【评测相关】功耗测试与分析
surface3吧
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雪华三无 楼主
各位好久不见。这回的内容,也是近期的工作重点是,节能减排——嗯,如果你认为一台小本本的功耗有什么节能减排可说,那么请及时关闭页面。
早期的Win10耗电较大,经过长期的改进,现在的预览版Win10,同等条件下的耗电指标已与Win8.1 with update不相上下——当你看到“Win8.1 with update”这么长的名字的时候,也许更容易意识到,Win8也是经历过多年大量的改进的。
本次测试分析使用的是红石预览版build 14332,现在最新的预览版已经到了build 14352,这篇文章在我这里也是扣了满久的。
2016年06月03日 15点06分 1
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雪华三无 楼主
设备的功耗,分三种工况考虑——空闲状态、负载状态和卸载状态。
空闲状态是设备较长时间不使用(无操作,无明显负载),但又不关机或休眠的状态。然而,在负载消失后,设备并不会立即进入空闲状态,主要硬件依然时刻准备着处理下一个负载,这便是卸载状态。
各种使用场景,只要不关机,无非就是在这三种工况之间交替切换。
进行测试首先要控制测试条件:连接原装键盘,其他接口未使用,仅运行测试和记录所需的软件,节电模式(禁止Modern应用后台运行),飞行模式(关闭WLAN和蓝牙),关闭“你好小娜”、自动磁盘整理、超级预读、索引、Defender。
2016年06月03日 15点06分 3
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雪华三无 楼主
首先测试的是空闲状态。空闲状态里又存在三种情形——亮屏空闲(这里选择最低亮度);CS状态(Connected Standby);关屏空闲(不常用)。早期的Win10空闲功耗比Win8高出很多,而如今已经接近甚至略低于Win8的水平。
亮屏空闲和关屏空闲功耗均使用AIDA64持续监测功耗,每15秒采集一次数据(采样频率应适当,过高或过低都不好),取进入空闲状态稳定后的功耗,这在测试中发生在停止操作4分钟之后。CS状态功耗取进入CS状态3小时以上的SleepStudy结果。
锁定不同的CPU主频进行测试,发现CPU主频对空闲功耗没有可见影响,因此上面的结果只列一栏。
值得注意的是,空闲功耗与后台任务情况关系密切:如果你的电脑里安装了丰富多样的“安全”软件,就不要问为什么续航短了,自找的;如果开启了任意一项或几项在CS状态下工作的功能,比如WLAN或关屏播放,CS状态的功耗都会大幅提高,但苏菲笔的蓝牙连接有可能不在此列。
如果对系统自带的后台行为进行更多的恶性精简,功耗尚有少量下降空间,但这存在一定的风险,且不在本文讨论范围内。
2016年06月03日 15点06分 4
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雪华三无 楼主
接下来测试的是负载状态和卸载状态,这里采用AIDA64烤机功能进行加载(单烤FPU)和卸载,并持续监测功耗。由于熄屏测试操作比较复杂而相应场景很少出现在使用中,这里仅测试亮屏时的功耗。将CPU主频锁定在不同的值,对比测试结果。
首先是设备的卸载过程:在命令停止加载后,不再进行任何操作,发现会有1到2分钟时间(如果仅使用触屏则1分钟,使用了键盘则2分钟)功耗较高且不太稳定;随后功耗下降到一个稳定值并持续一会儿;在最后一次操作4分钟之后进入前述的空闲稳定状态。
可见操作会引起额外的功耗并持续到停止操作后的一段时间。考虑到空闲状态和负载状态的测试都是在没有操作的情况下采集的稳定功耗数据,卸载状态测试宜同样排除操作的影响,因此在卸载测试中仅使用触屏操作,取最后一次操作之后1分钟到4分钟之间的稳定功耗。
下面是负载和卸载功耗测试结果和图表
我说一下这里的N,也就是图表的横坐标是测时的倍频,苏菲3这套8700的SoC,外频是80MHz,最低主频480MHz,即6倍频;默频是20倍频1.6GHz;最高睿频是30倍频2.4GHz。N=0的数据是卸载状态的功耗,不同的CPU主频(卸载状态仅测试了6~19倍频,未测试固定基频和强制睿频的结果)卸载状态功耗无可见差异。
从图中可以看出,CPU功耗和整机功耗曲线接近平行,非CPU功耗(naCPU)随着主频的提升上升很小。6到19倍频功耗和性能基本为线性变化,且卸载功耗在这条直线的反向延长线上;从19倍频到20倍频(默频)功耗突然增大;之后的睿频段功耗也近乎直线,斜率比6到19倍频要高,但不及19到20倍频的突增斜率。
上面的结果比较令人意外,尤其是19到20倍频的功耗陡增,你若问我为什么,我只能回答你这个要问Intel才知道,我甚至无法肯定另一台苏菲3会不会得出完全不同的结果。随后我又用7-zip(一款压缩软件)的基准测试功能加载进行校核,由于压缩解压运算以整数运算为主,功耗比烤FPU低得多,但趋势和上面一样,0到6到19倍频呈直线,然后基频陡坎,之后睿频直线。
和空闲功耗不同的是,负载功耗在很大程度上是硬件的性质,与系统版本甚至系统环境关系会比较小,哪怕后台跑着几个全家桶,也无非是和烤机抢性能,总的负载变化不会太大。
2016年06月03日 15点06分 5
我觉得可以叫上一个人@硬件超级爱好者 如何看待这样的结果?我怀疑8500甚至8300在某种意义上其实也不差
2016年06月07日 13点06分
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雪华三无 楼主
下面我们讨论使用场景。
⑴强调性能的持续重负载,典型的如游戏和大规模计算,而且,你希望游戏希望帧率越高越好,计算越快越好,追求无止境,那么续航的事情就不要想太多了,台式机才是最佳选择。
⑵持续中等负载,比如看不太大的视频,或者玩不太吃配置的游戏,而且希望功耗尽可能低。
⑶频繁断续负载,典型的轻度使用场景,你的操作会引发负载,比如拖动、缩放、加载页面;然后操作完成了页面开好了,你停下来阅读和思考,设备会处于卸载状态,如果在一个页面停留很久,设备还会进入空闲状态。
场景⑴里我强调了“而且,追求无止境”,哪怕是原本不吃配置的游戏,如果你追求一千、一万甚至十万的帧率都不会满足,那么同样可以进入场景⑴,而场景⑵则强调了“够用”。
场景⑵中CPU不满载(否则意味着性能不够用),相当于在负载和卸载状态之间快速切换,性能仅影响占空比,在相同时间内所完成的事情是一样的(比如1秒输出30帧视频)。
场景⑶强调的是定量负载,在性能可以接受的前提下(对操作的响应和页面加载速度不应慢到无法接受),无论快慢,所完成的事情是一样的。
场景⑴我们不谈,那是台式机的事情。场景⑵和⑶可以看到一个重要的共同点——完成的事情是一样的。在这样的场景下看功耗,关注的重点就不是单位时间消耗了多少电能,而是执行一定的工作量消耗的电能,也就是能效比。

如何评价
能效比,一个常见的指标是当量每指令能耗,然而这个指标,你去测试试看。那么本次测试关心什么,既然我们可以控制CPU以指定的主频运行,我们实际上关注,不同的主频其能效比有何差异,能效比最佳的主频是多少。
从“完成的事情是一样的”这个角度来考虑:可以使用较低的性能,负载状态的功率比较低,花费较长的时间完成;或者付出较高的功率换取较高的性能,迅速完成任务后,进入低功率的卸载状态。
注意,完成任务后是进入卸载状态,或是进一步进入空闲,甚至于做完事情就关机,分析结果都可能有所区别,本文仅分析进入卸载状态的情形。前面测试表格中的“评价值”一列就计算了这个能效性质,数值越大意味着能效比越差,怎么算的就不阐述了,你们可以自己算。
在表格上可以看到,6到19倍频的评价值差别不大,考虑到功耗测量误差的存在,认为该区间内能效比差不多;而从20倍频开始,评价值迅速上升,能效比恶化。
2016年06月03日 15点06分 6
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雪华三无 楼主
最后,说说优化。前面分析了,6到19倍频能效比差不多,继续升高频率能效比恶化,所以当然选19倍频,性能较高,响应迅速;此外如果考虑进入空闲或者完事就睡眠,19倍频的优势将更加突出。
但是,谈论能效比的前提是基于场景⑵和⑶,要求性能够用,如果19倍频性能不够用呢?如果是使用者自己进行管理那容易,平时锁19倍频,打游戏的时候解锁。
然而如果有人伸手要一个“优化好”的系统,希望它能自动判断使用场景呢?同样一个游戏,有人30FPS就流畅,有人60FPS才起步;同样的计算任务,有时我希望尽快出结果,有时我会吃顿饭再回来看结果。四海皆准的优化,本来就不存在。
回过头来看看,微软的优化做的怎么样?讲真,不好。虽然说做到四海皆准是不可能的,但是……
系统默认的CPU行为并不复杂,空载时降到最低频率,出现较大负载时迅速提升至最高睿频。这样主要存在两个问题:
⑴空闲状态CPU性能极低,在突发输入或负载时处理的延迟较大,会出现卡顿——没错苏菲论性能绝没有差到会卡的程度,但是最低主频太低。
⑵有负载时轻易睿频,工作能效比不佳——其实这也没办法,一个程序即使整体上任务并不重,编程时也不可能大量插入等待函数人为分散负载,因此瞬间重载往往成为必然,而系统也不可能判断使用者对所运行的程序提出的需求,所以出现“碰一下就睿频”的现象。
作为一款通用操作系统而言,Windows的设置并没有什么问题,毕竟Windows不是专为Cherry Trail而设计;但是作为苏菲3的制造商,有关团队对出厂预装的系统,应该还是可以做些什么的。
2016年06月03日 15点06分 7
level 8
赶上直播
2016年06月03日 15点06分 9
都后记了已经结束了2333333
2016年06月03日 15点06分
level 14
雪华三无 楼主
要说赶上直播这件事情,非广告菌莫属[阴险]
2016年06月03日 15点06分 10
level 8
我觉得台电如果能用到coreM 70%的性能,微软用到100%的8700性能那么surface3也不会比台电的core M差吧,小程序猿一枚,小到中型项目用surface3完全无压力
2016年06月03日 15点06分 11
要在不采取运算浪费的情况下把4核CPU发挥到100%,对开发者来说也不容易啊
2016年06月03日 16点06分
level 1
FinFET体质不稳定性是很高的,可能源于立体Fin的不一致性……所以即便是x7 8700之间的能效差距也是巨大的……我的sf3 aida64 fpu烤鸡2.4ghz仅需要4.2-4.4w
2016年06月07日 14点06分 12
至于8300,那体质简直差的无边……可能可以和x7拉出2-3x的能效差距。
2016年06月07日 14点06分
[惊哭]比我的好这么多
2016年06月07日 14点06分
level 1
相信等到Mac装上Win的续航表现跟OS X一致,就不再会被吐槽电源管理了。
2016年06月07日 23点06分 13
我也顺便了解了一下OSX的情况,可以肯定的是,OSX对性能的发挥的确控制得比较多,偶尔(在需要性能而系统没有检测到依然保持省电的时候)会有慢的感觉,但这种机会不多,优化得还是比较好的。
2016年06月08日 09点06分
至于续航表现,我认为其他win设备续航表现提高到Mac的机会更大。Mac装win需要boot camp提供驱动,虽然主要硬件驱动来自各硬件厂商,但里面也包含苹果提供的驱动,其中就包含与显示屏和性能管理相关的部分。苹果在驱动上随便少给一些优化,就能让win永远耗电快。
2016年06月08日 09点06分
过去就有过Mac装win风扇控制出问题的情况,用户不得不使用第三方软件进行控制。当然这个是bug,不过也证明了苹果对Mac上装win的体验具有很大的控制权。可见在Mac设备上比较两家系统,看似公平,其实是苹果的主场。
2016年06月08日 09点06分
@雪华三无 驱动的问题确实是根本,实质是对付一群OEM的MS VS 单独定制的Apple(还有反过来的逆优化/不优化);相比使用续航,个人也比较在意待机续航(手机也是),30天待机的神话不知道微软能不能实现,至少我用的chromebook还不够优秀,但也甩win一截(虽然系统体量也不同)。
2016年06月08日 10点06分
level 12
好评测,支持楼主。👍
---贴吧极速版 For UWP
2016年06月08日 23点06分 14
level 11
[怒][鄙视]说的又想升insider了。。然而insider的flash看a站卡啊。。。
2016年06月09日 05点06分 15
level 1
请问楼主,我用的是win10的surface3,为何睡眠耗电那么快,一小时1%,我没有装任何桌面软件,全部都是app
2016年06月16日 09点06分 16
一小时1%是常见问题,你可以尝试睡眠前开飞行模式
2016年06月16日 10点06分
我看贴吧的人都是win8.1一晚睡眠才2%,不知道有什么地方需要设置?
2016年06月16日 13点06分
回复@FayFive :8.1默认有2小时休眠而已 来自升Win10会卡干脆不让升的露米娅820
2016年06月16日 14点06分
@雪华三无 我还以为好像ipad那样省电[呵呵]
2016年06月16日 14点06分
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