Veel desktop-pc’s verspillen energie op stand-by. We laten je aan de hand van een bouwvoorstel zien hoe je met gerichte BIOS-instellingen tot wel 25 procent energie kunt besparen.
Meer efficiëntie met de juiste BIOS-instellingen
De energieprijzen zullen gezien de huidige geopolitieke situatie waarschijnlijk steeds verder stijgen. Om kosten te besparen, kun je al bij de aankoop van hardware letten op een hoge efficiëntie.
Maar ook zonder nieuwe aankopen kun je energie en dus geld besparen. Want in veel moderne desktop-pc’s sluimeren ongebruikte energiebesparingsfuncties. Veel fabrikanten schakelen die uit omdat ze in zeldzame gevallen compatibiliteitsproblemen veroorzaken.
Meestal zijn de slaapstanden voor de CPU-kernen wel actief, maar slechts sporadisch ook de besparingsmodus van PCI Express (PCIe). Daar ligt een groot onbenut potentieel voor minder energieverbruik in ruststand.
We hebben drie voorbeeldsystemen gemeten, waaronder ons bouwvoorstel voor een Ryzen-allrounder, om te zien hoeveel watt er bespaard kan worden.
Daarnaast geven we tips over welke BIOS-instellingen je kunt gebruiken om je computer zuiniger te maken en je energierekening te verlagen.
Energiebesparingsmodi bij PCI Express
De belangrijkste energiebesparingsfunctie bij moderne pc’s is het zogenaamde Link Power Management (LPM) of Active State Power Management (ASPM) van PCI Express. Alleen daarmee bereikt de processor zijn diepste slaapstanden en kan hij grote functieblokken uitschakelen, waardoor de computer uiteindelijk minder energie verbruikt. Het heeft invloed op talrijke componenten.
De meeste gebruikers associëren de PCI Express-interface waarschijnlijk met de slots voor grafische kaarten. PCIe dient echter niet alleen voor het aansluiten van uitbreidingskaarten, maar ook M.2-SSD’s en op het moederbord gesoldeerde controllerchips voor netwerk, USB, Thunderbolt en SATA. Dat geldt ook voor laptops en mini-pc’s. Bovendien zijn de chipsets bij AMD- en Intel-platforms meestal via vier PCIe-lanes aan de CPU gekoppeld, ook al noemt Intel die verbinding Direct Media Interface (DMI).
Moderne varianten van PCI Express, zoals PCIe 4.0 en 5.0, verbruiken bij gegevensoverdracht relatief veel energie. Volgens de gegevens van fabrikanten die schakelingen ontwikkelen voor het coderen en decoderen van dergelijke signalen, verbruikt een actieve PCIe 3.0-lane ongeveer 30 tot 60 milliwatt. Daarmee wordt uitsluitend het energieverbruik van de link bedoeld, zonder de logica van de PCI Express-roothub in de processor of chipset, waaraan onder andere de LAN-controller aangesloten is.
Bij PCIe 4.0 stijgt het vermogen per lane naar 100 tot 130 milliwatt. De momenteel snelste PCI-Express-generatie 5.0 die in pc’s wordt gebruikt, verbruikt maar liefst 350 tot 500 milliwatt. Bij een M.2-SSD met vier lanes per richting komt dat neer op in totaal vier watt.
In de praktijk zou zo’n constant hoog energieverbruik de accuduur van laptops enorm verkorten en het energieverbruik van desktop-pc’s flink verhogen. Daarom heeft het verantwoordelijke industrieconsortium PCI-SIG verschillende energiebesparingsmodi voor PCI Express geïntroduceerd.
De hierboven genoemde actieve toestand wordt L0 genoemd. Als er geen gegevens via de interface lopen, schakelt hij over naar de energiezuinige toestand L1. Daardoor kunnen delen van de transceiver uitgeschakeld worden, waardoor het energieverbruik ongeveer halveert.
Voor moderne systemen is dat echter nog steeds te veel. Er is wel de slaapstand L2, waarbij het aangesloten PCIe-apparaat volledig uitgeschakeld is, maar nog wel stroom krijgt. Het ontwaken uit L2 duurt echter veel te lang om bijvoorbeeld bij geringe, sporadische netwerkactiviteit de verbinding met de LAN-controller in slaapstand te zetten. Daarom heeft de PCI-SIG de L1-toestand vanaf PCIe 3.0 aangevuld met de sluimertoestanden L1.1 en L1.2.
Bij L1.1 stopt ook de klokgenerator en daalt het energieverbruik per lane tot een twintigste van de L0-waarde, dus 5 tot 6 milliwatt bij PCIe 4.0. In L1.2 schakelen de energieverslindende Common Mode Keepers uit, die de spanningsniveaus op peil houden. Dat bespaart nog eens 90 procent en de verbinding doet het met slechts 0,5 milliwatt.
Om dat allemaal te laten werken, moeten zowel de PCIe Root Hub aan de ene kant als het PCIe-apparaat aan de andere kant de betreffende modi ondersteunen. PCI Express is een bidirectionele interface, wat betekent dat er bij elke lane per richting een paar datalijnen zijn.
Vaak vinden overdrachten echter vooral in één richting plaats. Om te voorkomen dat de tegenovergestelde richting onnodig energie verbruikt, heeft de PCI SIG de L0s-status gedefinieerd. Daarbij kunnen de twee eindpunten de transceivers voor de ongebruikte richting in slaapstand zetten, terwijl er in de andere richting gegevens stromen.
CPU-slaapstanden
Het besparingseffect gaat nog verder. Bij inactieve desktop- en kantoortoepassingen, zoals het schrijven van teksten, wordt er nauwelijks toegang gezocht tot de SSD en stroomt er ook maar weinig data over het netwerk.
Daardoor bevinden de meeste PCIe-verbindingen zich in een van de slaapstanden. Dan kan de PCIe Root Hub in de chipset ook zijn energiebesparingsmodi activeren en de PCIe-verbindingen naar de processor in slaapstand zetten. Zodra dat gebeurt, kan de processor het functieblok met de I/O-interfaces, het zogeheten CPU-pakket met PCIe Root Hub, Level-3-cache, USB en geheugencontroller, in slaapstand zetten.
Voorwaarde daarvoor is echter dat de CPU-kernen niets te doen hebben. Net als bij PCI Express beschikken die al jaren over een uitgekiend energiebeheer. In inactieve fasen, die bij typische desktop-pc’s en laptops 95 procent van de tijd uitmaken, verlagen ze daarom niet alleen hun kloksnelheid en spanning.
In de diepste energiebesparingsstanden, ook wel C-states genoemd, schakelen de CPU-kernen bij C6 bijvoorbeeld de klokgeneratoren volledig uit en legen ze de L1- en L2-caches.
Als aan al die voorwaarden voldaan is, schakelt de CPU-package zich bijna volledig uit. Deze kan echter nooit dieper slapen dan zijn afzonderlijke onderdelen. Als minstens een enkele CPU-kern actief is en daarmee in C0, bevindt de package zich ook in C-State C0.
Daarom is de interactie tussen de hardwarecomponenten, de bijbehorende firmware, maar ook het besturingssysteem en met name de geïnstalleerde stuurprogramma’s cruciaal. Eén slecht geprogrammeerd stuurprogramma of een USB-apparaat dat voortdurend contact maakt met de CPU is al genoeg om ervoor te zorgen dat de processor nooit de diepste energiebesparingsstanden bereikt.
Slaapstanden van moderne processors
Hoe dieper een processor slaapt, des te minder energie hij nodig heeft. De opstarttijd wordt dan echter langer en bovendien kost het opnieuw vullen van caches extra energie.
Groot besparingspotentieel
Bij drie systemen hebben we gekeken hoe groot het besparingspotentieel is door optimale BIOS-instellingen.
Als eerste hebben we ons bouwvoorstel voor een high-end allrounder met Ryzen 7 9800X3D en Radeon RX 9070 XT onder de loep genomen [1]. Met de standaard BIOS-instellingen van het Asus-moederbord verbruikt de computer bij een inactief Windows 11-bureaublad 41,7 watt.
In plaats van energiebesparingsopties in verschillende submenu’s te moeten zoeken, biedt het moederbord onder Advanced / APM Configuration de mogelijkheid om met de optie Max Power Saving belangrijke besparingsfuncties in één stap in te schakelen.
Die optie activeert onder andere de L1-status bij het Link Power Management van PCI Express en schakelt de RGB-ledverlichting van het moederbord uit, die bij onze behuizing toch al niet van buitenaf zichtbaar is. Dat vermindert het idle energieverbruik met 8,3 watt tot slechts 33,4 watt.
Laat je daarbij niet in verwarring brengen door het feit dat de optie Native ASPM uitgeschakeld wordt. Die benaming is enigszins misleidend, want daarmee wordt alleen de controle over de PCIe-energiebesparingsstanden overgedragen aan het BIOS, terwijl bij een geactiveerde Native ASPM het besturingssysteem de controle overneemt.
Daarnaast hebben we nog wat verder getuned en onder Advanced / Onboard Devices Configuration bij CPU ASPM Mode Control de optie L0s And L1 Entry geselecteerd. Dat schakelt bovendien de L0s-energiebesparingsmodi in en bespaart energie wanneer gegevens slechts in één richting via PCIe-lanes lopen. Dat leverde nog eens bijna 1 watt op, zodat de computer met 32,5 watt toe kan.
Dat komt neer op een besparing van 22 procent of 9,2 watt. Bij een dagelijks gebruik van acht uur op 210 werkdagen levert dat een besparing op van 15,5 kWh per jaar.
Daarnaast hebben we nog twee testsystemen getest, die we gebruiken voor processortests van AMD- en Intel-CPU’s. De Asus ROG Maximum Z890 Hero met een Core Ultra 7 270K Plus verbruikte met DDR5-5600-RAM, maar zonder grafische kaart en met de fabrieksinstellingen 35,2 watt.
Om alle energiebesparingsfuncties van PCI Express te activeren, moesten we een hele reeks wijzigingen aanbrengen bij de BIOS-instellingen onder Advanced / Platform Misc Configuration. Voor de chipset, die Intel ook wel Platform Controller Hub (PCH) noemt, hoort daarbij het instellen van de DMI Link ASPM Control op L1, de ASPM op L0sL1 en L1 Substates op L1.1 & L1.2.
Voor de System Agent (SA) van de CPU geldt iets soortgelijks: we hebben DMI ASPM gewijzigd naar ASPM L1, ASPM naar L0sL1 en L1 Substates naar L1.1 & L1.2. Dat leverde een besparing op van 5,1 watt naar 29,8 watt.
Met het AM5-testbord hadden we minder succes. De Gigabyte X870E Aorus Master met de dubbele chipset X870E verbruikte met een Ryzen 7 9700X, 32 GB DDR5-5600-RAM en de standaard BIOS-instellingen maar liefst 47,3 watt. Het activeren van de PCIe ASPM Mode bij Settings / Miscellaneous leverde geen verbetering op.
Daarop zijn we de diepten van de BIOS-instellingen ingedoken en hebben we onder Settings / AMD CBS/PROM21 Chipset Common Options de PCIe Power Management Features geactiveerd. Dat bespaarde uiteindelijk toch anderhalf watt. Waarschijnlijk bereiken de Promontory 21-chips, die in een rij achter elkaar geschakeld zijn, niet hun laagste PCIe-energiebesparingsstanden omdat de verbinding tussen hen permanent actief is.
Dat laat zien dat niet elk systeem evenveel besparingspotentieel biedt. Dat kan zijn omdat de fabrikant het systeem standaard al geoptimaliseerd heeft of omdat de hardware simpelweg veel energie verbruikt.
Besparingspotentieel door BIOS-optimalisatie
Het idle energieverbruik kan door het inschakelen van verschillende energiebesparingstechnieken, zoals bij deze voorbeeldcomputer, met maximaal 10 watt verlaagd worden. Als uitgangspunt dienen de standaard BIOS-instellingen van het gebruikte moederbord met DDR5 5600 RAM. Met overklokgeheugen (XMP RAM) verbruikt het systeem daarentegen drie watt meer.
Praktijktips
Als je je desktop-pc wilt optimaliseren, moet je de energiebesparingsfuncties bij de BIOS-instellingen stap voor stap activeren en vervolgens het energieverbruik meten terwijl het besturingssysteem inactief is.
Daarvoor volstaat een eenvoudige energiemeter vanaf 10 euro [2]. Als de computer minder verbruikt, kun je een andere BIOS-parameter aanpassen. Als hij meer verbruikt, maak je de wijziging eerst ongedaan.
De instellingen die we hier noemen verschillen qua omvang en benaming – afhankelijk van het moederbord en de pc-fabrikant. Sommige fabrikanten, zoals Asus, Asrock, Gigabyte en MSI, bieden in het ondersteuningsgedeelte van hun websites aparte BIOS-handleidingen om te downloaden, waarin de belangrijkste functies worden beschreven.
Bij de duizenden moederborden, grafische kaarten en SSD’s die er bestaan, evenals andere uitbreidingskaarten, kunnen er combinaties ontstaan waarbij de diepe energiebesparingsmodi van de processor en PCI Express problemen veroorzaken. Een paar jaar geleden hadden we bijvoorbeeld een bouwvoorstel waarbij het systeem met een grafische kaart vastliep bij CPU-Package-CState C6, maar wel werkte bij C3. Dat is ook de reden waarom de moederbordfabrikanten vrij conservatieve standaardinstellingen kiezen.
Als je de optimale instellingen gevonden hebt, bieden veel moederborden de mogelijkheid om die als profiel op te slaan – vaak ook op een USB-stick. Bij een BIOS-update hoef je de parameters dan niet opnieuw handmatig in te stellen, maar kun je het profiel makkelijk laden.
Als je systeem weinig of geen energiebesparingsfuncties in het BIOS toestaat, kun je als trucje de gedetailleerde instellingen van het energiebesparingsschema van Windows wijzigen. Typ daarvoor in het zoekveld Energiebeheerschema bewerken. Zet de optie Geavanceerde energie-instellingen wijzigen / PCI Express / Link State Power Management op Maximale energiebesparing. Als dat lukt, ligt het idle energieverbruik na een herstart enkele watts lager.
Christian Hirsch en Noud van Kruysbergen
Literatuur
[1] Christian Hirsch en Daniel Dupré, Bouwvoorstel: high-end allround-pc met Ryzen 9000 en Radeon RX 9070 XT, c’t 4/2026, p.70
Praat mee