7 Watt Leerlaufverbrauch auf Intel der 12./13. Generation: die Grundlage für den Aufbau eines stromsparenden Servers/NAS
- Der Leerlaufverbrauch von Intel-Systemen der 12./13. Generation liegt bei 7 Watt.
- Bei der Messung des Leerlaufverbrauchs wurden Mainboard, CPU, RAM, SSD und PSU einbezogen.
- Durch C-States-Einstellungen im BIOS und automatische Anpassungen mit
powertop wurde der Energiesparmodus erreicht.
Detaillierte Spezifikationen und Auswahl der Komponenten
- Ziel sind ein niedriger Leerlaufverbrauch und eine angemessene CPU-Leistung.
- Erforderlich ist die Fähigkeit, 12 Festplatten und mindestens 1 NVMe zu betreiben.
- Um die Kosten im Rahmen zu halten, soll DDR4 verwendet und eine vorhandene CPU wiederverwendet werden.
Mainboard – ASUS Prime H770-Plus D4
- Es wurde zwischen Mainboards der Intel-600/700-Serie und der AMD-500/600-Serie gewählt.
- Für 6 NVMe-Laufwerke wurde die Notwendigkeit erkannt, PCI-E-zu-M.2-Adapter zu verwenden.
- Die Wahl fiel auf ein Intel-Mainboard wegen der Chipsatz-TDP, der Chipsatz-Geschwindigkeit, der Möglichkeit zur Nutzung von DDR4 und weil bereits eine Intel-CPU der 12. Generation vorhanden war.
CPU – Intel i5-12400 (H0-Stepping) – Alder Lake
- Bietet AV1-Hardware-Decoding-Unterstützung und die beste Leistung ohne den Silizium-Overhead von E-Cores.
- Die CPU aus einem früheren Desktop-Build wurde für einen serverorientierten Aufbau wiederverwendet.
Arbeitsspeicher – 64GB DDR4-3200
- Verwendet wurde bereits vorhandener Kingston HyperX Speicher mit Dual-Rank und Single-Rank.
- Zur Sicherstellung der Stabilität wurden XMP-Profile genutzt und die Spannung angepasst.
Boot-Laufwerk – Sandisk Ultra 3D 1TB SSD
- Verwendet als Boot-Laufwerk für Ubuntu Server 23.04.
- Das endgültige OS soll auf einer Samsung SSD 970 EVO Plus 500GB NVMe installiert werden.
PSU – Corsair RM750
- Das 750W-PSU dürfte das System zwar bei etwa 10 Watt halten, muss aber zugleich hohe Lastspitzen verkraften können, wenn mehrere Laufwerksmotoren gleichzeitig anlaufen.
Leistungsmessung – initial
- Gemessen wurde an der Steckdose unter Ubuntu Server 23.04.
- In den BIOS-Einstellungen wurden CPU C-states, ASPM, R6 und ALPM-Unterstützung aktiviert.
- Nach dem Abschalten des Displays wurden 7 Watt gemessen, bei deaktivierter Energieverwaltung für die USB-Tastatur 8 Watt.
Problematische Leistungsmessung – voll bestückt mit heruntergespindelten Festplatten
- Nach dem Anschluss von 12 Festplatten und 4 NVMe-Laufwerken stieg der Leerlaufverbrauch auf 24–25 Watt.
- Als Ursache wurde ein erhöhter Stromverbrauch durch den SATA-Controller und den Port-Multiplier vermutet.
Rätsel um den Stromverbrauch – Untersuchung und Diagnose des hohen Verbrauchs
- Die Festplatten wurden getrennt und die Komponenten einzeln getestet.
- Der JMB585-SATA-Controller erwies sich als Hauptverursacher des höheren Stromverbrauchs.
- Durch den Austausch gegen einen ASM1166-SATA-Controller sank der Stromverbrauch dank ASPM-L1-Unterstützung.
Rätsel um den Stromverbrauch – Fazit
- Für einen niedrigen Stromverbrauch sind Mainboard-Unterstützung und BIOS-Konfiguration entscheidend.
- Alle Geräte müssen ASPM L1 unterstützen.
- Wenn der C8-Energiezustand erreicht werden soll, sollte die Nutzung der direkt an die CPU angebundenen PCIe-Lanes vermieden werden.
- Nur eine Messung an der Steckdose zeigt die reale Situation zuverlässig.
Meinung von GN⁺
- Für den Aufbau eines stromsparenden Servers/NAS ist es wichtig, dass die Intel-Plattform der 12./13. Generation einen sehr effizienten Leerlaufverbrauch bietet.
- Die Wahl des Mainboards und die BIOS-Einstellungen haben offenbar großen Einfluss auf den Stromverbrauch.
- Der Beitrag liefert nützliche Informationen für Einsteiger unter Softwareentwicklern, die ein stromsparendes System aufbauen möchten, und bietet insbesondere interessante Einblicke darin, wie die Energieverwaltungsfunktionen von Komponenten wie SATA-Controllern den Gesamtstromverbrauch des Systems beeinflussen.
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
In einem deutschen Forumsthread gibt es ein Google-Dokument, das verschiedene Home-Server-/Network-Attached-Storage-(NAS)-Konfigurationen mit unter 30 W auflistet. Ich persönlich habe eine Hardware-Konfiguration mit idealem Preis-Leistungs-Verhältnis gefunden und sehr günstig gebraucht gekauft. Darauf läuft Proxmox, und der Idle-Verbrauch liegt bei 9,3 W. Für Media-Encoding ist sie nicht geeignet, daher würde ich stattdessen einen Core i3 8100 oder besser empfehlen. Es gibt auch günstige gebrauchte Workstations wie den Dell T30 oder den Fujitsu Celsius W550, die gute Server abgeben. Ryzen-Optionen sind selten, aber es gibt Berichte, dass ein AMD Ryzen 5 PRO 4650G mit einem Asus PRIME B550M-A-Board im Idle etwa 16 W verbraucht.
Die Hardware ist großartig, aber wenn die Software-Verwaltung schwierig ist, lässt sich so ein Aufbau nur schwer rechtfertigen. Ein Synology-NAS verwendet zum Beispiel ein Betriebssystem namens DSM und hat durch die benutzerfreundliche Software einen großen Vorteil. Synology könnte auf dem NAS-Markt eine ähnliche Stellung wie Microsoft einnehmen, wenn es DSM auch auf Nicht-Synology-Plattformen lauffähig machen würde.
Der Autor hat von 2016 bis 2023 ungefähr fünf Systeme gebaut. Einige Komponenten wurden über mehrere Builds hinweg wiederverwendet. Wenn man die gesamten Energiekosten über die Lebensdauer im Verhältnis zu den Hardwarekosten betrachtet, kann eine stromhungrigere Maschine, die vier Jahre läuft, wirtschaftlicher sein als eine stromsparende Maschine, die nur zwei Jahre läuft.
Tolle Arbeit für viel Speicherplatz. Wenn der Speicherbedarf auf SSDs passt und man nicht viel Rechenleistung braucht, kann man einen stromsparenden Server wie einen RasPi oder NUC verwenden. Der Autor nutzt derzeit einen passiv gekühlten 1U-Atom-Server, der die Vorteile von SATA und ECC-RAM bietet.
Ich verwende eine Konfiguration mit 7950X3D, X670E Taichi, 96GB 6400MHz CL32, 2x4TB Lexar, 4x18TB Seagate Exos X18, RX570 8G und Proxmox. Im Idle verbraucht sie etwa 60–70 W, mit laufender TrueNAS-VM etwa 90–100 W und mit TrueNAS sowie Fedora Desktop inklusive GPU-Passthrough etwa 150 W. Der RAM hat großen Einfluss auf den Stromverbrauch.
Die Bedürfnisse sind unterschiedlich, aber nachdem ich bei Verwendung von RAID5 oder 6 einen Plattenausfall erlebt habe, habe ich eine Abneigung gegen RAID entwickelt. Am Ende habe ich auf eine einfache Konfiguration mit zwei SSDs reduziert. Sie ist so eingerichtet, dass bei Bedarf LXC-Container laufen können.
Wenn man den Stromverbrauch minimieren möchte, während das NAS die meiste Zeit im Idle ist, kann man einen WoL-(Wake-on-LAN)-Generator auf Basis einer Embedded-CPU in Betracht ziehen, der den Dateiserver automatisch aufweckt. So bleibt der Stromverbrauch sehr niedrig, während bei Bedarf die volle Serverleistung zur Verfügung steht.
Niedriger Stromverbrauch ist gut, aber ein großes RAID langfristig ohne ECC zu betreiben, ist riskant. Es wäre gut, eine brauchbare Lösung für ein ähnliches System zu haben, das mehr als fünf Jahre durchhält.
Gute Erfahrungen mit einem ähnlichen System in der Vergangenheit. Verweis auf einen Blog über einen lautlosen, passiv gekühlten Server.
Während man sich auf die Optimierung von CPU/Mainboard konzentriert, sollte man bedenken, dass es wirtschaftlicher sein kann, weniger große Laufwerke statt vieler kleiner zu verwenden.