Energy consumption of modern computers can vary widely

Documento sobre metodología de la Calculadora de ahorro de energía del cliente de Dell
Calculadora de ahorro de energía del cliente de Dell
Propósito:
La Calculadora de ahorro de energía del cliente de Dell tiene por objetivo proporcionar una
herramienta que permita a los clientes calcular la energía consumida por una computadora
durante un período de un año y el costo resultante para hacer funcionar el sistema durante ese
período. La calculadora reflejará el perfil de uso del usuario final y el tipo de sistema usado junto
con algunas configuraciones del sistema para generar los cálculos de costo y uso de energía
anuales. La calculadora proporciona la capacidad para seleccionar características de ahorro de
energía y comparar el ahorro de costos que proporcionan.
Ésta proporciona varias opciones para que el cliente configure componentes del sistema para
igualar de manera razonable el sistema real del cliente y el que está configurado en la
calculadora. Tiene por objetivo proporcionar al cliente un cálculo de los costos y el consumo de
energía anuales del sistema que posee o desea comprar.
La calculadora incluye una característica que refleja los estados de consumo de energía de
tiempo de espera a suspensión en sistemas equipados con opciones de administración de
energía, como Energy Smart. La calculadora de energía usa los valores de tiempo de espera
programados y asociados con las opciones de administración de energía seleccionadas por el
usuario. Estos valores se usan para calcular el consumo de energía del sistema, por ejemplo,
durante el período del almuerzo de una hora o durante recesos de la mañana o la tarde con una
duración de 20 minutos. De esta manera, la calculadora toma en cuenta cuando el sistema entra
en estados de bajo consumo de energía durante períodos de receso diarios, lo que reduce las
estimaciones sobre costo y uso de energía anuales, y refleja el uso real del sistema. La Figura 2
muestra el perfil de un sistema que entra en estados de suspensión.
Descripción general del consumo de energía en sistemas
informáticos:
El consumo de energía de las computadoras modernas puede variar significativamente según la
aplicación o la tarea que la computadora está realizando en ese momento. La tarea que la
computadora está realizando y el software (tanto el sistema operativo como la aplicación que se
está utilizando) constituyen factores importantes en el uso de energía real en cualquier momento.
La calculadora de ahorro de energía en línea de Dell divide las cargas de trabajo posibles para
un sistema informático en tres categorías principales de uso activo y dos categorías de
funcionamiento no activo, como se describe a continuación:
1. Hibernación/apagado: estado de consumo de energía más bajo que el sistema
puede lograr con el cable de alimentación conectado. Se interrumpe la energía hacia
todos los componentes electrónicos principales del sistema, excepto hacia aquellos
circuitos que se requieren para detectar la activación del interruptor de alimentación
del usuario o los eventos de activación del sistema, como Wake On LAN.
2. Suspensión: estado de bajo consumo de energía como Suspender a RAM, en que
el sistema no ejecuta el código de forma activa y el monitor está apagado. La mayor
parte del sistema está apagado, excepto la memoria, aquellos circuitos que se
requieren para mantener el estado de la memoria y aquellos necesarios para
detectar la interacción del usuario y los eventos de activación. El sistema puede
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responder a las acciones del usuario (es decir, cuando se presiona el botón de
encendido, actividad del teclado o mouse, o posibles solicitudes de actividad de red)
y reanudar el funcionamiento normal en unos pocos segundos.
3. Inactividad: la computadora está en funcionamiento y generalmente en reposo con
una imagen fija en pantalla y sin interacción del usuario. El sistema puede mostrar el
escritorio o una aplicación abierta pero inactiva.
4. Productividad: el usuario final realiza trabajos de oficina típicos, como uso del
correo electrónico, creación de documentos o navegación por la red, usando
aplicaciones del mismo tipo que las de oficina.
5. Rendimiento máx.: esto representa al usuario final que ejecuta alguna aplicación
avanzada, cálculos científicos complejos, modelado o juegos 3D que someten al
sistema a condiciones forzadas, lo que causa aumentos significativos en el consumo
de energía.
Los sistemas realizarán una transición entre estos estados en función de las condiciones de
tiempo de espera y la interacción del usuario cuando el sistema se configure para estados de
tiempo de espera a bajo consumo de energía.
Administración de energía de computadora
Uno de los métodos de conservación de energía más beneficiosos para los sistemas
informáticos es el uso de la Administración de energía de computadora (CPM). Cuando se
habilita en un sistema configurado correctamente, la CPM hace que la computadora entre en un
estado de bajo consumo de energía (Suspensión o Hibernación) luego de cierto período de
inactividad del sistema. Las computadoras que no están configuradas para CPM permanecerán
en un estado de inactividad del sistema y, por lo tanto, consumirán más energía durante estos
períodos de inactividad.
La calculadora de energía proporciona granularidad para la selección de los valores de tiempo
de espera del sistema de administración de energía y refleja con precisión los períodos de
tiempo de espera que Dell proporciona en los sistemas informáticos que envía.
Para los clientes que proporcionan sus propias imágenes de sistema operativo (SO) o modifican
la imagen estándar, Dell generalmente estipula que deben verificar los valores de tiempo de
espera implementados respecto de los valores de Dell para determinar qué opciones de
configuración reflejan de mejor manera sus propias implementaciones.
Cálculo del consumo de energía:
Para poder calcular la energía usada por una computadora durante el transcurso de un año,
primero es necesario describir cómo se usará el sistema durante todo ese año. Definimos año
como la combinación de días laborables y no laborables. Por lo tanto, el usuario debe definir
primero el día laborable y no laborable típicos que se usan en los cálculos. Los valores ingresados
se usan para definir un día laborable típico como se muestra en la
Figura 1. La calculadora establece de manera predeterminada la ejecución de siete horas para las
aplicaciones de productividad y una hora para las aplicaciones de máximo rendimiento por día.
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Productividad
Receso
Rendimiento máx.
Productividad
Almuerzo
Productividad
Receso
Rendimiento máx.
Productividad
Energía
Modelo de uso diario del
usuario
Horas
Parte de trabajo del día laboral
Los recesos deben programarse con un período predeterminado de 20 min., dos por día.
El período del almuerzo debe ser de una hora.
Figura 1
El consumo de energía para las aplicaciones de productividad se representa al medir el consumo
de energía promedio al ejecutar las pruebas de productividad de oficina SysMark y las cargas de
trabajo de alto rendimiento se representan por medio del consumo de energía promedio al
ejecutar las pruebas 3DMark.
La Figura 1 muestra el perfil de día laborable típico con las horas en el eje horizontal y las alturas
de los bloques que representan de manera aproximada el consumo de energía del sistema
durante estos períodos. El receso y almuerzo se muestran como altura de bloque fija pero en
realidad tienen variaciones significativas de energía durante el intervalo de tiempo si los valores
de tiempo de espera son lo suficientemente bajos. Estos períodos se describirán de mejor
manera en la próxima sección.
El día activo se desglosa en la sesión de la mañana y la tarde con un receso para el almuerzo
entre estas dos sesiones. Los períodos de la mañana y la tarde también contemplan un receso
de 20 minutos, que brindará más oportunidades de reducción de la energía.
Los períodos de trabajo de la mañana y la tarde consisten en la siguiente secuencia.
1.
2.
3.
4.
Sesión de trabajo con productividad
Sesión de trabajo con rendimiento máx.
Receso
Sesión de trabajo con productividad
Los recesos de la mañana y la tarde proporcionan el modelo con la capacidad para reflejar
alguna ventaja para los valores de tiempo de espera más bajos de Energy Star y los de Energy
Smart y reflejar de mejor manera los usuarios finales que van al baño o pasan largos períodos
leyendo o dialogando durante el día.
Cuando se habilita la administración de energía en la calculadora en línea, este perfil con los
valores de tiempo de espera más bajos correspondientes que Dell implementa en las opciones
de configuración del BIOS y SO se usan en los cálculos del consumo de energía anual.
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Estados de tiempo de espera a bajo consumo de energía
Los sistemas operativos Microsoft® Windows® actuales (XP, Vista® y Windows 7) no sólo brindan
la capacidad para entrar en estados de bajo consumo sino que también permiten controlar con
qué rapidez los sistemas realizan estas transiciones, así como qué estados de consumo de
energía se usan para estas transiciones.
En la Figura 2 se muestra una secuencia de transición típica.
Energía
La secuencia de reducción de la energía para el usuario
no incluye un tiempo de espera
Período
de
Inactividad
INACTIVIDAD
Suspensión
Hibernación
Tiempo (horas)
Tslp
Thib
Tmiss
El tiempo de ausencia del usuario puede finalizar en cualquier lugar de esta área
Tslp: período de inactividad a estado de suspensión
Thib: período de suspensión a hibernación
Tmiss: período de ausencia total del usuario
Figura 2
Los sistemas que no tienen habilitada la administración de energía permanecerán en el nivel de
energía de tiempo de inactividad durante todo el período de inactividad del sistema
Según este perfil, los sistemas con habilitación para CPM generalmente se configurarán para
realizar una transición a estados de bajo consumo de energía al entrar en Modo de espera o
Suspensión luego de que el usuario haya dejado el sistema inactivo por un período establecido
(TSLP [Estados de período de inactividad a suspensión]) y luego realizar una transición a
hibernación o apagado si el sistema permanece sin usarse durante un período más prolongado
(THIB [Estados de período de suspensión a hibernación]).
Dell proporciona valores predeterminados para estas funciones de tiempo de espera para todos
los productos que envía. Los valores de tiempo de espera más bajos proporcionan un mayor
ahorro de energía (el sistema pasa más tiempo en estados de bajo consumo de energía) a
expensas de los posibles inconvenientes (al volver, el usuario tiene que esperar más tiempo a
que el sistema esté preparado para usarse). Dell proporciona opciones de configuración más
rigurosas (valores de tiempo de espera más bajos) para los sistemas que cumplen con los
requisitos de Energy Star y para las plataformas Energy Smart de Dell.
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La Tabla 1 a continuación muestra los valores de tiempo de espera de administración de energía
que se usan en la calculadora.
Tiempo de espera a
suspensión (horas)
Tiempo de espera a
hibernación (horas)
Tiempo de espera del
monitor
Ninguno
Predeterminado
Energy
Smart
Energy
Star
Nunca
1
0,25
0,25
Nunca
Nunca
4
18
0,5
0,5
0,25
0,25
Tabla 1
Los días no laborables se representan mediante el uso del consumo de energía en período de
inactividad, suspensión o hibernación durante todo el período de 24 horas para los casos de los
sistemas sin habilitación para CPM y con habilitación para CPM, respectivamente.
La cantidad de días laborables del año se establece de manera predeterminada en 250 días.
Cálculo del uso de energía
El enfoque de Dell respecto del cálculo del consumo de energía anual es definir un perfil de uso para
un día laborable y otro para un día no laborable o un día sin uso típicos y calcular el consumo de
energía de cada uno de estos días. Al sumar estos valores a la cantidad de días laborables y no
laborables en un año se obtiene el consumo de energía anual aproximado del sistema.
Días laborables
El día laborable se calcula de la siguiente manera según la Ecuación 1.
Ecuación 1
𝑬𝑫Í𝑨 𝑳𝑨𝑩𝑶𝑹𝑨𝑩𝑳𝑬 = 𝑬𝑷𝑹𝑶𝑫. + 𝑬𝑴Á𝑿.𝑹𝑬𝑵𝑫. + 𝑬𝑨𝑳𝑴𝑼𝑬𝑹𝒁𝑶 + 𝑬𝑹𝑬𝑪𝑬𝑺𝑶
Donde:
EDÍA LABORABLE
EPROD.
=
=
EMÁX. REND.
=
EALMUERZO
ERECESO
=
=
energía total consumida durante un día laborable típico
energía total consumida durante el uso de aplicaciones de
productividad
energía total consumida durante la ejecución de aplicaciones de máx.
rendimiento
energía total consumida durante el período del almuerzo
energía total consumida durante los recesos
Cada una de estas unidades de energía se calcula al multiplicar el consumo de energía promedio del
sistema durante ese período por el tiempo total durante el cual el sistema permaneció en ese estado
de consumo de energía. Esto es relativamente simple para los períodos de productividad y máx.
rendimiento pero es más difícil para los períodos del almuerzo y los recesos.
Durante los períodos del almuerzo y los recesos se deben contabilizar los estados de tiempo de
espera a consumo de energía más bajo relativos a la duración del período del almuerzo/recesos.
Si los tiempos de espera son muy cortos, la unidad permanece en el estado de inactividad y si
son lo suficientemente prolongados el sistema realizará la transición al estado de hibernación.
Los períodos de suspensión e hibernación deben reflejarse en estos cálculos y el usuario los
configura mediante las selecciones de administración de energía. Estos períodos se describen
anteriormente en la Tabla 1.
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Días no laborables
Los días no laborables se calculan asumiendo que el sistema se encuentra en el mismo estado
de consumo de energía durante todo el período de 24 horas. La selección de las opciones de
configuración de administración de energía determina el estado de consumo de energía usado.
Ninguna opción de configuración de administración de energía mantendrá el sistema en estado
de inactividad. Otras selecciones harán que el sistema entre en estado de suspensión o
hibernación según los valores de tiempo de espera que correspondan.
Cálculos y mediciones del consumo de energía del sistema
Un problema significativo en la creación de una herramienta como esta calculadora es cómo
adquirir los datos necesarios para calcular el consumo de energía anual. Con 5 cuadros de
selección y un promedio de 5 opciones de selección en cada uno, la cantidad de configuraciones
del sistema posibles que la calculadora usa es de más 3 mil por chasis de sistema. Probar todas
estas opciones usando las aplicaciones de prueba descritas requeriría aproximadamente 12.000
horas de prueba para finalizar.
Para eludir el dilema de las horas de prueba, Dell desarrolló un modelo matemático para el
consumo de energía del sistema con sistemas y opciones de selección representadas como
valores de consumo de energía típico. Los datos se recopilan a partir de un subconjunto selecto
del total de configuraciones del sistema posibles y se cotejan con éste.
Se cree que este método proporciona a los usuarios finales información mucho más relevante
que proporcionar sólo unas cuantas configuraciones del sistema que posiblemente no coinciden
con los sistemas que se compran, al mismo tiempo que proporciona una matriz de prueba más
administrable.
Cuadros desplegables relacionados con el uso
Los cuadros desplegables que se relacionan con la definición del perfil de uso diario (horas por
día de productividad, horas de rendimiento máx., cantidad de días laborables por año y costo de
energía) se aplican a los tres sistemas de la ventana de presentación. Las opciones de
configuración en la ventana del sistema afectan sólo ese sistema en particular.
Variabilidad del ahorro de energía
La calculadora de energía tiene por objetivo ser una herramienta que permita a los clientes:
comprender el consumo de energía de productos de clientes;
proporcionar valores numéricos que pueden usarse en cálculos de carga de calor
típica y del costo total de propiedad;
hacer ver a los usuarios finales las consecuencias respecto de la energía de las
configuraciones del sistema que seleccionan;
señalar las ventajas de implementar la administración de energía en sistemas de
clientes;
demostrar las ventajas en los costos de energía anuales de las opciones de
configuración con uso eficiente de la energía de Dell.
La calculadora proporciona cálculos en función de la metodología anterior pero no es exhaustiva
en su alcance ni precisión. No incluye cada opción de configuración del sistema posible que un
usuario tiene al comprar un producto. Algunas de las configuraciones que la calculadora sí
proporciona tienen menos opciones que las que están disponibles cuando se compra el sistema.
Un sistema determinado puede consumir más o menos energía que lo que esta calculadora
puede estimar debido a la variación en el consumo de energía de cada uno de los componentes
individuales que componen el producto final.
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Valores predeterminados
La calculadora proporciona a los usuarios finales la capacidad para configurar el perfil de uso del
producto. Esto permite al usuario final describir la carga de trabajo y el uso anual típicos del
producto en este entorno.
La calculadora completa muchos campos con valores predeterminados. Estos valores predeterminados
se basan en la experiencia en facilidad de uso de Dell y representan el uso típico de nuestros productos
en un entorno de oficina. Los valores predeterminados simulan un día laborable de ocho horas, con
una hora para el almuerzo al mediodía y recesos a la mañana o la tarde. La carga de trabajo del día se
establece de manera predeterminada en siete horas de ejecución de aplicaciones del mismo tipo que
las de oficina que simula lo que las personas generalmente hacen con sus computadoras, como uso del
correo electrónico, creación de documentos o navegación por la red, etc. Se incluye una hora de
aplicaciones de alto rendimiento para simular un análisis de virus en segundo plano, actualización de
software y otras necesidades periódicas de computación de alto rendimiento. Agregar el uso de alto
rendimiento en la configuración predeterminada también proporciona visibilidad en los costos de
energía anuales de la energía de funcionamiento de alto rendimiento del sistema.
Se cree que el método de definición del día laborable es mucho más fácil de comprender y
configurar para los usuarios finales que una lista de estados de consumo de energía del sistema
y horas por año que se permanece en cada estado.
La cantidad predeterminada de días laborables por año es de 250. Esto representa 50 semanas
laborables típicas por año.
La Tabla 2 a continuación muestra los valores predeterminados que se usan en la calculadora.
Estos valores junto con los de tiempo de espera de administración de energía en la Tabla 1 anterior se
usarán para definir el consumo de energía anual aproximado de los productos de clientes de Dell.
Horas por día durante las cuales se ejecutan
aplicaciones de oficina
Horas por día durante las cuales se ejecutan
aplicaciones de alto rendimiento
Cantidad de días laborables por año
Costo de electricidad ($/kWh)
Tabla 2
Valores
predeterminados
7
1
250
0,10
Cálculos de ahorro
El ahorro de energía aproximado se calcula para las columnas 2 y 3 en relación con la configuración
de referencia de la columna 1 de la herramienta. (Aclare la oración anterior para indicar a qué tabla,
cuadro o figura se refiere para cada una de la columnas). El ahorro se calcula al restar el uso de
energía anual del sistema actual del uso de energía anual del sistema de referencia. El ahorro anual
aproximado en moneda local se calcula al aplicar luego el factor de costo de electricidad actual al
ahorro calculado en kilovatios por hora. (La ley asume que esto cambia según la región y no se basa
específicamente en el ahorro y el costo de energía de EE. UU.).
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Los cálculos de las emisiones de CO2 evitadas y la distancia en millas evitada en automóvil se
estiman usando los factores de conversión que se encuentran en la EPA Greenhouse Gas
Equivalencies Calculator (Calculadora de equivalencias de gases de efecto invernadero de la
EPA [Agencia de Protección Ambiental de EE. UU.]).1
Primero la calculadora estima la cantidad de emisiones de CO2 evitadas en función
del ahorro de energía anual usando la Ecuación 2 a continuación.
Ecuación 2
7,18 x 10-4 toneladas métricas de CO2/kWh
La Ecuación 3 describe la combinación de factores de conversión que se encuentran
en el sitio web de la EPA y se usan para determinar el factor de conversión para la
distancia en millas evitada en automóvil.
Ecuación 3
7,18 x 10-4 toneladas métricas de CO2/kWh *1/8,81 x 10-3 galones de
gasolina/tonelada métrica de CO2 * 19,7 millas por galón promedio para camiones/automóviles
= 1,61 millas evitadas por kWh
1
http://www.epa.gov/cleanenergy/energy-resources/calculator.html
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