Stromverbrauch und Effizienz aktueller ARM-CPUs

[Sebastian Krause]

Hallo!

In den letzten Wochen liest man immer häufiger, dass Hersteller wie
Freescale nun auch ARM-basierte SoC-Lösungen für Netbooks planen, um
dem Intel Atom Konkurrenz zu machen.

Hauptargument dabei ist ja immer, dass ARM-Prozessoren deutlich
effizienter mit der Energie umgehen und bei gleicher Performance
deutlich weniger Strom verbrauchen. Klingt ja alles schön und gut,
nur leider fehlen mir da die Zahlen. Ich kenne mich mit
Embedded-Prozessoren nicht wirklich aus und das ist es erstmal
schwierig, überhaupt einen Überblick über die Vielfalt von ARM zu
bekommen. Auch kann man Google kaum Vergleiche zu anderen
Plattformen entlocken. Was mich daher interessieren würde, kennt
jemand gute Vergleiche zwischen Atom-CPUs und aktuellen ARM-SoC [1]
hinsichtlich:

- Performance-Benchmarks (z.B. für Netbooks)
- Stromverbrauch, und zwar CPU und Chipsatz zusammen (bei den
schlechten Chipsätzen für Atom sollte ein gut designter SoC
sicherlich gewinnen).
- Performance pro Watt. Da soll ARM ja angeblich unschlagbar
sein. Leider habe ich noch nie Vergleichszahlen zu x86 oder PPC
gesehen.

Sebastian

[1] Als Beispiel http://www.linuxdevices.com/news/NS3522920675.html?kc=rss

[Frank Schletz]

Post by Sebastian Krause
Hallo!
In den letzten Wochen liest man immer häufiger, dass Hersteller wie
Freescale nun auch ARM-basierte SoC-Lösungen für Netbooks planen, um
dem Intel Atom Konkurrenz zu machen.
Hauptargument dabei ist ja immer, dass ARM-Prozessoren deutlich
effizienter mit der Energie umgehen und bei gleicher Performance
deutlich weniger Strom verbrauchen. Klingt ja alles schön und gut,
nur leider fehlen mir da die Zahlen. Ich kenne mich mit
Embedded-Prozessoren nicht wirklich aus und das ist es erstmal
schwierig, überhaupt einen Überblick über die Vielfalt von ARM zu
bekommen. Auch kann man Google kaum Vergleiche zu anderen
Plattformen entlocken. Was mich daher interessieren würde, kennt
jemand gute Vergleiche zwischen Atom-CPUs und aktuellen ARM-SoC [1]

<snip>

Hm, ich erinnere mich nur an einen Bericht über eine Messe-Vorführung,
bei welcher ein ARM-Prozessor mit der Abwärme eines Intels
(über Peltier-Element) betrieben wurde. Weis jedoch nicht mehr, wann das war.

[Sebastian Krause]

Post by Frank Schletz
Hm, ich erinnere mich nur an einen Bericht über eine
Messe-Vorführung, bei welcher ein ARM-Prozessor mit der Abwärme
eines Intels (über Peltier-Element) betrieben wurde. Weis jedoch
nicht mehr, wann das war.

Naja, einen Atom könnte man wahrscheinlich auch über die Abwärme
einer Vierkern-Desktop-CPU laufen lassen. Viel interessanter ist
aber:

- Wie sieht der Stromverbrauch aus, wenn man eine ARM- und eine
x86-CPU mit gleicher Performance vergleicht?
- bzw. wie ist die Performance, wenn die CPUs ungefähr den gleichen
Stromverbrauch haben?

Neulich gab es ein paar Benchmarks im Netz, wo jemand einen
20-Watt-VIA-Nano mit einer Atom-CPU mit 4 Watt TDP vergleichen hat
und beeindruckt feststellte, dass der Nano doch ein wenig flotter
ist. Bestwerte in Performance pro Watt fände ich deutlich
beeindruckender.

[Arno Welzel]

Post by Sebastian Krause

Post by Frank Schletz
Hm, ich erinnere mich nur an einen Bericht über eine
Messe-Vorführung, bei welcher ein ARM-Prozessor mit der Abwärme
eines Intels (über Peltier-Element) betrieben wurde. Weis jedoch
nicht mehr, wann das war.

Naja, einen Atom könnte man wahrscheinlich auch über die Abwärme
einer Vierkern-Desktop-CPU laufen lassen. Viel interessanter ist
- Wie sieht der Stromverbrauch aus, wenn man eine ARM- und eine
x86-CPU mit gleicher Performance vergleicht?
- bzw. wie ist die Performance, wenn die CPUs ungefähr den gleichen
Stromverbrauch haben?
Neulich gab es ein paar Benchmarks im Netz, wo jemand einen
20-Watt-VIA-Nano mit einer Atom-CPU mit 4 Watt TDP vergleichen hat
und beeindruckt feststellte, dass der Nano doch ein wenig flotter
ist. Bestwerte in Performance pro Watt fände ich deutlich
beeindruckender.

Der Nano braucht 20 Watt? Das muss ein Irrtum sein. Ein Atom N270 hat
übrigens auch nur eine TDP von 2,5 Watt und selbst der miese
945GSE-Chipsatz begnügt sich mit 6 Watt TDP - und das sind alles
theoretische Maximalwerte, auf die die Kühlung ausgelegt sein muß. In
der Praxis sind die Dinger eher sprsamer.

Dazu passt auch, daß mein Netbook mit eben dieser Ausstattung und 58
Wh-Akku rund 5-6 Stunden bei Nutzung von Web und ein bisserl Office
läuft, was zum Gesamtverbrauch von etwa 10 Watt inkl. Display, WLAN und
Festplatte passt.

Allein die CPU ist da auch nicht das Problem - eher die übrigen
Komponenten, allen voran die Display-Beleuchtung.

[Arno Welzel]

Post by Arno Welzel

Post by Sebastian Krause

Post by Frank Schletz
Hm, ich erinnere mich nur an einen Bericht über eine
Messe-Vorführung, bei welcher ein ARM-Prozessor mit der Abwärme
eines Intels (über Peltier-Element) betrieben wurde. Weis jedoch
nicht mehr, wann das war.

Naja, einen Atom könnte man wahrscheinlich auch über die Abwärme
einer Vierkern-Desktop-CPU laufen lassen. Viel interessanter ist
- Wie sieht der Stromverbrauch aus, wenn man eine ARM- und eine
x86-CPU mit gleicher Performance vergleicht?
- bzw. wie ist die Performance, wenn die CPUs ungefähr den gleichen
Stromverbrauch haben?
Neulich gab es ein paar Benchmarks im Netz, wo jemand einen
20-Watt-VIA-Nano mit einer Atom-CPU mit 4 Watt TDP vergleichen hat
und beeindruckt feststellte, dass der Nano doch ein wenig flotter
ist. Bestwerte in Performance pro Watt fände ich deutlich
beeindruckender.

Der Nano braucht 20 Watt? Das muss ein Irrtum sein. Ein Atom N270 hat

Ok, gerade nachgesehen - er braucht je nach Taktfrequanz sogar noch mehr
(TDP 25 W bei 1,8 GHz).

Der VIA Nano mit 1,6 GHz (L2200) hat eine TDP von 17 W - also fast das
siebenfache des Intel N270 mit 2,5 W und immer noch mehr als das
Doppelte der Kombination N270 und 945GSE - und einen Chipsatz für den
Betrieb des Nano braucht man ja trotzdem noch.

Wenn man die Ergebnisse diverser Tests auf
<http://www.epiacenter.de/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=256&page=9>
anschaut, ist der Unterschied zwischen VIA Nano mit 1,8 GHz und Intel
Atom N230 mit 1,6 GHz nicht so aufregend und nur auf bestimmte Bereiche
beschränkt. Gemessen an der dafür fünffach höheren TDP des Nano eher
enttäuschend.

[Dirk Ohme]

Sebastian Krause schrieb im Newsbeitrag

Post by Sebastian Krause
Hauptargument dabei ist ja immer, dass ARM-
Prozessoren deutlich effizienter mit der Energie
umgehen und bei gleicher Performance deutlich
weniger Strom verbrauchen.

Ja ... und wo ist jetzt Dein Problem? Die Artenvielfalt bei den
ARM-Prozessoren? Nun, über die Entstehung der ARM-Prozessoren könntest
Du Dir zunächst einmal den Wikipedia-Beitrag durchlesen, dann hättest
Du schon eine Grundlage:
http://de.wikipedia.org/wiki/ARM-Architektur

Der nächste Punkt ist der: ARM ist vom Konzept nicht vergleichbar zu
Intel x86. Vielmehr bedeutet "ARM" erstmal eine Art Baukasten - bspw.
ein ARM-9-Core wird mit den unterschiedlichsten I/O- und DMA-Chips und
Cross-Bars in einem Gehäuse verbaut, mit unterschiedlichen SRAM,
NAND/NOR-Flashes, usw., so dass Du am Ende eine riesige Auswahlmenge
hast.

Die Frage bei ARM ist nicht "welche CPU?", sondern "was muss sie
leisten?" - was an I/O, Feldbussen, usw. Und ausgehend davon und der
Frage, was an Speicher angebunden werden muss, usw. usw. ... wählt man
sich durch die Ebenen und kommt dann bei einem Hersteller der Wahl an
die CPU für den *eigenen* Zweck. ARM-CPUs werden also i.d.R.
zweckgebunden gekauft, wohingegen Intel x86-CPUs für universellen
Einsatz verwendet werden.

Die beiden Welten 1:1 vergleichen zu wollen, finde ich aber unsinnig -
für das, was so eine typische ARM-CPU alles mitliefert, müsste man bei
x86 erstmal kräftig nachrüsten und dementsprechend bei der
Leistungsaufnahme berücksichtigen: Üblich sind so 3-5 UARTs, ein oder
mehrere SPI, I²C-Bus, CAN-Bus, ein oder mehrere Ethernet-Transceiver,
eine handvoll mit dutzend DMA-Kanäle, TFT/LCD-Interface,
CMOS-Kamera-Interface, Interface für Touch-Screen, usw.

Auf der anderen Seite sind die ARM Prozessoren immer noch in einem
Taktbereich deutlich unterhalb der x86-Klasse. Und was für ein
Benchmarking willst DU dann fahren? WinWord? Excel? Irgendein Game?
Browsen im Internet?

Post by Sebastian Krause
- Performance pro Watt. Da soll ARM ja angeblich
unschlagbar sein. Leider habe ich noch nie
Vergleichszahlen zu x86 oder PPC gesehen.

Was bringt Dir das? Bestätigt Dich das in einer Entscheidung? Oder
wozu soll es gut sein?

Du kannst von mir aus fertige Systeme gegeneinander testen - aber
einzelne CPUs ohne Umgebung/Chipsatz, usw., wozu soll das gut sein?
Das artet nur in Glaubenskriege aus ...

Gruß, Dirk

[Sebastian Krause]

Post by Dirk Ohme
Sebastian Krause schrieb im Newsbeitrag

Post by Sebastian Krause
- Performance pro Watt. Da soll ARM ja angeblich unschlagbar
sein. Leider habe ich noch nie Vergleichszahlen zu x86 oder PPC
gesehen.

Was bringt Dir das? Bestätigt Dich das in einer Entscheidung? Oder
wozu soll es gut sein?

Es ist nur aus Interesse. Was du oben hinsichtlich ARM-CPU-Baukasten
etc. erzählt hast, ist mir alles bekannt. Mein Problem ist, dass ich
nirgens sinnvolle Informationen finden, was so etwas dann an Strom
verbraucht. Nehmen wir also mal ein ARM-SoC an, das für eines der
geplanten Netbooks auf ARM-Basis konzipiert. Mit was für einem
Stromverbrauch muss man dabei rechnen (idle und Last)? 1 Watt? 10?
Und dabei rede ich nicht nur vom CPU-Kern, weil ja der ganze
Chipsatz üblich gleich mit intergriert ist. Und wie schnell würde
das ungefähr sein, wenn man es z.B. mit einem Atom vergleichen will
(für alles, was man üblich auf einem kleinen Desktop benutzen
würde)? Gibt es überhaupt ARM-CPUs, die mit einem Atom mithalten
können?

Post by Dirk Ohme
Du kannst von mir aus fertige Systeme gegeneinander testen - aber einzelne
CPUs ohne Umgebung/Chipsatz, usw., wozu soll das gut sein?

Gar nicht, deswegen fragte ich in meinem Posting doch auch nach
CPU-Chipsatz-Kombination (bzw. inklusive allem, was dazu
gehört). Insbesonere deswegen, weil bei den Atom-Systemen der
Chipsatz schon mehr Strom als die CPU verbraucht.