Der Raspberry Pi 4 ist viel kälter! In den letzten vier Monaten haben Firmware-Updates die Standby-Leistung um 1/2 W und unter Volllast um fast 1 W verringert. Gareth Halfacry führte thermische Tests der Platine für MagPi durch.
Himbeer Pi 4 Modell B
Raspberry Pi 4 wurde veröffentlicht und bietet viele neue Funktionen, die die Benutzer zum Upgrade verführen: leistungsstärkere CPUs und GPUs, mehr Speicher, Gigabit-Ethernet und Unterstützung für USB 3.0. Eine Erhöhung der Prozessorleistung bedeutet eine Erhöhung des Stromverbrauchs, und der Raspberry Pi 4 ist das energieintensivste Mitglied der Familie.
Die Einführung jedes neuen Raspberry Pi-Modells ist nur der Anfang der Geschichte. Die Entwicklung der Karte wird fortgesetzt, und Software- und Firmware-Updates verbessern jede Version der Karte, lange nachdem sie das Werk verlassen hat.
Raspberry Pi 4 Updates
Der Raspberry Pi 4 ist keine Ausnahme: Seit seiner Veröffentlichung wurden bereits mehrere Updates veröffentlicht, die den Stromverbrauch und damit die Erwärmung senkten. Und diese Updates sind für den Raspberry Pi 4 geeignet, unabhängig davon, ob Sie ihn am Tag der Veröffentlichung gekauft oder erst heute bestellt haben.
In diesem Artikel werden wir uns ansehen, wie jedes nachfolgende Update den Raspberry Pi 4 durch künstliche Softwareladung (keine echte Aufgabe) verbessert, um das
System auf einem Chip (SoC) so schnell wie möglich auf die maximal mögliche Temperatur aufzuwärmen.
Und hier sind einige Wunder, die ein einfaches Firmware-Update bewirken kann.
Wie wir die Firmware-Updates für Raspberry Pi 4 getestet haben
Um zu überprüfen, wie gut jede Firmware mit der Erwärmung zurechtkommt, haben wir eine künstliche, anspruchsvolle Hochlast entwickelt, die den schlimmsten Fall simuliert. Das Dienstprogramm zum Speichern von Stress lädt ständig alle vier CPU-Kerne. Währenddessen lädt das Dienstprogramm glxgears die GPU mit Arbeit. Dienstprogramme werden mit dem folgenden Befehl installiert:
sudo apt installiere stress-ng mesa-utils
Sie können die CPU mit dem folgenden Befehl laden:
stress-ng --cpu 0 --cpu-methode fft
In den Standardeinstellungen arbeitet das Team den ganzen Tag. Drücken Sie zum Abbrechen STRG + C.
Sie können die GPU mit dem folgenden Befehl laden:
glxgears - Vollbild
Das Programm zeigt eine 3D-Animation von Zahnrädern, die den gesamten Bildschirm ausfüllen. Drücken Sie ALT + F4, um es zu schließen.
Details zur Arbeit der Teams lesen Sie hier:
man stress-ng
Mann glxgears
Während des Tests arbeiteten beide Ladeprogramme 10 Minuten lang zusammen. Danach kühlte der Raspberry Pi 4 5 Minuten lang ab.
Bilder von der Wärmebildkamera wurden im Standby-Modus und dann 60 Sekunden nach dem Laden mit einem Belastungsbefehl aufgenommen.
Ausgangsleistung: Raspberry Pi 3B +
Das Raspberry Pi 3B + Gerät wurde allgemein anerkannt, und um es gemäß diesen Indikatoren zu umgehen, war es notwendig, es zu versuchen.
Vor der Veröffentlichung des Raspberry Pi 4 war der Raspberry Pi 3 Model B + ein unverzichtbarer Einplatinencomputer. Dieses Modell erhielt alle Vorteile, die bei der Entwicklung des vorherigen Raspberry Pi 3 Model B erzielt wurden, sowie aktualisierte Hardware und ist nach wie vor ein beliebtes Gerät.
Sehen wir uns zuerst an, wie es sich verhält, bevor wir den Raspberry Pi 4 testen.
Leistungsaufnahme
Ein im Vergleich zum Vorgänger effizienter Prozessor und ein verbessertes Stromlaufplan ermöglichen es dem Raspberry Pi 3B +, weniger Strom zu verbrauchen: Im Standby-Modus sind es nur 1,91 Watt und unter künstlicher Last 5,77 Watt.
Bildaufnahmen
Standby-Zeit
Unter LastDie Wärmebildkamera zeigt an, wofür Energie verbraucht wird. Im Standby-Modus ist der SoC relativ kalt und der USB / Ethernet-Controller in der Mitte rechts ist der Hot Spot. Unter Last wird der SoC nach 60 Sekunden intensiven CPU-Betriebs zur heißesten Komponente und erreicht eine Temperatur von 58,1 ° C.
Thermische Drosselung
Das Diagramm zeigt die Geschwindigkeit und Temperatur der Raspberry Pi 3B + -CPU während einer zehnminütigen Belastung. Die Tests werden gleichzeitig auf der CPU und der GPU ausgeführt, gefolgt von einer fünfminütigen Abkühlung. Der Raspberry Pi 3B + erreicht bei einer Temperatur von 60 ° C schnell einen „Soft-Skip“ -Punkt, der verhindern soll, dass der SoC einen engen Grenzwert von 80 ° C erreicht, und die CPU arbeitet in diesem Modus die ganze Zeit über mit einer Frequenz von 1,2 GHz, während die Messung ausgeführt wird.
Raspberry Pi 4 Firmware von Anfang an
Das schnellste Board der Serie benötigte die meiste EnergieDas Raspberry Pi 4 Model B hat gegenüber dem Raspberry Pi 3B + einige Verbesserungen herausgebracht, darunter eine deutlich leistungsstärkere CPU, eine neue GPU, eine bis zu vierfach höhere Speicherkapazität und USB 3.0-Anschlüsse. Aber all dieses Eisen hat seinen eigenen Preis: Mehr Energieverbrauch und mehr Wärme. Mal sehen, wie sich der Raspberry Pi 4 seit dem Verkaufsstart verhalten hat.
Leistungsaufnahme
Es besteht kein Zweifel, Raspberry Pi 4 war unmittelbar nach der Veröffentlichung ein hungriges Tier. Selbst im Standby-Modus des Raspbian-Desktops verbraucht das Board 2,89 Watt und erreicht bei künstlicher CPU- und GPU-Belastung ein Maximum von 7,28 Watt - deutlich mehr als der Raspberry Pi 3 B +.
Bildaufnahmen
Standby-Zeit
Unter LastDie Bilder der Wärmebildkamera zeigen, dass sich der Raspberry Pi 4 mit Firmware am ersten Produktionstag auch im Standby-Modus aufheizt und der USB-Controller in der Mitte rechts und der Leistungsregelkreis in der linken unteren Ecke die heißesten Stellen sind. Unter starker Last erreicht der SoC in der 60. Sekunde eine Temperatur von 72,1 ° C.
Thermische Durchlaufzyklen
Der Raspberry Pi 4 kann länger arbeiten als der Raspberry Pi 3 B +, bevor die künstliche Last ihn zwingt, in den Sprungmodus zu wechseln. Sie geht jedoch immer noch in diesen Modus - in der 65. Sekunde. Unter Last sinkt die CPU von 1,5 GHz auf stabil 1 GHz und sinkt am Ende auf 750 MHz.
Raspberry Pi 4 VLI Firmware
Beim ersten größeren Firmware-Update des Raspberry Pi 4 wurde die Energieverwaltung des USB-Controllers von Via Labs Inc. behoben Der Controller arbeitet mit zwei USB 3.0-Anschlüssen, und die Firmware hat es ihm ermöglicht, sich während des Betriebs weniger zu erwärmen.
Leistungsaufnahme
Auch ohne Anschluss an die Raspberry Pi 4-Ports gibt es sichtbare Verbesserungen in der VLI-Firmware: Der Standby-Stromverbrauch ist auf 2,62 Watt gesunken und erreicht unter Last ein Maximum von 7,01 Watt.
Bildaufnahmen
Standby-Zeit
Unter LastEs ist nicht verwunderlich, dass die Firmware den größten Einfluss auf die Temperatur im VLI-Chipbereich in der Mitte rechts hat. Es hilft auch, die Temperatur des SoC in der Mitte und des Leistungsregelkreises unten links zu senken. SoC erreichte unter Last 71,4 ° C - eine kleine, aber messbare Verbesserung.
Thermische Durchlaufzyklen
Die VLI-Energieverwaltung hat das Verhalten der Karte unter Last dramatisch verändert: Der Aktivierungspunkt für das Überspringen von Teilstrichen wurde auf die 77. Sekunde verschoben, die CPU läuft länger mit einer maximalen Frequenz von 1,5 GHz und fällt im Allgemeinen nicht auf 750 MHz ab. Auch SoC kühlt am Ende des Tests spürbar schneller ab.
Raspberry Pi 4 VLI, SDRAM Firmware
Die folgende Firmware, die für die gleichzeitige Verwendung mit VLI Power Management entwickelt wurde, ändert den Betrieb des Raspberry Pi 4-Speichers - LPDDR4 SDRAM. Ohne die Leistung zu beeinträchtigen, kann der Stromverbrauch sowohl im Standby-Modus als auch unter Last weiter gesenkt werden.
Leistungsaufnahme
Wie beim VLI-Update sorgt das SDRAM-Update für einen willkommenen Rückgang des Stromverbrauchs sowohl im Standby-Modus als auch unter Last. Jetzt verbraucht der Raspberry Pi 4 im Standby 2,47 Watt und unter Last 6,79 Watt - eine deutliche Verbesserung gegenüber den ursprünglichen 7,28 Watt.
Bildaufnahmen
Standby-Zeit
Unter LastDie Bilder von der Wärmebildkamera zeigen die gravierendste Verbesserung von allen, und sowohl der SoC als auch der Leistungsregelkreis werden im Standby-Modus viel weniger erwärmt. Nach 60 Sekunden Ladezeit bleibt der SoC mit 68,8 ° C deutlich kälter - fast 3 Grad weniger als beim VLI-Update.
Beats überspringen
Der kühlere SoC wirkt sich positiv auf das Board aus: Der Durchgangspunkt der Uhr unter Last ist auf 109 Sekunden gestiegen, und danach springt der Raspberry Pi 4 zehn Minuten lang zwischen 1,5 GHz und 1 GHz - dies erhöht die Geschwindigkeit erheblich.
Raspberry Pi 4 VLI-, SDRAM-, Clocking- und Load-Step-Firmware
Das Update vom September 2019 enthält mehrere Änderungen, einschließlich früherer Verbesserungen bei VLI und SDRAM. Die größte Änderung besteht darin, wie der BCM2711B0 die Taktraten in Reaktion auf Anforderungen und Temperatur erhöht und senkt.
Leistungsaufnahme
Die Firmware-Verbesserungen im September sind schrittweise: Der Standby-Verbrauch sank auf 2,36 Watt und unter Last auf 6,67 Watt, ohne dass die Leistung beeinträchtigt oder die Funktionalität beeinträchtigt wird.
Bildaufnahmen
Standby-Zeit
Unter LastDie verbesserte Taktsteuerung verringert die Standby-Temperatur erheblich. Alles verbessert sich unter Last - SoC erreicht nach 60 Sekunden unter Last ein Maximum von 65 ° C, und der VLI-Chip und der Stromsparmanagementkreis bleiben deutlich kühler.
Beats überspringen
Mit dieser Firmware wird der Tick-Punkt des Raspberry Pi 4 unter Last auf 155 Sekunden zurückgesetzt - mehr als die doppelte Zeit im Vergleich zur ersten Firmware. Die durchschnittliche Gesamtgeschwindigkeit steigt ebenfalls aufgrund einer aggressiveren Rückkehr auf 1,5 GHz.
Raspberry Pi 4 Beta Firmware
In Raspberry Pi wird sich jedoch niemand auf seinen Lorbeeren ausruhen. Die Beta-Firmware wird getestet und bald veröffentlicht. Es wurden zahlreiche Verbesserungen vorgenommen, darunter eine genauere Steuerung der Betriebsspannung von SoCs und eine Optimierung der Taktfrequenz für HDMI-Statusmaschinen.
Um Ihren Raspberry Pi auf die neueste Firmware zu aktualisieren, schreiben Sie in das Terminal:
sudo apt update
sudo apt Voll-Upgrade
Und starte das Board neu:
sudo shutdown - jetzt r
Leistungsaufnahme
Die Beta-Firmware reduziert den Standby-Stromverbrauch, um den Stromverbrauch im Allgemeinen zu senken, und passt die SoC-Spannung an, um den Stromverbrauch während des Ladevorgangs zu senken, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. Infolgedessen sinkt die Leistung im Standby-Modus auf 2,1 Watt und unter Last auf 6,41 Watt - die derzeit beste Leistung.
Bildaufnahmen
Verbesserungen sind auf den Bildern der Wärmebildkamera deutlich sichtbar. Der größte Teil des Raspberry Pi 4-Boards erwärmt sich nicht über 35 ° C, was das Minimum für die erste Firmware war. Nach 60 Sekunden Beladung gibt es auch eine kleine, aber messbare Verbesserung, und die Spitzentemperatur erreicht 64,8 ° C.
Beats überspringen
Obwohl der Raspberry Pi 4 mit der neuen Firmware aufgrund der hohen Belastung durch den synthetischen Test immer noch in den Sprungmodus wechselt, zeigt er die besten Ergebnisse für heute: Fr erfolgt in der 177. Sekunde, und die neue Taktsteuerung erhöht die Durchschnittsgeschwindigkeit. Außerdem können Sie mit der Firmware die Taktfrequenz im Standby-Modus häufig erhöhen, um Hintergrundaufgaben zu beschleunigen.
Verbessern Sie die Kühlung Ihres Raspberry Pi 4 mit der richtigen Ausrichtung.
Firmware-Updates liefern hervorragende Ergebnisse, aber was ist, wenn wir den Raspberry Pi 4 vertikal drehen?Obwohl die neueste Firmware den Stromverbrauch und die Erwärmung erheblich senken kann, gibt es einen weiteren Trick, um noch bessere Ergebnisse zu erzielen: Ändern Sie die Ausrichtung der Platine. Für diesen Test haben wir Raspberry Pi 4 mit der neuesten Firmware vertikal installiert, sodass sich die GPIO-Schnittstellen unten und die HDMI-Anschlüsse oben befanden.
Beats überspringen
Eine einfache vertikale Drehung des Raspberry Pi 4 führt zu sofortigen Ergebnissen: SoC ist im Standby-Modus 2 ° C kälter als zuvor und erwärmt sich langsamer. Unter Last läuft die Karte länger, ohne in den Taktsprungmodus zu wechseln und eine deutlich höhere Geschwindigkeit beizubehalten.
Hier wirken sich mehrere Faktoren aus: Die vertikale Ausrichtung verbessert die Konvektion, wodurch die Umgebungsluft schneller Wärme abgeben kann, und das Abheben der Rückseite der Platte von einem Wärmedämmtisch erhöht die Wärmeübertragungsfläche erheblich.
Zeit, Maßnahmen zu überspringen
Das Diagramm zeigt, wie lange es gedauert hat, um unter Last auf Überspringen umzuschalten. Raspberry Pi 3B + zeigte das schlechteste Ergebnis und schaltete in nur 19 Sekunden auf Überspringen um. Jedes nachfolgende Firmware-Update für den Raspberry Pi 4 hat diesen Punkt immer weiter vorangetrieben. Die schwerwiegendste Verbesserung kann jedoch durch Ändern der Ausrichtung der Platine erzielt werden.
Unter Last prüfen
Lassen wir die synthetischen Lasten und stellen uns die Frage, wie die Bretter mit der tatsächlichen Last umgehen.
Aus dem Vorstehenden ist es schwierig zu schließen, dass es einen echten Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Raspberry Pi 3B + und dem Raspberry Pi 4 gibt. Synthetische Messungen führen energieaufwendige Berechnungen durch, die in der Praxis selten zu finden sind, und sie wiederholen sich darüber hinaus endlos.
Linux kompilieren
In diesem Test erhalten Raspberry Pi 3B + und Raspberry Pi 4 die Aufgabe, den Linux-Kernel aus dem Quellcode zu kompilieren. Dies ist ein gutes Beispiel für die CPU-Auslastung in der realen Welt und eine viel realistischere Aufgabe als die synthetischen Lasten aus dem vorherigen Test.
Kernel-Kompilierung: Raspberry Pi 3B +
Der Raspberry Pi 3B + wechselt sehr früh in den Taktüberspring-Modus und bleibt bei 1,2 GHz, bis eine kurze Abkühlungsperiode verstrichen ist. Dann wechselt der Compiler von der CPU-Last zur Laufwerkslast, wodurch das Board schnell wieder auf 1,4 GHz umschalten kann. Die Zusammenstellung endete in 5097 Sekunden - eine Stunde, 24 Minuten, 57 Sekunden.
Kernel Compilation: Raspberry Pi 4 Modell B
Sie können deutlich den Unterschied zwischen synthetischen und realen Aufgaben erkennen: Der Raspberry Pi 4 erreicht niemals eine hohe Temperatur, die ihn zum Überspringen von Taktzyklen zwingen würde, und läuft den ganzen Weg mit 1,5 GHz - außer wie dies beim Raspberry Pi 3 B + der Fall ist , eine kurze Zeitspanne, in der eine Änderung des Compilerbetriebs es der Karte ermöglicht, im Standby-Modus auf Geschwindigkeiten abzusinken. Die Zusammenstellung dauerte 2660 Sekunden - 44 Minuten und 20 Sekunden.