Raspberry Pi 4 jauh lebih dingin! Selama empat bulan terakhir, pembaruan firmware telah mengurangi daya siaga hingga 1/2 W dan hampir 1 W di bawah beban penuh. Gareth Halfacry melakukan pengujian termal papan untuk MagPi.
Raspberry Pi 4 Model B
Raspberry Pi 4 dirilis, menyediakannya dengan banyak fitur baru untuk menggoda pengguna untuk meningkatkan: CPU dan GPU yang lebih kuat, lebih banyak memori, gigabit Ethernet, dukungan untuk USB 3.0. Peningkatan daya prosesor memerlukan peningkatan konsumsi daya, dan Raspberry Pi 4 adalah anggota keluarga yang paling haus energi.
Peluncuran setiap model Raspberry Pi baru hanyalah awal dari cerita. Pengembangan papan sedang berlangsung, dan pembaruan peranti lunak dan firmware meningkatkan setiap versi papan lama setelah meninggalkan pabrik.
Pembaruan Raspberry Pi 4
Tidak terkecuali Raspberry Pi 4: sejak dirilis, beberapa pembaruan telah dirilis yang mengurangi konsumsi daya, dan sebagai hasilnya - pemanasan. Dan pembaruan ini cocok untuk Raspberry Pi 4, terlepas dari apakah Anda membelinya pada hari rilis atau Anda memesannya hanya hari ini.
Pada artikel ini, kita akan melihat bagaimana setiap pembaruan selanjutnya meningkatkan Raspberry Pi 4 dengan menggunakan beban perangkat lunak buatan (bukan tugas nyata) untuk menghangatkan
sistem pada chip (SoC) sesegera mungkin ke suhu semaksimal mungkin.
Dan berikut adalah beberapa keajaiban yang dapat dicapai oleh pembaruan firmware sederhana.
Bagaimana Kami Menguji Pembaruan Firmware Raspberry Pi 4
Untuk memeriksa seberapa baik setiap firmware mengatasi pemanasan, kami telah mengembangkan beban buatan tiruan yang menuntut simulasi kasus terburuk. Utilitas stress-ng secara konstan memuat keempat core CPU. Sementara itu, utilitas glxgears memuat GPU dengan kerja. Utilitas diinstal oleh perintah:
sudo apt install stress-ng mesa-utils
Anda dapat memuat CPU dengan perintah:
stress-ng --cpu 0 --cpu-method fft
Dalam pengaturan default, tim akan bekerja sepanjang hari; untuk membatalkan, tekan CTRL + C.
Anda dapat memuat GPU dengan perintah:
glxgears –layar penuh
Program ini akan menampilkan animasi 3D roda gigi yang memenuhi seluruh layar. Untuk menutupnya, tekan ALT + F4.
Detail pekerjaan tim baca di sini:
pria stres-ng
man glxgears
Selama pengujian, kedua program beban bekerja bersama selama 10 menit. Setelah itu, Raspberry Pi 4 menjadi dingin selama 5 menit.
Gambar dari imager termal diambil dalam mode siaga, dan kemudian 60 detik setelah memuat dengan satu perintah stress-ng.
Kinerja Dasar: Raspberry Pi 3B +
Perangkat Raspberry Pi 3B + diakui secara luas, dan untuk menyiasatinya sesuai dengan indikator ini, perlu dicoba.
Sebelum rilis Raspberry Pi 4, Raspberry Pi 3 Model B + adalah komputer papan tunggal yang harus dimiliki. Model ini menerima semua keunggulan yang dicapai selama pengembangan sebelumnya, Raspberry Pi 3 Model B, ditambah perangkat keras yang diperbarui, dan masih merupakan perangkat yang populer.
Pertama mari kita lihat bagaimana perilakunya sebelum menguji Raspberry Pi 4.
Konsumsi daya
Prosesor yang efisien dan diagram sirkuit daya yang ditingkatkan dibandingkan dengan pendahulunya memungkinkan Raspberry Pi 3B + mengkonsumsi lebih sedikit daya: dalam mode siaga hanya 1,91 watt, dan di bawah beban buatan itu meningkat menjadi 5,77 watt.
Tembakan citra
Waktu siaga
Di bawah bebanImager termal menunjukkan energi apa yang dihabiskan. Dalam mode siaga, SoC relatif dingin, dan pengontrol USB / Ethernet di kanan tengah adalah hot spot. Di bawah beban, setelah 60 detik operasi CPU intensif, SoC menjadi komponen terpanas, mencapai suhu 58,1 ° C.
Throttling termal
Grafik menunjukkan kecepatan dan suhu Raspberry Pi 3B + CPU selama beban sepuluh menit. Tes dijalankan secara bersamaan pada CPU dan GPU, diikuti oleh pendinginan lima menit. Raspberry Pi 3B + dengan cepat mencapai titik "lompatan lunak" pada suhu 60 ° C, yang dirancang untuk mencegah SoC mencapai batas ketat 80 ° C, dan CPU terus beroperasi dalam mode ini pada frekuensi 1,2 GHz sepanjang waktu saat pengukuran bekerja.
Firmware Raspberry Pi 4 datang dari awal
Papan tercepat dalam seri membutuhkan energi paling banyakRaspberry Pi 4 Model B keluar dengan beberapa peningkatan pada Raspberry Pi 3B +, termasuk CPU yang jauh lebih kuat, GPU baru, peningkatan memori hingga 4 kali, dan port USB 3.0. Tetapi semua besi ini memiliki harga sendiri: peningkatan konsumsi energi dan pemanasan. Mari kita lihat bagaimana perilaku Raspberry Pi 4 sejak awal penjualan.
Konsumsi daya
Tidak ada keraguan, Raspberry Pi 4 segera setelah rilis adalah binatang yang lapar. Bahkan dalam mode siaga pada desktop Raspbian, papan mengkonsumsi 2,89 watt, mencapai maksimum 7,28 watt dalam hal pemuatan CPU dan GPU buatan - secara signifikan lebih dari Raspberry Pi 3 B +.
Tembakan citra
Waktu siaga
Di bawah bebanGambar-gambar dari imager termal menunjukkan bahwa Raspberry Pi 4 dengan firmware pada hari pertama produksi memanas bahkan dalam mode siaga, dan pengontrol USB di kanan di tengah dan sirkuit kontrol daya di kiri bawah adalah tempat terpanas. Di bawah beban berat, SoC pada detik ke-60 mencapai suhu 72,1 ° C.
Siklus lulus termal
Raspberry Pi 4 mampu bekerja lebih lama dari Raspberry Pi 3 B +, sebelum beban buatan memaksanya untuk masuk ke mode lewati. Namun, dia masih masuk ke mode ini - pada detik ke-65. Dengan beban yang bekerja, CPU turun dari 1,5 GHz ke stabil 1 GHz, dan pada akhirnya tenggelam ke 750 MHz.
Raspberry Pi 4 VLI Firmware
Dalam pembaruan firmware besar pertama Raspberry Pi 4, manajemen daya pengontrol USB Via Labs Inc. diperbaiki Pengontrol bekerja dengan dua port USB 3.0, dan firmware memperbolehkannya memanas lebih sedikit selama operasi.
Konsumsi daya
Bahkan tanpa menghubungkan apa pun ke port Raspberry Pi 4, ada peningkatan nyata pada firmware VLI: konsumsi daya siaga turun menjadi 2,62 watt, dan di bawah beban mencapai maksimum 7,01 watt.
Tembakan citra
Waktu siaga
Di bawah bebanTidak mengherankan bahwa firmware memiliki pengaruh terbesar pada suhu di area chip VLI di kanan tengah; itu juga membantu mengurangi suhu SoC di tengah dan sirkuit kontrol daya di kiri bawah. SoC mencapai 71,4 ° C di bawah beban - peningkatan kecil tapi terukur.
Siklus lulus termal
Manajemen daya VLI telah secara dramatis mengubah perilaku kartu yang sedang dimuat: titik aktifkan tanda centang telah pindah ke detik ke-77, CPU beroperasi lebih lama pada frekuensi maksimum 1,5 GHz, dan umumnya tidak turun hingga 750 MHz. SoC pada akhir tes juga terasa dingin lebih cepat.
Raspberry Pi 4 VLI, firmware SDRAM
Firmware berikut, yang dikembangkan untuk digunakan bersamaan dengan manajemen daya VLI, mengubah pengoperasian memori Raspberry Pi 4 - LPDDR4 SDRAM. Tanpa memengaruhi kinerja, ini membantu mengurangi konsumsi daya lebih lanjut baik dalam mode siaga maupun di bawah beban.
Konsumsi daya
Seperti dengan pembaruan VLI, pembaruan SDRAM membawa penurunan konsumsi daya baik dalam mode siaga dan di bawah beban. Sekarang Raspberry Pi 4 mengkonsumsi daya 2,47 watt di siaga dan 6,79 watt di bawah beban - peningkatan besar dibandingkan 7,28 watt asli.
Tembakan citra
Waktu siaga
Di bawah bebanGambar-gambar dari imager termal menunjukkan peningkatan paling serius dari semua, dan baik SoC dan sirkuit kontrol daya dipanaskan lebih sedikit dalam mode siaga. Setelah 60 detik memuat, SoC tetap jauh lebih dingin, 68,8 ° C - hampir 3 derajat lebih sedikit dibandingkan dengan pembaruan VLI.
Lewati Ketukan
SoC pendingin memiliki efek positif pada papan: titik lintasan jam di bawah beban telah bergerak hingga 109 detik, dan setelah itu Raspberry Pi 4 terus melompat antara 1,5 GHz dan 1 GHz selama sepuluh menit - ini secara signifikan meningkatkan kecepatan.
Raspberry Pi 4 VLI, SDRAM, Clocking, dan Firmware Load-Step
Ada beberapa perubahan dalam pembaruan September 2019, termasuk peningkatan sebelumnya dengan VLI dan SDRAM. Perubahan terbesar adalah bagaimana BCM2711B0 meningkatkan dan menurunkan kecepatan clock dalam menanggapi permintaan dan suhu.
Konsumsi daya
Peningkatan firmware September bertahap: konsumsi siaga turun menjadi 2,36 watt, dan di bawah beban - menjadi 6,67 watt, tanpa ada penurunan kinerja atau hilangnya fungsionalitas.
Tembakan citra
Waktu siaga
Di bawah bebanKontrol jam yang ditingkatkan secara signifikan mengurangi suhu siaga. Semuanya membaik di bawah beban - SoC mencapai maksimum 65 ° C setelah 60 detik beban, dan chip VLI dan sirkuit manajemen daya tetap jelas lebih dingin.
Lewati Ketukan
Dengan firmware ini, titik centang Raspberry Pi 4 yang dimuat didorong kembali ke 155 detik - lebih dari dua kali lipat waktu dibandingkan dengan firmware pertama. Kecepatan rata-rata keseluruhan juga meningkat karena pengembalian yang lebih agresif ke 1,5 GHz.
Raspberry Pi 4 Beta Firmware
Namun, di Raspberry Pi tidak ada yang akan berpuas diri. Firmware beta sedang diuji dan akan segera dirilis. Ini memiliki banyak peningkatan, termasuk kontrol yang lebih tepat dari tegangan operasi SoCs dan optimalisasi frekuensi clock untuk mesin-mesin keadaan HDMI.
Untuk memperbarui Raspberry Pi Anda ke firmware terbaru, tulis di terminal:
sudo apt pembaruan
sudo apt upgrade penuh
Dan nyalakan kembali papan:
sudo shutdown - r sekarang
Konsumsi daya
Firmware beta mengurangi konsumsi daya siaga untuk mengurangi konsumsi daya secara umum, dan menyesuaikan tegangan SoC untuk mengurangi konsumsi daya selama pemuatan tanpa mengorbankan kinerja. Akibatnya, ada penurunan hingga 2,1 watt dalam mode siaga, dan hingga 6,41 watt di bawah beban - kinerja terbaik saat ini.
Tembakan citra
Perbaikan terlihat jelas dalam gambar dari imager termal. Sebagian besar papan Raspberry Pi 4 tidak memanas di atas 35 ° C, yang merupakan minimum untuk firmware pertama. Setelah 60 detik pemuatan, ada juga peningkatan kecil tapi terukur, dan suhu puncak mencapai 64,8 ° C.
Lewati Ketukan
Meskipun Raspberry Pi 4 dengan firmware baru masih masuk ke mode loncatan karena beban tinggi dari tes sintetis, itu menunjukkan hasil terbaik untuk hari ini: Jum terjadi di 177 detik, dan sistem kontrol jam baru meningkatkan kecepatan rata-rata. Selain itu, firmware memungkinkan Anda untuk sering meningkatkan frekuensi jam dalam mode siaga, mempercepat tugas latar belakang.
Tingkatkan pendinginan Raspberry Pi 4 Anda dengan orientasi yang tepat.
Pembaruan firmware memberikan hasil yang sangat baik, tetapi bagaimana jika kita memutar Raspberry Pi 4 secara vertikal?Meskipun firmware terbaru dapat secara signifikan mengurangi konsumsi daya dan pemanasan, ada trik lain untuk mencapai hasil yang lebih baik: ubah orientasi papan. Untuk pengujian ini, kami memasang Raspberry Pi 4 dengan firmware terbaru secara vertikal, sehingga antarmuka GPIO ada di bagian bawah, dan port HDMI di bagian atas.
Lewati Ketukan
Rotasi vertikal sederhana Raspberry Pi 4 memberikan hasil instan: SoC dalam mode siaga 2 ° C lebih dingin dari sebelumnya dan memanas lebih lambat. di bawah beban, papan berjalan lebih lama tanpa masuk ke mode lompatan jam dan mempertahankan kecepatan yang jauh lebih tinggi.
Beberapa faktor berfungsi di sini: orientasi vertikal meningkatkan konveksi, memungkinkan udara sekitar untuk membuang panas lebih cepat, dan mengangkat bagian belakang papan dari meja isolasi panas secara signifikan meningkatkan permukaan perpindahan panas.
Saatnya untuk melewati langkah-langkah
Diagram menunjukkan berapa lama waktu yang diperlukan untuk beralih ke melewatkan langkah-langkah di bawah beban. Raspberry Pi 3B + menunjukkan hasil terburuk, beralih ke langkah-langkah melewatkan hanya dalam 19 detik. Setiap pembaruan firmware berikutnya untuk Raspberry Pi 4 mendorong poin ini semakin jauh. Namun, peningkatan paling serius dapat dicapai dengan mengubah orientasi dewan.
Periksa di bawah beban nyata
Mari kita tinggalkan muatan sintetis, dan tanyakan pada diri kita pertanyaan - bagaimana papan mengatasi beban nyata?
Dari hal tersebut di atas, sulit untuk menyimpulkan bahwa ada perbedaan nyata dalam kecepatan antara Raspberry Pi 3B + dan Raspberry Pi 4. Pengukuran sintetis melakukan perhitungan yang menuntut energi yang jarang ditemukan dalam tugas-tugas kehidupan nyata, dan di samping itu, mereka mengulangi tanpa henti.
Kompilasi Linux
Dalam tes ini, Raspberry Pi 3B + dan Raspberry Pi 4 diberi tugas mengkompilasi kernel Linux dari sumber. Ini adalah contoh yang baik dari beban CPU yang ditemukan di dunia nyata, dan tugas yang jauh lebih realistis daripada beban sintetis dari tes sebelumnya.
Kompilasi Kernel: Raspberry Pi 3B +
Raspberry Pi 3B + beralih ke mode skipping jam sangat awal dan tetap pada 1,2 GHz sampai periode pendinginan pendek, ketika kompiler beralih dari beban pada CPU ke beban pada drive, yang memungkinkan papan untuk dengan cepat beralih kembali ke 1,4 GHz. Kompilasi berakhir dalam 5097 detik - satu jam, 24 menit, 57 detik.
Kompilasi Kernel: Raspberry Pi 4 model B
Anda dapat dengan jelas melihat perbedaan antara tugas sintetis dan nyata: Raspberry Pi 4 tidak pernah mencapai suhu tinggi yang akan memaksanya untuk melewati siklus clock, dan berjalan pada 1,5 GHz sepanjang jalan - kecuali, seperti halnya dengan Raspberry Pi 3 B + , periode singkat ketika perubahan dalam operasi kompiler memungkinkan papan untuk turun ke kecepatan dalam mode siaga. Kompilasi berakhir dalam 2660 detik - 44 menit dan 20 detik.