【Booster PB2400 G3 320MHz Report ---
電源電流測定篇】
フジタ＠コメートＧ３です。
「PLL_CFGリモート設定DIPスイッチ」を増設することにより各種ＣＰＵクロック周波数を手軽に切り換えることが出来るようになったため、以前から考えていた「動作条件と消費電力」の関連性についての実験を行ってみることにしました。
良くあるレポートでは、消費電力の調査はバッテリの持続時間のテストを行うことで行っています。 しかし、バッテリは個体により状態がまちまちで、へたったバッテリもあれば元気なバッテリもあり、測定結果の絶対値は当てになりません。 また、動作条件によって消費電力はかなり変動するはずですが、バッテリ消費量でチェックするためには同一動作条件でバッテリを使いきるまで動かし続けるしか無く、条件の数を増やすほど実験にとんでもない時間が掛かってしまうという問題もあります。
そこで、今回はもっと直接的に、電源電流を測定することによって各種条件間の消費電力の差を調査しました。 これですと、「何時間持つのか」は直接にはわかりませんが、「何をするとどれだけ節電できる」が細かく調べられますので、実際の運用条件を決める際の参考にはしやすいと思います。
■被験PowerBook
今回のReport対象であるPowerBook2400cは、
- 最初期型のPowerBook2400c/180（Comet）
- Booster PB2400 G3 320MHzを装着済
- ハードディスク：ＩＢＭ製DTCA-23240（3.2GB 12.7mm厚）
- メモリ：ADTEC製の96MBを追加実装し合計112MB
また、比較対象として紫山助手のPowerBook2400cにもゲスト参加してもらいました。
こちらの諸元は、
- 中期型のPowerBook2400c/180（Comet）
- NUpowr G3 240/160MHz cahce1MBを装着済
- ハードディスク：ＩＢＭ製DTCA-24090（4GB 12.7mm厚）
- メモリ：ADTEC製の96MBを追加実装し合計112MB
■測定方法
バッテリを抜いた2400cに、一端が切断され定電圧電源と電流計を経由して接続されているＤＣケーブル（紫山助手提供）を用いて電源を供給します。
低電圧電源は２４Ｖに設定、電流のリミットは１．５Ａに設定します。
この状態で2400cを起動させ、各種動作を行っている際の電流の瞬時値を目視えいや観測および気分による平均化を行って記録していきます。
■動作条件
測定時に変化させた動作条件は以下の通りです。
- ＣＰＵクロック周波数（ＰＬＬ逓倍率）
- →３２０ＭＨｚ／２４０ＭＨｚ／１８０ＭＨｚ
- ※ＤＩＰスイッチによりスリープ中に切り換えます。
- バックサイドキャッシュバスレシオ（２次キャッシュ速度）
- →ＣＰＵクロック÷１．５／÷２．０／÷２．５／÷３．０
- ※G3Strip（http://www.246.ne.jp/~kykz/）により切り換えます。
- バックサイドキャッシュ容量（２次キャッシュ容量）
- →１０２４ＫＢ／５１２ＫＢ／０ＫＢ（disable）
- ※G3Strip（http://www.246.ne.jp/~kykz/）により切り換えます。
- プロセッササイクリング
- →通常ＯＦＦ／一部測定でＯＮ
- ※G3Strip（http://www.246.ne.jp/~kykz/）により切り換えます。
- キャッシュスロットリング
- →０wait／５wait／１０wait／２０wait
- ※G3Throttle（http://www.246.ne.jp/~kykz/）により切り換えます。
- ハードディスクの回転
- →回転／停止
- ※Fkey（command+shift+9）により停止させます。
- 液晶バックライトの調整（Finderのidle中のみに行いました）
- →最大光量／最小光量／消灯
- ※調整ボタンにより切り換えます。
■動作内容
測定時に行った動作は以下の通りです。
- Speedometer4.02のＣＰＵテスト連続実行
- →Performance
Ratingの「CPU」のみ連続して動作させます。
- ※これはほとんどＣＰＵと１次キャッシュのみしか動作しません。
- 複数のQuickTimeMovieの同時ループ再生
- →MoviePlayerにて、以下のMovieを同時再生（画面モード：16bit）
- 「だんご３兄弟」320x240 29.97fps
MPEG形式 datarate170KB/s
- 「Colors」320x240 24fps
Sorenson形式 datarate52.4KB/s
- 「3 steps」240x180 24fps
Sorenson形式 datarate31.0KB/s
- ※これはＣＰＵ、ＲＡＭ、ハードディスク、グラフィックコントローラ等全てまんべんなく負荷がかかります。 ただしハードディスクは書込みは行わず、２次キャッシュはキャッシュミスばかりで余り使われません。
- RAMometer
v1.3（NewerTechのfreeのツール）のＲＡＭチェック連続実行
- →ハードディスクを停止させておいて、ＲＡＭチェックを繰り返し行います。
- ※これはＲＡＭアクセス以外はほとんど動作しません。
- Finderのidle状態
- →ただ放置しておくだけですが、裏では上記アプリケーションが停止状態で残されています。
- NortonDiskDockterの実行
- →紫山助手のマシンの測定時に使いました。
- ※これはＣＰＵ／ＲＡＭとハードディスクに負荷がかかります。２次キャッシュはキャッシュミスばかりで余り使われません。
■特殊動作
以下の特別な状態について、追加で測定しました。
- スリープ中の電源電流
- →ＲＡＭ保持その他結構電力を消費しているはずです。
- 電源ＯＮからの起動シーケンス中の電源電流の変動
- →電源ＯＦＦで持ち歩いて必要なときに起動するのが良いか、スリープで持ち運ぶのが良いかを判断するために、起動シーケンスでどれだけ電流を消費しているのか様子を見ます。
起動シーケンスは以下のフェーズに分かれます。
- ＰＯＳＴ（PowerOnSelfTest）実行中
- →バックライト／ハードディスク／２次キャッシュ全てＯＦＦです。
- ＭａｃＯＳのブート開始
- →ハードディスク回転開始
- バックライト点灯、HappyMac表示
- 機能拡張読み込み開始
- →ハードディスクアクセス開始
- ２次キャッシュイネーブル
- →Ｇ３用機能拡張を読み込んだ所で２次キャッシュが有効となります。
- Finder起動
- →この辺でハードディスクへの書込みも増え、電流ピークに達します。
- ＰＣカードモデム挿入
- →挿入しただけで、使用しない状態です。
- ＰＣカードモデムでダイアリング
- →ＰＰＰの接続を開始させます。
- バッテリ充電中
- →抜いていたバッテリを挿入し、充電マークが出たときに測定します。（トリクル充電モードなので余り電流を喰わないはずですが）
■結果
電流値は、動作中の物に関しては目測による平均化誤差が最大で+-２０ｍＡ位含まれています。
■結果の比較・考察
この結果はあくまで電源（２４Ｖ）電流の差ですので、これをＬＳＩやハードディスク等のパーツ毎の消費電流の差として見るためには、一旦電力（Ｗ）に変換した上で、そのパーツの駆動電圧で割って算出してくださいね。
(1) 一般的と思われるＡＣ動作状態での消費電流
- ＡＣ電源下において、defaultと思われる動作状態（クロック／キャッシュ設定default、プロセッササイクリングＯＮ）での電源電流は、
- 待機動作時：（プロセッササイクリング中、ハードディスクは空回り状態）
- ［Booster G3 320］ ４００ｍＡ
- ［NUpowr G3 240］ ４３０ｍＡ
- アプリケーション動作時：
- ［Booster G3 320］ ６００〜６２０ｍＡ
- ［NUpowr G3 240］ ７５０〜７８０ｍＡ（予想）
- ピーク動作時：（ハードディスクアクセス最高潮）
- ［Booster G3 320］ ７００ｍＡ程度
- ［NUpowr G3 240］ ８００ｍＡ程度
(2) バッテリ動作状態での消費電流
- バッテリ電源下において、無難と思われる動作状態（キャッシュＯＦＦ、プロセッササイクリングＯＮ、バックライト最小光量、キャッシュスロットリング１０wait←これは結構遅い）での電源電流は、
- 待機動作時：（プロセッササイクリング中、ハードディスクは停止状態）
- ［Booster G3 320］ ２７０ｍＡ（予想）
- ［NUpowr G3 240］ ３６０ｍＡ
- アプリケーション動作時：
- ［Booster G3 320］ ４６０ｍＡ（予想）
- ［NUpowr G3 240］ ５５０ｍＡ（予想）
- ピーク動作時：（ハードディスクアクセス最高潮）
- ［Booster G3 320］ ５４０ｍＡ程度（予想）
- ［NUpowr G3 240］ ６７０ｍＡ程度（予想）
(3) 各種条件個別による消費電流の差
- ＣＰＵクロック周波数による差：（ＣＰＵテストの値の差）
- ［Booster G3
320］ Δ７．１ｍＡ／１０ＭＨｚ程度（予想）
- 同一クロック周波数でのＣＰＵ種類による差：（ＣＰＵテストの値の差）
- ［Arthur］−［LoneStar］ Δ５０ｍＡ程度（予想）注：２４Ｖ換算ですから。
- バックサイドキャッシュ（２次キャッシュ）バス速度による差：
- ［Booster G3 320］ 差は観測できず（測定方法の問題）
- ※２次キャッシュを駆使するような測定が入っていませんでした。
- バックサイドキャッシュ（２次キャッシュ）容量による差：
- ［Booster G3
320］ 容量変更による差は観測できず（原理的には正しい）
- バックサイドキャッシュ（２次キャッシュ）ＯＮ／ＯＦＦによる差：
- ［Booster G3
320］ Δ５０ｍＡ程度（未使用でもこれだけ消費する）
- プロセッササイクリングによる差：（Finderでのidoling中の場合）
- ［Booster G3 320］ Δ２００ｍＡ（！）
- ［NUpowr G3 240］ Δ２５０ｍＡ（！）
- キャッシュスロットリングによる差：
- ［Booster G3
320］ Δ８ｍＡ／１wait程度（＠０〜１０wait）
- Δ３ｍＡ／１wait程度（＠１０〜２０wait）
- ※１０wait以上は下降率が下がります。
- ハードディスクの回転ＯＮ／ＯＦＦによる差：（ハードディスク依存です）
- ［共通］ Δ２０ｍＡ
- 液晶バックライト輝度による差：（最大光量と最小光量の差です）
- ［共通］ Δ６０ｍＡ
- 液晶バックライトＯＦＦによる差：（最小光量とＯＦＦの差です）
- ［共通］ Δ６０ｍＡ
- ※最大光量では１２０ｍＡも消費しているんですね。
(3) 動作内容による消費電流の差
Finderのidle時を基準として消費電流の差を見ると、
- ＣＰＵテスト連続実行時：
- ［Booster G3 320］ Δ１０ｍＡ程度
- ※Finderはidle状態でも、ＣＰＵは動作しています。
- プロセッササイクリングを許可していないと、ほとんど差がでません。
- 複数のQuickTimeMovieの同時ループ再生時：
- ［Booster G3 320］ Δ６０ｍＡ程度
- ※大体が、ハードディスク読出しでの消費のようです。
- ＲＡＭチェック連続実行時：
- ［Booster G3 320］ Δ１０ｍＡ以下
- ※ＣＰＵテストとの差はＲＡＭアクセスの割合程度でしょうか？
- NortonDiskDockterの実行
- ［NUpowr G3 240］ Δ１３０ｍＡ（！）
- ※ハードディスク読出しが最大頻度で行われることでの消費のようです。
(4) 特殊動作時の消費電流
- スリープ中の電源電流：
- ［Booster G3 320］ ３７．５ｍＡ
- ［NUpowr G3 240］ ４８．２ｍＡ
- ※本来、スリープ時の消費電力はＣＰＵ単体ではこんなにないはずです。（Datasheet上はTBD:To
Be Determinedとなっているので規格は不明です）NUpowr G3
240のボードに何かあるのでしょうか？３．３Ｖ換算でΔ７８ｍＡ程もあります。
- 起動シーケンス中の電源電流：
- 長時間、変動はあれどもかなり消費電力の総量は多いです。ことにFinder起動前後では電流値がピーク状態になります。バッテリ動作での起動は極力避けた方が無難です。
- ＰＣカードモデム挿入時：
- ＰＣカードに依存しますが、挿しているだけではほとんど消費しないようです。
- ＰＣカードモデムでダイアリング：
- ダイアリング中は、最大で＋８０ｍＡ程消費しますが、その後はまた低下します。通信中の電流は測定できませんでした。
- バッテリ充電中：
- バッテリがほぼ充電されていたので、＋１０ｍＡ程度しか変動しませんでした。充電をしていない状態では、バッテリを抜いている状態と同じでした。
■感想
２次キャッシュの利用率が高いと思われるアプリケーション（SoftWindowsなど）でテストしなかったので、２次キャッシュの設定毎の差が得られませんでしたが、他の要因はなるほどと思える結果が得られました。
一つ残念なのは、クロック周波数による差があまり大きくなく、キャッシュスロットリングでそれ相当の効果は出すことが出来る、と言うことでした。 ＤＩＰの意味無いやん (^^; 。
あと、バックライトの輝度による差は大きいです。 でも屋外で使用しているときほど、周囲が明るいのでバックライトを明るくしたくなりますよね...。 日光下だと、バックライト無しでも文字は読み取れるのですが。
気になるのは、NUpowr G3
240装着時のスリープ中の電流の多さです。 これはぜひ原因を究明したいのですが...。
■終わりに
皆さんも、この結果を踏まえた上で、ベストの設定をみつけてモバイルライフの役に立ててください。
それでは。
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