Le Raspberry Pi 4 est beaucoup plus froid! Au cours des quatre derniers mois, les mises à jour du micrologiciel ont réduit la puissance de veille de 1/2 W et de près de 1 W à pleine charge. Gareth Halfacry a effectué des tests thermiques de la carte pour MagPi.
Raspberry Pi 4 modèle B
Le Raspberry Pi 4 est sorti, lui offrant de nombreuses nouvelles fonctionnalités pour séduire les utilisateurs à mettre à niveau: CPU et GPU plus puissants, plus de mémoire, Ethernet Gigabit, prise en charge de l'USB 3.0. Une augmentation de la puissance du processeur entraîne une augmentation de la consommation d'énergie, et le Raspberry Pi 4 est le membre le plus énergivore de la famille.
Le lancement de chaque nouveau modèle Raspberry Pi n'est que le début de l'histoire. Le développement de la carte est en cours et les mises à jour du logiciel et du micrologiciel améliorent chaque version de la carte bien après sa sortie d'usine.
Mises à jour du Raspberry Pi 4
Le Raspberry Pi 4 ne fait pas exception: depuis sa sortie, plusieurs mises à jour ont déjà été publiées qui réduisent sa consommation d'énergie, et par conséquent - le chauffage. Et ces mises à jour conviennent au Raspberry Pi 4, que vous l'ayez acheté le jour de sa sortie ou que vous le commandiez seulement aujourd'hui.
Dans cet article, nous verrons comment chaque mise à jour ultérieure a amélioré le Raspberry Pi 4 en utilisant une charge logicielle artificielle (pas une tâche réelle) pour réchauffer le
système sur une puce (SoC) dès que possible à la température maximale possible.
Et voici quelques miracles qu'une simple mise à jour du firmware peut réaliser.
Comment nous avons testé les mises à jour du firmware du Raspberry Pi 4
Pour vérifier dans quelle mesure chaque micrologiciel résiste au chauffage, nous avons développé une charge élevée artificielle et exigeante, simulant le pire des cas. L'utilitaire stress-ng charge constamment les quatre cœurs de processeur. Pendant ce temps, l'utilitaire glxgears charge le GPU avec du travail. Les utilitaires sont installés par la commande:
sudo apt install stress-ng mesa-utils
Vous pouvez charger le CPU avec la commande:
stress-ng --cpu 0 --cpu-method fft
Dans les paramètres par défaut, l'équipe travaillera toute la journée; pour annuler, appuyez sur CTRL + C.
Vous pouvez charger le GPU avec la commande:
glxgears - plein écran
Le programme montrera une animation 3D d'engrenages remplissant tout l'écran. Pour le fermer, appuyez sur ALT + F4.
Détails du travail des équipes lire ici:
homme stress-ng
homme glxgears
Pendant les tests, les deux programmes de chargement ont travaillé ensemble pendant 10 minutes. Après cela, le Raspberry Pi 4 s'est refroidi pendant 5 minutes.
Les images de l'imageur thermique ont été prises en mode veille, puis 60 secondes après le chargement avec une seule commande de contrainte.
Performances de base: Raspberry Pi 3B +
L'appareil Raspberry Pi 3B + était largement reconnu, et pour le contourner en fonction de ces indicateurs, il fallait essayer.
Avant la sortie du Raspberry Pi 4, le Raspberry Pi 3 Model B + était un ordinateur monocarte incontournable. Ce modèle a reçu tous les avantages obtenus lors du développement du précédent Raspberry Pi 3 Model B, ainsi que du matériel mis à jour, et est toujours un appareil populaire.
Voyons d'abord comment il se comporte avant de tester le Raspberry Pi 4.
Consommation d'énergie
Un processeur efficace et un schéma de circuit de puissance amélioré par rapport à son prédécesseur permettent au Raspberry Pi 3B + de consommer moins d'énergie: en mode veille, il n'est que de 1,91 watts et sous charge artificielle, il est augmenté à 5,77 watts.
Photos d'imagerie
Autonomie en veille
Sous chargeL'imageur thermique montre quelle énergie est dépensée. En mode veille, le SoC est relativement froid et le contrôleur USB / Ethernet au milieu à droite est le point chaud. Sous charge, après 60 secondes de fonctionnement intensif du CPU, le SoC devient le composant le plus chaud, atteignant une température de 58,1 ° C.
Étranglement thermique
Le graphique montre la vitesse et la température du processeur Raspberry Pi 3B + pendant une charge de dix minutes. Les tests s'exécutent simultanément sur le CPU et le GPU, suivis d'un refroidissement de cinq minutes. Le Raspberry Pi 3B + atteint rapidement le point de «saut en douceur» à une température de 60 ° C, qui est conçue pour empêcher le SoC d'atteindre une limite étroite de 80 ° C, et le CPU continue de fonctionner dans ce mode à une fréquence de 1,2 GHz tout le temps pendant que la mesure fonctionne.
Le firmware du Raspberry Pi 4 vient du tout début
La planche la plus rapide de la série a nécessité le plus d'énergieLe Raspberry Pi 4 Model B est sorti avec plusieurs améliorations par rapport au Raspberry Pi 3B +, y compris un processeur nettement plus puissant, un nouveau GPU, une augmentation de la capacité de mémoire jusqu'à 4 fois et des ports USB 3.0. Mais tout ce fer a son propre prix: augmentation de la consommation d'énergie et du chauffage. Voyons comment le Raspberry Pi 4 s'est comporté depuis le début des ventes.
Consommation d'énergie
Il n'y a aucun doute, Raspberry Pi 4 immédiatement après la sortie était une bête affamée. Même en mode veille, sur le bureau Raspbian, la carte consomme 2,89 watts, atteignant un maximum de 7,28 watts en cas de chargement artificiel du CPU et du GPU - bien plus que le Raspberry Pi 3 B +.
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Autonomie en veille
Sous chargeLes images de l'imageur thermique montrent que le Raspberry Pi 4 avec firmware le premier jour de production chauffe même en mode veille, et le contrôleur USB à droite au milieu et le circuit de contrôle d'alimentation en bas à gauche sont les endroits les plus chauds. Sous forte charge, le SoC à la 60e seconde atteint une température de 72,1 ° C.
Cycles de passage thermique
Le Raspberry Pi 4 est capable de fonctionner plus longtemps que le Raspberry Pi 3 B +, avant que la charge artificielle ne l'oblige à passer en mode saut. Cependant, elle passe toujours dans ce mode - à la 65e seconde. Avec une charge de travail, le processeur passe de 1,5 GHz à 1 GHz stable, puis à la fin, il descend à 750 MHz.
Micrologiciel Raspberry Pi 4 VLI
Dans la première mise à jour majeure du firmware du Raspberry Pi 4, la gestion de l'alimentation du contrôleur USB de Via Labs Inc. a été corrigée Le contrôleur fonctionne avec deux ports USB 3.0 et le micrologiciel lui a permis de chauffer moins pendant le fonctionnement.
Consommation d'énergie
Même sans rien connecter aux ports du Raspberry Pi 4, il y a des améliorations visibles dans le micrologiciel VLI: la consommation d'énergie en veille est tombée à 2,62 watts et, sous charge, elle atteint un maximum de 7,01 watts.
Photos d'imagerie
Autonomie en veille
Sous chargeIl n'est pas surprenant que le firmware ait la plus grande influence sur la température dans la zone de la puce VLI au milieu à droite; il contribue également à réduire la température du SoC au centre et le circuit de contrôle de puissance en bas à gauche. Le SoC a atteint 71,4 ° C sous charge - une amélioration modeste mais mesurable.
Cycles de passage thermique
La gestion de l'alimentation VLI a radicalement changé le comportement de la carte en charge: le point d'activation du saut de tick est passé à la 77e seconde, le CPU fonctionne plus longtemps à une fréquence maximale de 1,5 GHz et ne tombe généralement pas à 750 MHz. Le SoC à la fin du test se refroidit également sensiblement plus rapidement.
Raspberry Pi 4 VLI, firmware SDRAM
Le firmware suivant, développé pour être utilisé simultanément avec la gestion de l'alimentation VLI, modifie le fonctionnement de la mémoire du Raspberry Pi 4 - SDRAM LPDDR4. Sans affecter les performances, il contribue à réduire davantage la consommation d'énergie en mode veille et sous charge.
Consommation d'énergie
Comme avec la mise à jour VLI, la mise à jour SDRAM apporte une baisse bienvenue de la consommation d'énergie en mode veille et en charge. Maintenant, le Raspberry Pi 4 consomme 2,47 watts en veille et 6,79 watts en charge - une amélioration majeure par rapport aux 7,28 watts d'origine.
Photos d'imagerie
Autonomie en veille
Sous chargeLes images de l'imageur thermique montrent l'amélioration la plus sérieuse de toutes, et le SoC et le circuit de commande de puissance sont beaucoup moins chauffés en mode veille. Après 60 secondes de chargement, le SoC reste beaucoup plus froid, 68,8 ° C - près de 3 degrés de moins par rapport à la mise à jour VLI.
Skip Beats
Le SoC plus frais a un effet positif sur la carte: le point de passage de l'horloge sous charge a augmenté jusqu'à 109 secondes, puis le Raspberry Pi 4 continue de sauter entre 1,5 GHz et 1 GHz pendant dix minutes - cela augmente considérablement la vitesse.
Micrologiciel Raspberry Pi 4 VLI, SDRAM, horloge et étape de chargement
Il y a plusieurs changements dans la mise à jour de septembre 2019, y compris les améliorations précédentes avec VLI et SDRAM. Le plus grand changement est la façon dont le BCM2711B0 augmente et diminue les vitesses d'horloge en réponse aux demandes et à la température.
Consommation d'énergie
Les améliorations du firmware de septembre sont progressives: la consommation en veille a diminué à 2,36 watts, et sous charge - à 6,67 watts, sans aucune baisse des performances ni perte de fonctionnalité.
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Autonomie en veille
Sous chargeUn contrôle d'horloge amélioré réduit considérablement la température de veille. Tout s'améliore sous charge - SoC atteint un maximum de 65 ° C après 60 secondes de charge, et la puce VLI et le circuit de gestion de l'alimentation restent nettement plus froids.
Skip Beats
Avec ce firmware, le point de tick du Raspberry Pi 4 sous charge est repoussé à 155 secondes, soit plus du double du temps par rapport au premier firmware. La vitesse moyenne globale augmente également en raison d'un retour plus agressif à 1,5 GHz.
Micrologiciel Raspberry Pi 4 Beta
Cependant, dans Raspberry Pi, personne ne va se reposer sur ses lauriers. Le micrologiciel bêta est en cours de test et est sur le point d'être publié prochainement. Il présente de nombreuses améliorations, notamment un contrôle plus précis de la tension de fonctionnement des SoC et une optimisation de la fréquence d'horloge pour les machines à états HDMI.
Pour mettre à jour votre Raspberry Pi vers le dernier firmware, écrivez dans le terminal:
mise à jour sudo apt
sudo apt full-upgrade
Et redémarrez la carte:
arrêt sudo - r maintenant
Consommation d'énergie
Le micrologiciel bêta réduit la consommation d'énergie en veille pour réduire la consommation d'énergie en général et ajuste la tension SoC pour réduire la consommation d'énergie pendant les charges sans sacrifier les performances. En conséquence, il y a une baisse de 2,1 watts en mode veille et jusqu'à 6,41 watts sous charge - la meilleure performance aujourd'hui.
Photos d'imagerie
Les améliorations sont clairement visibles dans les images de l'imageur thermique. La plupart des cartes Raspberry Pi 4 ne chauffent pas au-dessus de 35 ° C, ce qui était le minimum pour le premier firmware. Après 60 secondes de chargement, il y a aussi une amélioration modeste mais mesurable, et la température maximale atteint 64,8 ° C.
Skip Beats
Bien que le Raspberry Pi 4 avec le nouveau firmware passe toujours en mode de saut en raison de la charge élevée du test synthétique, il montre les meilleurs résultats pour aujourd'hui: vendredi se produit à la 177e seconde et le nouveau système de contrôle d'horloge augmente la vitesse moyenne. De plus, le micrologiciel vous permet d'augmenter souvent la fréquence d'horloge en mode veille, ce qui accélère les tâches en arrière-plan.
Améliorez le refroidissement de votre Raspberry Pi 4 avec sa bonne orientation.
Les mises à jour du micrologiciel fournissent d'excellents résultats, mais que faire si nous tournons le Raspberry Pi 4 verticalement?Bien que le dernier micrologiciel puisse réduire considérablement la consommation d'énergie et le chauffage, il existe une autre astuce pour obtenir des résultats encore meilleurs: changer l'orientation de la carte. Pour ce test, nous avons installé Raspberry Pi 4 avec le dernier firmware verticalement, de sorte que les interfaces GPIO se trouvent en bas et les ports HDMI en haut.
Skip Beats
Une simple rotation verticale du Raspberry Pi 4 donne des résultats instantanés: le SoC en mode veille est 2 ° C plus froid qu'auparavant et se réchauffe plus lentement. sous charge, la carte fonctionne plus longtemps sans passer en mode de saut d'horloge et maintenir une vitesse beaucoup plus élevée.
Plusieurs facteurs fonctionnent ici: l'orientation verticale améliore la convection, permettant à l'air ambiant de dissiper la chaleur plus rapidement, et le fait de soulever l'arrière de la planche d'une table calorifuge augmente considérablement la surface de transfert de chaleur.
Il est temps de sauter des mesures
Le diagramme montre combien de temps il a fallu pour passer aux mesures de saut sous charge. Le Raspberry Pi 3B + a affiché le pire résultat, passant aux mesures de saut en seulement 19 secondes. Chaque mise à jour ultérieure du firmware du Raspberry Pi 4 poussait ce point de plus en plus loin. Cependant, l'amélioration la plus sérieuse peut être obtenue en changeant l'orientation de la carte.
Vérifier sous charge réelle
Laissons de côté les charges synthétiques et posons-nous la question: comment les planches font-elles face à la charge réelle?
De ce qui précède, il est difficile de conclure qu'il existe une réelle différence de vitesse entre le Raspberry Pi 3B + et le Raspberry Pi 4. Les mesures synthétiques effectuent des calculs énergivores que l'on trouve rarement dans les tâches de la vie réelle, et en plus, elles se répètent à l'infini.
Compilation de Linux
Dans ce test, Raspberry Pi 3B + et Raspberry Pi 4 sont chargés de compiler le noyau Linux à partir des sources. Ceci est un bon exemple de charges CPU trouvées dans le monde réel et une tâche beaucoup plus réaliste que les charges synthétiques du test précédent.
Compilation du noyau: Raspberry Pi 3B +
Le Raspberry Pi 3B + passe très tôt en mode de saut d'horloge et reste à 1,2 GHz jusqu'à une courte période de refroidissement, lorsque le compilateur passe de la charge CPU à la charge de stockage, ce qui permet à la carte de revenir rapidement à 1,4 GHz. La compilation s'est terminée en 5097 secondes - une heure, 24 minutes, 57 secondes.
Compilation du noyau: Raspberry Pi 4 modèle B
Vous pouvez clairement voir la différence entre les tâches synthétiques et réelles: le Raspberry Pi 4 n'atteint jamais une température élevée qui le forcerait à sauter les cycles d'horloge et fonctionne à 1,5 GHz tout le long - sauf, comme c'est le cas avec le Raspberry Pi 3 B + , une brève période où un changement dans le fonctionnement du compilateur permet à la carte de chuter à des vitesses en mode veille. La compilation s'est terminée en 2660 secondes - 44 minutes et 20 secondes.