Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Электропитание и энергопотребление карманных компьютеров

АрхивMobilis
автор : Владимир Сперанский   09.12.2004

Современные КПК в массе своей и вне зависимости от платформы требуют подзарядки три-пять раз в неделю. Большая часть наладонников работает без подзарядки пять-восемь часов. Что же "съедает" львиную долю энергии все более емких аккумуляторов?

Помните бородатый анекдот про часы, которые умеют всё, что только можно представить, но при этом требуют возить с собой чемодан батареек? Так вот: одна американская фирма (не будем показывать пальцем) поставила крест на разработке наручных часов с функциями слабенького КПК и экраном 160x160, — руководство решило, что покупатели не оценят прелесть наручного хронометра, который требует подзарядки два-три раза в неделю.

Три-четыре года назад карманные компьютеры работали без подзарядки немыслимо долго по современным меркам. Palm IIIxe, который я купил в 2000 году, довольствовался парой AAA-батареек в течение двух-четырех недель; подсчеты показали, что покупать к нему «умный» зарядник с комплектом аккумуляторов не имело смысла: приобретение окупилось бы только через год-два. Palm Vx, ставший на долгое время флагманом и основным «кормильцем» корпорации Palm, при средней эксплуатации требовал свидания с розеткой не чаще раза в неделю. Европейский клавиатурный Psion, не выдержавший, к сожалению, конкуренции (производитель прекратил выпуск этих отличных устройств и сосредоточился на операционной системе для смартфонов Symbian OS), тоже имел весьма скромные требования в плане энергопотребления. На этом фоне резко выделялись наладонники на Windows CE, о прожорливости которых владельцы «Палмов» слагали издевательские анекдоты из разряда «Дома есть розетка, и на работе тоже, а вот в метро тяжело — дороги-то целых полтора часа!»

КПК с питанием от щелочных (alcaline) батареек — совсем недавнее прошлое. Одна из последних моделей на Palm OS Sony PEG-SL10 выпускалась всего два года назад и до сих пор популярна (Еще бы: качественный черно-белый экран с разрешением 320x320, Jog-dial, слот Memory Stick). У сменных источников питания есть ряд достоинств, главным из которых является независимость от электрической розетки: где бы вы ни находились, имея в запасе нужное количество батареек (обычно — пару), можно не беспокоиться о питании КПК; в крайнем случае их можно прикупить практически где угодно. Поэтому такие устройства популярны у любителей активного отдыха и путешественников.

В момент смены батареек КПК подпитывается от резервного источника, которого хватает на очень короткое время; таким образом, если батарейки, например, оказались нерабочими, а других под рукой нет, шанс потерять содержимое оперативной памяти компьютера довольно высок. С этим недостатком можно было бы мириться, когда б не два других, которые и заставили производителей ручных компьютеров перейти на встроенные аккумуляторы: необходимость постоянно иметь под рукой сменные батарейки и недостаточная для цветных экранов и мощных процессоров емкость.

Дело в том, что активных туристов не так уж и много, да и лазают они по болотам или горам обычно только в отпуске, в остальное же время, подобно всем прочим, курсируют пять дней в неделю по маршруту дом—работа с небольшими отклонениями. В такой ситуации необходимость следить за наличием в кармане запасной пары батареек начинает утомлять, а вот электрические розетки дома и на работе есть у всех. Именно поэтому выпущенный в 1999 году Palm V — стильный тонкий КПК, рассчитанный на бизнес-пользователей, — стал первым наладонником с перезаряжаемой аккумуляторной батареей (Я сознательно не упоминаю существовавшие в те времена аккумуляторные устройства на Windows CE: они были непригодны к употреблению и ни в коем разе не могли называться мобильными компьютерами).

Окончательно вопрос решился после появления Palm IIIc — первого КПК на Palm OS с цветным экраном; оказалось, что батарейки не в состоянии обеспечивать приемлемое время автономной работы, поэтому пришлось уже не стиля и удобства ради, но по необходимости устанавливать аккумуляторы (несмотря на то что Palm IIIc был выпущен в корпусе, рассчитанном на сменные батарейки, — инженеры были вынуждены извращаться).

Миграция на перезаряжаемые батареи была встречена общественностью с энтузиазмом: туристов, как я уже упоминал, не так уж и много. На этом же этапе появились первые устройства от Sony, а также творения отца-основателя Хокинса (я имею в виду линейку Visor от Handspring). По большей части новинки работали от аккумуляторов, что всех устраивало: в норме было подкармливать свой наладонник раз в неделю. Емкость новых батарей как раз компенсировала прожорливость активных матриц. Процессоры-то были всё те же (Ну или почти те же — Motorola Dragonball EZ 16 МГц сменились на Super VZ 33 и даже 66 МГц), организация памяти была та же, так что отрыв от Windows-КПК казался вечным и несократимым в принципе.

Но Psion разорилась, а Palm начала проигрывать Редмонду гонку мегабайт и мегагерц, в связи с чем руководство компании приняло эпохальное решение переехать на платформу ARM, что и было сделано с выпуском Palm OS 5 и Tungsten T. Все было прекрасно в новичке, кроме одного: время автономной работы было беспрецедентно низким, что только подчеркивалось новыми устройствами на Windows Mobile, которые при неплохих габаритах демонстрировали вполне приемлемое энергопотребление. Началась новая эра: пришло время прожорливых наладонников.

Современные КПК (в массе своей, разумеется, — везде есть исключения) вне зависимости от платформы требуют подзарядки три-пять раз в неделю. Младшие модели Zire (21/31) живут дольше за счет слабых процессоров и маленьких STN-матриц (Zire и Zire 21 вообще монохромные). Дешевые модели на Windows Mobile за счет установки менее емких батарей работают автономно меньше прочих, некоторые hi-end-модели (например ASUS MyPal A620/730) — чуть дольше. Многое, конечно, зависит от того, как именно вы будете использовать свой компьютер. Приводить качественную таблицу, даже по самым распространенным устройствам, здесь нет возможности, поэтому ограничимся изложением общих тенденций.

Большая часть наладонников работает без подзарядки пять-восемь часов. Столько времени можно читать книги (автопрокрутка текста разряжает батарею сильнее, чем пролистывание вручную), работать с органайзерными приложениями, играть (разумеется, игра, изобилующая мультиками, музыкой и видеовставками, разряжает батарею интенсивнее, чем «Lines») или слушать музыку — с выключенным экраном. Если хочется и читать, и наслаждаться музыкой — делите на полтора. Можно и фильм посмотреть в дороге, если объем карточки и глаза позволяют и если не придираться к качеству; часа на два-три наладонника должно хватить. О том, как влияют на энергопотребление разные компоненты устройства, подробно рассказано во врезке.

Почти все КПК на платформе Windows Mobile позволяют менять батареи «на ходу». Некоторые модели даже имеют крэдл с отдельным слотом для одновременной зарядки запасного аккумулятора. Владельцы «Палмов», однако, лишены такого удобства; даже сменить севший аккумулятор не самое простое дело. Раньше, когда время автономной работы КПК было приличным, это еще можно было понять, но уж теперь-то компании следовало бы озаботиться столь важным вопросом.

Подводя итог, можно сказать, что сегодня производительность карманных компьютеров — дело далеко не первостепенное. Никуда не годится ситуация, в которой при суточном путешествии в поезде можно занять себя чтением на всю дорогу только с помощью старой доброй бумаги — или же устройства на Palm OS 4. Крейг Баррет из Intel давно уже сообщил прессе, что не существует никаких препятствий к тому, чтобы выпускать процессоры для КПК с частотами до гигагерца; весь вопрос в энергопотреблении. Увеличение мегабайт и мегагерц не имеет смысла, пока не начнется производство новых элементов питания. Все, что требуется пользователю от устройства с дециметровым экраном без клавиатуры, нынешние наладонники умеют. Диагональ дисплея и перьевой ввод — это концептуальные ограничения, которые также требуется преодолеть, прежде чем менять «мега-» на «гига-» в описании новой модели. Да и зачем, собственно? Велосипед, мотоцикл и автомобиль — все же разные вещи, и области применения у них разные. Не надо делать из мобильного компьютера замену настольному (или ноутбуку), надо лишь заботиться об удобстве пользования карманным устройством.

Самые прожорливые компоненты карманного компьютера — дисплей и процессор. Все остальное — карты расширения, беспроводные адаптеры, флэш-память и прочее — влияет на расход батарей гораздо меньше.

Практически все современные наладонники оборудованы трансфлективной матрицей, реже — рефлективной. Такие дисплеи демонстрируют четкую и хорошо видимую картинку даже при минимальной яркости, так что увеличивать ее имеет смысл только при насущной необходимости (например, некоторые экраны не очень хорошо показывают информацию на солнечном свету). Увеличение же яркости влияет на энергопотребление чрезвычайно: сдвиг регулятора всего на одно деление из пяти, например, у iPAQ 4150 (см. табл. 1) уменьшает время автономной работы примерно на 15–20% в зависимости от условий эксплуатации. Если же подсветку отключить (не все устройства это позволяют), то можно существенно снизить разряд батареи, но работать можно будет только при ярком свете.

Процессоры с микроархитектурой Intel Xscale позволяют регулировать частоту «на лету»; возможности же и особенности систем настройки зависят от разработчика устройства (см. скриншоты). Раньше об этом можно было догадаться по косвенным признакам; более или менее официально подобную работу вели только ASUSTeK и Fujitsu-Siemens, о поддержке со стороны программного обеспечения толком ничего не было слышно. С выходом семейства Intel PXA27x официально представлена технология Wireless Intel SpeedStep (и сопутствующие средства разработки), динамически управляющая энергопотреблением и производительностью процессора. Собственно говоря, заявлены три новых режима экономии энергии (low-power state, см. рис.) и программный комплекс Wireless Intel SpeedStep Power Manager Software. Сравнительные результаты тестирования первых компьютеров на процессорах PXA270/PXA27x мы представим в ближайшем будущем и еще заметим, что на арену также выходят экономичные процессоры Samsung S3C2440 — HP вывела на них целую линейку «Айпаков» начального уровня.

Автоматический режим в КПК на Windows Mobile у большинства производителей очень хорошо соблюдает баланс «производительность—энергопотребление»; максимальную частоту практически никогда не имеет смысла устанавливать вручную, минимальную — только если ничего «тяжелее» органайзерных приложений не требуется, а лишние пять минут работы критичны. Fujitsu-Siemens Pocket Loox 610, например, в режиме «Standart Auto Power Saving» пролистывает текст в iSilo почти семь часов (6:50), а в режиме «Turbo» — 5:43. Разница небольшая, но тем не менее существенная, при том что производительность почти не меняется.

КПК на Palm OS не комплектуются такими средствами управления частотой процессора (это делается автоматически), но при желании можно установить программу от стороннего разработчика, например PXA Clocker, которая позволяет выставить для каждого приложения в отдельности частоту памяти, системной шины и множитель процессора и тем самым в довольно широких пределах сбалансировать энергопотребление и производительность (AeroPlayer проигрывает MP3 по кругу 7:35 и 11:26 на частотах 400 МГц [стандартная] и 100 МГц соответственно).

Bluetooth-контроллер в процессе работы разряжает аккумулятор вполне ощутимо, но во время простоя (даже в режиме Discoverable) он увеличивает расход энергии меньше чем на 2%: в современные наладонники устанавливают чипы с автоматической регулировкой энергопотребления. Таким образом, отключать Bluetooth-адаптер имеет смысл, только если других «синезубых» устройств рядом нет и не предвидится. (Кстати, в известных мне сотовых телефонах чипы Bluetooth не имеют функции энергосбережения.) Адаптер Wi-Fi, наоборот, активно разряжает батарею даже в режиме поиска, не говоря уже о двусторонней передаче, — так что включать его следует лишь на время работы с беспроводными сетями (см. скриншот).

Относительный уровень энергопотребления звуковой подсистемы карманников мы давненько не исследовали, но пару лет назад Compaq публиковала материалы, в которых настоятельно рекомендовала не просто снижать громкость (даже если вы ничего не прослушиваете), а отключать динамик полностью, — измеренная инженерами компании разница между максимальной громкостью и полным отключением звука достигала 20%.
Разумеется, обмен информацией с оперативной памятью происходит быстрее и с меньшими затратами энергии, чем с флэш-памятью, как внутренней, так и внешней. Но разница столь мала, что на нее можно не обращать внимания. Аналогично с инфракрасным портом: если у вас и ваших знакомых нет ни одного устройства с «красным глазом», тогда, конечно, опцию «Beam Receive» имеет смысл отключить. Но экономия тут исключительно по принципу «двадцать старушек — рубль»: даже в процессе передачи данных инфракрасный порт потребляет очень мало.

По достижении определенного критического минимума заряда батареи некоторые устройства начинают отключать дополнительные энергоемкие возможности. Так, практически все современные КПК на Windows Mobile снижают подсветку до минимума при уровне заряда 10%, некоторые к тому же отключают звуковую подсистему. КПК от Sony, которая в этом году прекратила поставки в США своих наладонников на Palm OS, работали со сложной системой последовательных отключений: подсветка (сначала до минимальной яркости, а затем и полностью), звуковая подсистема, карта памяти, разъем расширения (немало потребляет внешняя клавиатура), инфракрасный порт и так далее. В результате устройство, сообщив о невозможности проигрывать музыкальные файлы из-за разряда батареи, позволяло еще не один час, например, читать.

Потенциальным покупателям карманных компьютеров можно, как и в случае с ноутбуками или фотокамерами, посоветовать обращать внимание на емкость стандартных или опциональных аккумуляторов, то есть для корректного сравнения конкурирующих предложений как минимум перемножать токовую емкость на напряжение (хотя в КПК разброс решений невелик — как правило, все элементы питания имеют напряжение 3,7 В) и опираться на энергию в ватт-часах. Скажем, HP iPAQ hx4700 на 624-МГц чипе PXA270 даже с 4-дюймовым VGA-дисплеем при прочих равных условиях будет наверняка работать минимум в полтора раза дольше, чем Dell Axim X50 на том же процессоре с 3,5-дюймовым экраном, — просто потому что у первого емкость стандартного аккумулятора составляет 6,66 Втч (1800 мАч, 3,7 В), а у второго — всего 3,515 Втч (950 мАч, 3,7 В). Pocket LOOX 720 c VGA-дисплеем и 520-МГц процессором PXA272 (в этой версии, кстати, используется интегрированная кэш-память), имея аккумулятор на 6 Втч (1640 мАч), скорее всего не уступит hx4700.

Если хотите немного математики, давайте поделим 6 Втч на заявленные для Pocket LOOX 720 двенадцать часов. Очевидно, что это самая оптимистическая оценка, потому что отсюда следует средняя потребляемая мощность 0,5 В. Скорее всего, эти двенадцать часов наладонник сможет только дремать (служить электронными часами) с минимальной яркостью дисплея, потому что заявленная потребляемая мощность процессора составляет как раз чуть меньше полуватта, и примерно столько же потребляют современные 3–4-дюймовые TFT LCD-панели со светодиодной подсветкой.

- По материалам еженедельника "Компьютерра"

© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.