутбуков имеются фирменные утилиты управления энергосбережением, такие, как ASUS Power4Gear, IBM Battery MaxiMiser, LG BatteryMiser и Toshiba PowerSaver. Как правило, в них реализуются очень похожие схемы. Они более гибкие для выставления времени ожидания, но в отношении управления процессором они практически ничем не отличаются от утилит Intel и AMD.

Видео

Как ни странно, аппаратные ускорители тоже имеют средства экономии энергии. Эти технологи получили название PowerPlay (от ATI) и PowerMiser (от nVidia).

ПЕРСПЕКТИВЫ

Компании-разработчики компонентов портативного компьютера не стоят на месте и постоянно совершенствуют свою продукцию, учитывая при этом проблемы энергопотребления. Компания Intel, например, рассматривает эту проблему, как одну из основных, видимо, поэтому компанией и был выдвинут лозунг «увеличить время автономной работы ноутбука до 8 часов, правда, не немедленно, а только к 2008 году».

Однако первые шаги уже есть. В первой половине следующего года Intel планирует выпустить новый процессор и поддерживающий его набор микросхем для мобильных компьютеров. Новинка, получившая кодовое название Yonah, будет существенно отличаться от своих предшественников. Для ее производства планируется задействовать 65-нм технологический процесс, а сама микросхема получит множество улучшений по сравнению с используемым сейчас процессором Pentium М. Один из плюсов Yonah – пониженное потребление мощности и излучение тепла.

Кроме того, совсем недавно компания Intel представила технологию кеширования с рабочим названием Robson. В основе Robson лежит кеширование часто используемых данных на чипах флеш-памяти NAND суммарной емкостью от 64 Мб до 4 Гб. Помимо ускорения загрузки эта технология позволяет снизить энергопотребление ноутбука за счет сокращения количества обращений к жесткому диску. По заявлению Intel, степень готовности Robson к коммерческому использованию достаточно высока. Поэтому появление ноутбуков, использующих эту технологию, можно ожидать в ближайшем будущем.

Путь второй – улучшение элементов питания.

Литиевое настоящее

В настоящее время в подавляющем большинстве ноутбуков в качестве элементов питания используются литий-ионные (Li-Ion) батареи. Данный вид аккумуляторов обладает целым рядом характерных особенностей.

Помимо того что такой аккумулятор не вечен в принципе, емкость его начинает падать с первых же циклов перезарядки. Это не подвох производителя, а технологическая особенность. Поэтому, кстати, гарантия на аккумулятор, если вы вчитаетесь в паспорт ноутбука, всегда короче, чем на сам компьютер, и составляет полгода, а максимум год.

Литий-ионные батареи можно не вынимать из ноутбука, однако держать их постоянно максимально заряженными тоже не стоит. Оптимальный уровень заряда для долгосрочного хранения батарей составляет 40% от максимума, и чем ниже температура (но не ниже 0 °C), тем лучше. Поэтому открытые батарейные отсеки, позволяющие легко извлечь аккумулятор, лучше закрытых, в которых даже бездействующая батарея может излишне нагреваться от других компонентов ноутбука.

Форсированная зарядка литий-ионных аккумуляторов, в отличие от их предшественников (никель-металлогидридных), практически невозможна, поэтому приходится мириться с тем сроком, который предусмотрел производитель ноутбука.

Топливное будущее?

Сейчас многие компании, включая и Intel, активно инвестируют средства в разработку перспективных типов аккумуляторов.

На данный момент существует более десятка новых решений, но самыми перспективными являются всего три из них.

Первый – усовершенствованные литий-ионные полимерные элементы. Основная идея – в поиске новых материалов для элементов аккумулятора (например, литий-полимерные аккумуляторы).

Второй – цинковые щелочные элементы с высокой удельной емкостью. Правда, до сих пор не удавалось приспособить их к многократной перезарядке.

Третья – топливные элементы питания (перезаряжаемые батареи, вырабатывающие электроэнергию в процессе химической реакции).

Совсем недавно компания Canon объявила об успешном завершении работы над топливными элементами питания, которые работают на чистом водороде.

Предполагается, что новые элементы питания в ближайшие 3–4 года полностью заменят литий-ионные батареи. Компания представила 3 прототипа – для портативного принтера, цифрового фотоаппарата и мобильных устройств.

Кроме Canon над топливными элементами питания работают Toshiba, NEC и Hitachi. Они уже представили прототипы топливных элементов на метаноле.

Кроме того, обычная литий-ионная технология тоже не стоит на месте и набирает 5–10% удельной емкости в год, и даже сейчас появляются на редкость емкие и компактные образцы.

ИТОГИ

Прочитав статью, вы научились приблизительно оценивать время автономной работы ноутбука, знаете теперь, какие компоненты потребляют больше всего энергии, и, смеем надеяться, сможете применить на практике советы по оптимизации энергопотребления вашего ноутбука.