Strategien für Energieeffizienz: Anwendung von Low Power CPUs

Eine energieeffiziente CPU, auch als mobile oder ultra-low-voltage (ULV)-Prozessor bekannt, ist darauf ausgelegt, Leistung und Energieeffizienz miteinander zu kombinieren. Damit eignet sie sich ideal für portable Geräte wie Ultrabooks, 2-in-1-Laptops und Tablets sowie eingebettete Systeme und Thin-Client-Geräte. Diese CPUs weisen typischerweise eine thermische Designleistung (TDP) von 15 W oder weniger auf – deutlich geringer als die TDP von 45 W oder mehr bei leistungsstarken Desktop- oder Gaming-CPUs – wodurch minimale Wärmeentwicklung und eine längere Akkulaufzeit in mobilen Geräten ermöglicht wird. Architektonisch verfügen energieeffiziente CPUs von Intel (z. B. Core U-Serie, Pentium Gold, Celeron) und AMD (z. B. Ryzen 5000 U-Serie, Athlon Gold) über optimierte Mikroarchitekturen, die Energieeffizienz priorisieren. Intels Prozessoren nutzen in neueren Generationen ein hybrides Kern-Design, das leistungsstarke P-Kerne mit energieeffizienten E-Kernen kombiniert, um verschiedene Arten von Aufgaben zu bewältigen, während AMDs Ryzen U-Serie auf der Zen-Architektur basiert und eine hohe Leistung pro Watt erzielt. Beide Hersteller setzen fortgeschrittene Fertigungstechnologien ein, wie z. B. Intels 10nm oder AMDs 7nm, um die Transistorgröße und den Stromverbrauch zu reduzieren und so bei niedrigeren Spannungen eine höhere Leistung zu ermöglichen. In puncto Leistung sind energieeffiziente CPUs in der Lage, alltägliche Aufgaben wie Web-Surfen, Textverarbeitung, Medienwiedergabe und leichtes Multitasking problemlos zu bewältigen. Ein Intel Core i5-1235U oder AMD Ryzen 5 5500U kann beispielsweise gleichzeitig mehrere Chrome-Tabs, einen Videocall und einen Dokumenteneditor bedienen, ohne zu stocken. Allerdings fehlt diesen Prozessoren die reine Rechenleistung hochwertiger H-Serie- oder Desktop-CPUs, weshalb sie für anspruchsvolle Aufgaben wie 4K-Videobearbeitung, 3D-Rendering oder High-End-Gaming weniger geeignet sind. Die integrierte Grafik in energieeffizienten CPUs, wie z. B. Intel Iris Xe oder AMD Radeon Vega, ist ausreichend für Gelegenheitsspiele mit niedrigen Auflösungen und Details wie Minecraft oder League of Legends, kommt jedoch bei grafisch intensiveren Titeln an ihre Grenzen. Die Akkulaufzeit ist ein entscheidender Vorteil energieeffizienter CPUs: Mobile Geräte erreichen oft 8 bis 14 Stunden Nutzungsdauer mit einer Akkuladung. Dies wird durch Funktionen wie dynamische Spannungs- und Frequenzskalierung (DVFS) ermöglicht, welche die Taktfrequenz und Spannung der CPU je nach Arbeitsbelastung anpasst, sowie durch Deep-Sleep-Modi, die den Stromverbrauch im Leerlauf reduzieren. Das thermische Design ist ebenfalls vereinfacht, da die niedrige TDP eine passive Kühlung oder kleine Lüfter ermöglicht, was zur schlanken Bauform moderner Ultrabooks und 2-in-1-Geräte beiträgt. Energiesparende CPUs sind in verschiedenen Bauformen erhältlich – von Dual-Core-Modellen für preiswerte Geräte bis hin zu Hexa- oder Octa-Core-Prozessoren für höhere Leistung in Premium-Ultrabooks. Die Unterstützung für Arbeitsspeicher beschränkt sich typischerweise auf energieeffiziente LPDDR4x- oder DDR4-Module mit maximalen Kapazitäten von etwa 32 GB, was für die meisten mobilen Anwendungsfälle ausreicht. Konnektivitätsfunktionen wie Wi-Fi 6, Bluetooth 5.2 und Thunderbolt 4 sind häufig bereits integriert und steigern dadurch die Vielseitigkeit der Geräte, die mit diesen CPUs ausgestattet sind. Obwohl energieeffiziente CPUs in mobilen Geräten hervorragend abschneiden, haben sie Einschränkungen in anwendungsintensiven Bereichen. Ihre geringeren Taktraten und geringere Anzahl an Kernen können zu längeren Bearbeitungszeiten bei rechenintensiven Aufgaben führen, und die integrierte Grafik könnte den Anforderungen professioneller Grafikdesigner oder Gamer nicht gerecht werden. Für die meisten Benutzer, denen Mobilität, Akkulaufzeit und alltägliche Produktivität am Herzen liegen, bieten energieeffiziente CPUs jedoch das optimale Gleichgewicht zwischen Leistung und Effizienz und tragen somit wesentlich zur Innovation bei dünnen und leichten Computing-Geräten bei.