Енергоспоживання ПК в іграх

У звичайних умовах питання енергоспоживання домашнього ПК під навантаженням пов'язано лише з тим, яку потужність блоку живлення обрати та як організувати систему охолодження таким чином, щоб вона впоралася навіть у літню спеку. Звісно, можна ще розраховувати собівартість 1 години гри згідно з тарифами на електроенергію. Але, якщо чесно, навіть з нинішніми цінами та навіть у найбільш затятих геймерів вийде щомісячна сума, яка непропорційно дрібна порівняно з ціною компонентів ПК. Адже бюджетні комп'ютери одночасно небагато споживають енергії, а якщо у користувача знайшлися умовні 100 000 грн на потужну ігрову "машину", то і якісь 500 грн на сплату рахунку за електроенергію за щоденні багатогодинні ігрові сесії теж, скоріш за все, знайдеться. Тож, питання виходить начебто й цікаве для “Тестової лабораторії”, але не дуже важливе з практичного погляду. У звичайних умовах.

От тільки станом на 2024 рік умови в Україні геть не можна назвати звичайними. Дякуючи титанічним зусиллям Сил оборони та працівників енергетичної галузі, як мінімум частина українців продовжує мати розкіш можливості грати на домашніх ПК (тут варто нагадати, що ігри є чудовим засобом психологічного розвантаження та відпочинку, який дуже потрібен, щоб “кукуха” трималася на своєму місці). І до споживання електроенергії під час гри зараз треба ставитися вдумливо. Це стосується всіх взагалі, щоб робити свій внесок в зниження навантаження на систему. І, звісно, стає вже критичним при автономному живленні від акумуляторів, адже ємність кінцева і буде прикро залишитися без світла до кінця стабілізаційного відключення через власні розваги…

В нещодавній статті "Енергонезалежна редакція" Олег Данілов цю тему вже підіймав, описавши поведінку ПК в декількох іграх:

“Як з’ясувалося, енергоефективність ігор не завжди залежить від якості графіки, а часом просто від майстерності розробників, які вміють, або не вміють оптимізувати власні ігри. Наприклад, у Windows мій ПК разом з монітором споживає приблизно 80-100 Вт, залежно від якихось внутрішніх процесів Windows 11, плюс ще 20 Вт потребує дводіапазонний роутер, плюс 30 Вт на вентилятор на мінімальній швидкості. Euro Truck Simulator 2 / American Truck Simulator “споживають” 340-360 Вт, Dragon Dogma 2 – 350-380 Вт, The First Descendant – 380 Вт, а ось The Crew Motorfest яка навіть краще за графікою ніж три попередні гри – лише 230 Вт. Victoria 3 “жере” віл 190 до 320 Вт залежно від масштабування карти від “паперової” до деталізованої з містечками, лісами та паротягами. Magic: The Gathering Arena, споживає лише 170 Вт, а ось TerraScape, де наче немає якоїсь суперкрутої графіки – аж 350 Вт. Але треба зауважити, що споживання в іграх сильно залежить від конкретних процесора та відеокарти, а також від обмежень, які встановили розробники, наприклад, від зафіксованого fps.”

Це й надихнуло на підготовку окремого матеріалу з перевіркою у більше, ніж 50 іграх та бенчмарках, плюс більш детальним тестуванням у різних режимах.

Тестовий стенд

Всі компоненти працювали у їх штатному режимі "з коробки", без якихось примусових маніпуляцій з частотами та напругами. Тема оптимізації енергоспоживання залізом дуже цікава сама по собі, але вимагає окремого матеріалу, щоб не розпорошувати увагу від головного фокусу цієї статті.

Заміри проводилися побутовим лічильником електроенергії Intertek BE009, від якого живився тільки системний блок. Ніяких додаткових USB-пристроїв, окрім вказаних вище клавіатури та миші, до комп'ютера не підключалося. Звісно, як мінімум монітор та роутер мають також отримувати живлення для того, щоб можна було грати, тож для отримання реалістичної картини "скільки годин можна грати від акумулятора ємністю ХХ кВт*год", їх треба додати у загальний розрахунок. Але при цьому власне замірювання їх споживання разом з системним блоком тільки нашкодить чистоті експерименту.

В простої у середовищі Windows 11 Professional дана конфігурація стабільно споживає 96 Вт майже без флуктуацій. Це і є стартовою точкою в усіх інших замірах.

Синтетичні тести

Перед тим, як перейти до перевірки на власне іграх, корисно було дізнатися, скільки зібраний ПК споживає у “вакуумі”, тобто у синтетичних тестах, які вантажать або процесор, або графічне ядро.

Помітно, що кожен тест забезпечує дуже рівномірне навантаження, в багатьох випадках різниці між мінімальним та максимальним споживанням взагалі немає. Також можна приблизно вирахувати очікуваний максимум комбінованої загрузки CPU+GPU: це максимум процесорного навантаження плюс середній показник Blender GPU Benchmark мінус споживання в простої. Тобто 357+((292+303)/2)-96=558,5 Вт. Забігаючи вперед, так воно й вийшло з похибкою менше ніж 1%.

Енергоспоживання в іграх

В цей момент з'являється дилема, як далі будувати матеріал, адже перевірка в іграх виявила загалом дві тенденції: різні ігри споживають по-різному (що логічно, тут цікаво саме деталі) та різні налаштування в одній й тій самій грі споживають по-різному. Обидва аспекти важливі, але прийдеться з чогось обирати – тож спочатку роздивимося перше, тобто картину по різних іграх. І тут важливо пам'ятати про друге, тобто налаштування. Всі наведені нижче тести проводилися, за можливістю, у найкращих налаштуваннях графіки та у роздільній здатності 2560×1600. В багатьох випадках, результати можна досить істотно коригувати саме зміною налаштувань, щоб "вичавити" менше споживання. Але тоді це б завадило об'єктивному порівнянню.

До речі, про об'єктивність порівняння. Одразу виявилося, що на відміну від синтетичних тестів, споживання в іграх є досить динамічним та залежить від того, що саме відбувається на екрані. Для більшої лабораторної чистоти дослідження варто було б симулювати реальний ігровий процес в різних сценах протягом якогось фіксованого часу (наприклад, 1 година) та міряти саме сукупне споживання за цей час, але з такою кількістю ігор це б на порядок підняло час на підготовку статті...

Тож "маємо, що маємо" – заміри відбувалися або у вбудованих бенчмарках, бо вони ідеально показові, або на 10-хвилинних ігрових сесіях. Вручну фіксувалося реалістично найнижче (умовно близько до "1% low") та реалістично найвище ("1% high") значення споживання. Зі спостережень можна сказати, що середнє значення в більшості випадків справді є десь середнім між найнижчім та найвищім, тож можна орієнтуватися на це.

Як можна помітити, набір ігор дуже строкатий – від класики 1990-х до найсучасніших ААА-тайтлів. Звісно, охопити весь спектр нереально, тож вибірка обмежується наявними бібліотеками автора у Steam та Epic Games, часом на завантаження з мережі та здоровим глуздом.

Перша неочевидна тенденція: не завжди якість 3D-графіки має визначальне значення. Найкращий приклад це Dredge та Whisker Waters, іронічним чином два аркадних симулятори риболовлі з приблизно однаково нехитрою, але 3D-картинкою. Dredge при цьому просить 160–180 Вт, а Whisker Waters – цілком “дорослі” 375–446 Вт. З негативного боку це також ілюструє 474–488 Вт у Rise of Gun, де графіка відверто примітивна. При цьому свіжий хіт Black Myth: Wukong, який видає чудову картинку і дуже вибагливий до заліза, завантажив ПК тільки на 405–413 Вт. А в графічному бенчмарку Civilization VI взагалі вийшла чемпіоном і по мінімальному, і по максимальному споживанню (550–562 Вт), хоча її графіка зовсім не є чимось фантастичним на сьогодні.

Друга неочевидна тенденція: ігри з різноманітним геймплеєм мають більший розкид споживання. Якщо звернути увагу на Suzerain, то видно, що між мінімальними 120 Вт та максимальними 235 Вт різниця майже в 100%, в той час, як у більшості ігор ця різниця складає між 10 та 20%. Це відбувається тому, що більша частина гри в Suzerain проходить у вікні з текстом та варіантами відповідей, а пікові показники отримано при порівняно нечастому пересуванні по 3D-карті.

Третя тенденція (вже як раз очевидна): в умовно казуальні ігри на одному й тому самому ПК можна грати десь втричі-вчетверо економніше, ніж в 3D. Але в деталях тут теж є помітна різниця. Наприклад, Sunless Sea, що є старішою грою, споживає мінімальні 108–116 Вт в той час, як її нащадок за ідеєю та геймплеєм під назвою Sunless Skies від тих же розробників, вже вимагає 145–170 Вт. Ну, а ретрогейминг, що представлено Baldur’s Gate II, Duke Nukem 3D та Quake II, взагалі демонструє чемпіонські заявки по ощадливості.

Детальне тестування

Розглянувши загальну картину, час переходити до деталей, адже більш прискіпливе тестування у конкретних іграх допомагає виявити деякі речі, які не видно на графіку вище.

Для початку, Cyberpunk 2077. Гра, що в результаті довгої еволюції стала зразком не тільки власне гри, але й бенчмарку. За результатами можна побачити дві речі: залежно від налаштувань, швидкодія у кадрах/с змінюється вшестеро, при цьому споживання не тільки стрибає лише на 20% від найменшого до найбільшого показників, а ще й не напряму залежить від кількості FPS! Але це тому, що в кожному з випадків система працює так швидко, як здатна.

Щоб закріпити цей факт, ми перевірили Hitman 3, який теж дозволяє дуже широкі налаштування якості графіки за умови підключення трасування променів, DLSS та генерації кадрів. При цьому в різних режимах середнє споживання все одно залишалося досить однорідним. Аномалії мінімальних та максимальних значень цілком повторювані, це не похибка, але ніяких суттєвих висновків тут зробити не вийде крім просто факту, що гра працює саме так.

І для наступного експерименту є два аркадних симулятори перегонів – The Crew: Motorfest та Forza Horizon 5. Перший має примусове обмеження у 60 FPS, яке не можна зняти у налаштуваннях, але можна взагалі зменшити до “консольних” 30 FPS. В режимі 60 FPS ця гра, якщо подивитися на загальну діаграму, вже виділяється нижчим споживанням порівняно з іншими сучасними – 325–350 Вт. Якщо ж примусово обмежити кількість кадрів в секунду вдвічі, то споживання падає, звісно, не лінійно, але дуже помітно. Дуже спірно, чи приємно грати у 30 FPS, але одночасно цілком сучасна 3D-гра The Crew: Motorfest в такому режимі вже наближається до казуальних ігор за витратами електроенергії.

Більш розгорнуто вивчити питання дозволяє Forza Horizon 5, у якої є й режим без обмежень швидкодії взагалі, і більш строкате налаштування обмеження кадрів/с. Відповідно, навіть переведення з “безлімітного” режиму у 144 FPS (синхронізований з монітором, в цьому випадку) дозволяє зменшити споживання на 20%. Цілком пристойний режим 72 FPS дозволяє Forza Horizon 5 в даній конфігурації вже працювати з меншим навантаженням на CPU та GPU, ніж The Crew: Motorfest в режимі 60 FPS.

Подальше зниження також допомагає економити, причому 172–190 Вт при 48 FPS з погляду іграбельності виглядають привабливіше, ніж 160–179 Вт при 36 FPS. Окремо стоїть режим без DLSS, який завантажує систему більше, ніж “безлімітний” варіант DLSS, при цьому видаючи менше кадрів/с.

Ще одна демонстрація корисності обмеження FPS – це Far Cry 6. Переведення в режим 60 кадрів/с дозволяє економити електрику дуже відчутно. Заради цікавості перевірка комплекту HD-текстур як мінімум на відеокарті GeForce RTX 4070 Ti SUPER з 16 ГБ пам’яті не виявила ані зміни швидкодії, ані зміни споживання. До речі, цікаво було б додатково перевірити декілька ігор з можливістю обмеження FPS на інших конфігураціях ПК, скажімо з GeForce RTX 3060 та з GeForce RTX 4090 – скоріш за все, різниця буде тим більш помітною, чим менше наявних ресурсів буде витрачати ПК для проведення потрібних обчислень на рівні 60 кадрів/с, але одночасно й саме “залізо” споживає по-різному.

Anno 1800 дозволяє перевірити швидкодію у двох режимах з використанням DirectX 11 та DirectX 12. Не варто з цього тесту робити якісь далекосяжні узагальнення, але саме ця гра у DX12 одночасно й працює швидше, й споживає менше.

Взагалі, поведінка при змінах налаштувань графіки для кожної гри є індивідуальною і залежить від того, наскільки рушій оптимізовано під ту чи іншу технологію. Ось два приклади: в Skull & Bones ввімкнення DLSS помірно прискорює гру і навіть дещо знижує споживання, а у випадку Red Dead Redemption 2 той же DLSS дає майже трикратний приріст швидкості, але ціною відчутного зросту витрат енергії.

Total War: Pharaoh та Wolfenstein: Youngblood цінні для нашого тесту тим, що пропонують не один вбудований бенчмарк, а два чи три з різними умовами всередині гри. Те, наскільки при цьому відрізняється споживання – є добрим нагадуванням про нерівномірність ігроладу, тож показники під час реальної ігрової сесії можуть відрізнятися від замірів у спеціально призначених для цього тестах.

І найяскравіше це демонструє та сама Civilization VI, що здивувала винятковим навантаженням під час графічного бенчмарку. Адже під час другого вбудованого тесту, що перевіряє замість графіки швидкість обчислень штучного інтелекту (але при відображенні нормальної для гри 3D-картинки одночасно) споживання впало у 2,5 раза!

Висновки

У сучасних іграх на вказаній конфігурації без якихось додаткових оптимізацій можна розраховувати на споживання в межах 400–550 Вт. Це дає загальну відповідь на питання “як готуватися до гри в енергонезалежному стані” і сама по собі відповідь є незручною, бо навіть маючи повноцінну систему автономного живлення будинку з резервом на 5 кВт*год, тільки ПК витратить його без залишку приблизно за 10-годинну сесію гри. Є певна різниця в тому, що ця сесія в Diablo IV буде на годину довшою, ніж у Assassin’s Creed: Mirage, але загалом ситуація реалістично досить прикра. Від маленької зарядної станції типу Ecoflow River 2 така система взагалі протягне менше ніж 1 годину…

Щодо інших ігор – чітких узагальнень зробити теж не вийде. Так, простіші ігри споживають менше, але не все так очевидно. Найбільш системним підходом буде придбання лічильника (все одно річ недорога та корисна в господарстві, особливо зараз) і самостійні заміри в тих іграх, які цікавлять. Тільки так можна отримати справжні персоналізовані відповіді на питання, “у що грати під час блекауту”. Разом з тим, абсолютно точно можна вказати на найкращий спосіб знизити споживання саме всередині гри – це встановити обмеження кадрів/с хоча б на рівні біля 60 FPS. Чим менше ресурсів CPU та GPU буде фактично споживати гра, тим нижче буде показник на ватметрі. Ну, а більш радикальні методи економії електроенергії (як-то андервольтинг та даунклокінг, серед іншого) вже вимагають окремого вивчення і мають бути темою для окремого матеріалу.