O Raspberry Pi 4 é muito mais frio! Nos últimos quatro meses, as atualizações de firmware reduziram a energia em espera em 1/2 W e quase 1 W sob carga total. Gareth Halfacry conduziu testes térmicos da placa para MagPi.
Raspberry Pi 4 Modelo B
O Raspberry Pi 4 foi lançado, oferecendo muitos recursos novos para seduzir os usuários a atualizar: CPUs e GPUs mais poderosas, mais memória, Ethernet de gigabit, suporte para USB 3.0. Um aumento na potência do processador implica um aumento no consumo de energia, e o Raspberry Pi 4 é o membro que mais consome energia.
O lançamento de cada novo modelo do Raspberry Pi é apenas o começo da história. O desenvolvimento da placa está em andamento, e as atualizações de software e firmware melhoram cada versão da placa muito depois que ela sai da fábrica.
Raspberry Pi 4 Atualizações
O Raspberry Pi 4 não é exceção: desde o seu lançamento, várias atualizações já foram lançadas que reduziram o consumo de energia e, como resultado, o aquecimento. E essas atualizações são adequadas para o Raspberry Pi 4, independentemente de você o ter adquirido no dia do lançamento ou pedido somente hoje.
Neste artigo, veremos como cada atualização subsequente melhorou o Raspberry Pi 4 usando carga de software artificial (não é uma tarefa real) para aquecer o
sistema em um chip (SoC) o mais rápido possível até a temperatura máxima possível.
E aqui estão alguns milagres que uma simples atualização de firmware pode alcançar.
Como testamos as atualizações de firmware do Raspberry Pi 4
Para verificar quão bem cada firmware lida com o aquecimento, desenvolvemos uma carga artificial alta e exigente, simulando o pior caso. O utilitário stress-ng carrega constantemente todos os quatro núcleos da CPU. Enquanto isso, o utilitário glxgears carrega a GPU com trabalho. Os utilitários são instalados pelo comando:
sudo apt install stress-ng mesa-utils
Você pode carregar a CPU com o comando:
stress-ng --cpu 0 --cpu-method fft
Nas configurações padrão, a equipe trabalha o dia todo; para cancelar, pressione CTRL + C.
Você pode carregar a GPU com o comando:
glxgears - tela cheia
O programa mostrará uma animação 3D de engrenagens preenchendo a tela inteira. Para fechá-lo, pressione ALT + F4.
Detalhes do trabalho das equipes, leia aqui:
homem stress-ng
homem glxgears
Durante o teste, os dois programas de carregamento trabalharam juntos por 10 minutos. Depois disso, o Raspberry Pi 4 esfriou por 5 minutos.
As fotos do termovisor foram tiradas no modo de espera e, em seguida, 60 segundos após o carregamento com um comando de estresse-ng.
Desempenho da linha de base: Raspberry Pi 3B +
O dispositivo Raspberry Pi 3B + foi amplamente reconhecido e, para contorná-lo de acordo com esses indicadores, era necessário tentar.
Antes do lançamento do Raspberry Pi 4, o Raspberry Pi 3 Modelo B + era um computador de placa única indispensável. Este modelo recebeu todas as vantagens alcançadas durante o desenvolvimento do Raspberry Pi 3 Modelo B anterior, além de hardware atualizado, e ainda é um dispositivo popular.
Vamos primeiro ver como ele se comporta antes de testar o Raspberry Pi 4.
Consumo de energia
Um processador eficiente e um diagrama de circuito de potência aprimorado em comparação com o antecessor permitem que o Raspberry Pi 3B + consuma menos energia: no modo de espera, ele é de apenas 1,91 watts e, sob carga artificial, é aumentado para 5,77 watts.
Fotos de imagens
Tempo de espera
Sob cargaO termovisor mostra em que energia está sendo gasta. No modo de espera, o SoC é relativamente frio e o controlador USB / Ethernet no meio direito é o ponto quente. Sob carga, após 60 segundos de operação intensiva da CPU, o SoC se torna o componente mais quente, atingindo uma temperatura de 58,1 ° C.
Regulagem térmica
O gráfico mostra a velocidade e a temperatura da CPU Raspberry Pi 3B + durante uma carga de dez minutos. Os testes são executados simultaneamente na CPU e na GPU, seguidos por um resfriamento de cinco minutos. O Raspberry Pi 3B + atinge rapidamente o ponto de salto suave a uma temperatura de 60 ° C, projetado para impedir que o SoC atinja um limite rígido de 80 ° C, e a CPU continua a operar nesse modo a uma frequência de 1,2 GHz o tempo todo enquanto a medição está funcionando.
Firmware Raspberry Pi 4 desde o início
A placa mais rápida da série exigia mais energiaO Raspberry Pi 4 Modelo B saiu com várias melhorias em relação ao Raspberry Pi 3B +, incluindo uma CPU significativamente mais poderosa, uma nova GPU, um aumento na capacidade de memória até 4 vezes e portas USB 3.0. Mas todo esse ferro tem seu próprio preço: maior consumo de energia e aquecimento. Vamos ver como o Raspberry Pi 4 se comportou desde o início das vendas.
Consumo de energia
Não há dúvida, Raspberry Pi 4 imediatamente após o lançamento era um animal faminto. Mesmo no modo de espera, na área de trabalho do Raspbian, a placa consome 2,89 watts, atingindo um máximo de 7,28 watts no caso de carregamento artificial da CPU e da GPU - muito mais do que o Raspberry Pi 3 B +.
Fotos de imagens
Tempo de espera
Sob cargaAs imagens do termovisor mostram que o Raspberry Pi 4 com firmware no primeiro dia de produção esquenta mesmo no modo de espera, e o controlador USB à direita no meio e o circuito de controle de energia na parte inferior esquerda são os locais mais quentes. Sob carga pesada, o SoC no 60º segundo atinge uma temperatura de 72,1 ° C.
Ciclos de passagem térmica
O Raspberry Pi 4 é capaz de trabalhar por mais tempo que o Raspberry Pi 3 B +, antes que a carga artificial o force a entrar no modo de ignorar. No entanto, ela ainda entra nesse modo - aos 65 segundos. Com uma carga de trabalho, a CPU cai de 1,5 GHz para 1 GHz estável e, no final, cai para 750 MHz.
Firmware Raspberry Pi 4 VLI
Na primeira grande atualização de firmware do Raspberry Pi 4, o gerenciamento de energia do controlador USB Via Labs Inc. foi corrigido O controlador funciona com duas portas USB 3.0 e o firmware permite aquecer menos durante a operação.
Consumo de energia
Mesmo sem conectar nada às portas Raspberry Pi 4, há melhorias visíveis no firmware VLI: o consumo de energia em espera caiu para 2,62 watts e, sob carga, atinge um máximo de 7,01 watts.
Fotos de imagens
Tempo de espera
Sob cargaNão é de surpreender que o firmware tenha a maior influência sobre a temperatura na área de chips VLI no meio direito; também ajuda a reduzir a temperatura do SoC no centro e o circuito de controle de energia no canto inferior esquerdo. O SoC atingiu 71,4 ° C sob carga - uma melhoria pequena, mas mensurável.
Ciclos de passagem térmica
O gerenciamento de energia da VLI mudou drasticamente o comportamento da placa sob carga: o ponto de habilitação do tick skip passou para o 77º segundo, a CPU funciona por mais tempo a uma frequência máxima de 1,5 GHz e não cai para 750 MHz. O SoC no final do teste também esfria notavelmente mais rápido.
Raspberry Pi 4 VLI, firmware SDRAM
O firmware a seguir, desenvolvido para uso simultâneo com o gerenciamento de energia VLI, altera a operação da memória Raspberry Pi 4 - LPDDR4 SDRAM. Sem afetar o desempenho, ajuda a reduzir ainda mais o consumo de energia, tanto no modo de espera quanto sob carga.
Consumo de energia
Como na atualização VLI, a atualização SDRAM traz uma queda bem-vinda no consumo de energia, tanto no modo de espera quanto sob carga. Agora, o Raspberry Pi 4 consome 2,47 watts no modo de espera e 6,79 watts sob carga - uma grande melhoria em relação aos 7,28 watts originais.
Fotos de imagens
Tempo de espera
Sob cargaAs imagens do termovisor mostram a melhoria mais séria de todas, e o SoC e o circuito de controle de potência são aquecidos muito menos no modo de espera. Após 60 segundos de carregamento, o SoC permanece muito mais frio, 68,8 ° C - quase 3 graus menos em comparação com a atualização do VLI.
Skip Beats
O SoC mais frio tem um efeito positivo na placa: o ponto de passagem do relógio sob carga subiu para 109 segundos e, depois disso, o Raspberry Pi 4 continua a pular entre 1,5 GHz e 1 GHz por dez minutos - isso aumenta significativamente a velocidade.
Firmware Raslberry Pi 4 VLI, SDRAM, Clock e Etapa de Carga
Existem várias alterações na atualização de setembro de 2019, incluindo melhorias anteriores com VLI e SDRAM. A maior mudança é como o BCM2711B0 aumenta e diminui a velocidade do relógio em resposta a solicitações e temperatura.
Consumo de energia
As melhorias no firmware de setembro são graduais: o consumo em espera diminuiu para 2,36 watts e sob carga - para 6,67 watts, sem qualquer redução no desempenho ou perda de funcionalidade.
Fotos de imagens
Tempo de espera
Sob cargaO controle aprimorado do relógio reduz significativamente a temperatura de espera. Tudo melhora sob carga - o SoC atinge um máximo de 65 ° C após 60 segundos de carga, e o chip VLI e o circuito de gerenciamento de energia permanecem claramente mais frios.
Skip Beats
Com este firmware, o ponto de verificação do Raspberry Pi 4 sob carga é adiado para 155 segundos - mais do que duplicando o tempo em comparação com o primeiro firmware. A velocidade média geral também está aumentando devido a um retorno mais agressivo a 1,5 GHz.
Firmware Raspberry Pi 4 Beta
No entanto, no Raspberry Pi ninguém vai descansar sobre os louros. O firmware beta está sendo testado e está prestes a ser lançado em breve. Possui muitas melhorias, incluindo controle mais preciso da tensão operacional dos SoCs e otimização da frequência do relógio para máquinas de estado HDMI.
Para atualizar o seu Raspberry Pi para o firmware mais recente, escreva no terminal:
atualização do sudo apt
atualização completa do sudo apt
E reinicie o quadro:
sudo shutdown - r agora
Consumo de energia
O firmware beta reduz o consumo de energia em espera para reduzir o consumo de energia em geral e ajusta a tensão do SoC para reduzir o consumo de energia durante as cargas sem sacrificar o desempenho. Como resultado, há uma queda de 2,1 watts no modo de espera e até 6,41 watts sob carga - o melhor desempenho hoje.
Fotos de imagens
As melhorias são claramente visíveis nas imagens do termovisor. A maior parte da placa Raspberry Pi 4 não aquece acima de 35 ° C, o que foi o mínimo para o primeiro firmware. Após 60 segundos de carregamento, há também uma pequena mas mensurável melhora, e a temperatura máxima atinge 64,8 ° C.
Skip Beats
Embora o Raspberry Pi 4 com o novo firmware ainda entre no modo de salto devido à alta carga do teste sintético, ele mostra os melhores resultados para hoje: o sex ocorre aos 177 segundos e o novo sistema de controle de relógio aumenta a velocidade média. Além disso, o firmware permite aumentar a frequência do relógio no modo de espera, acelerando as tarefas em segundo plano.
Melhore o resfriamento do seu Raspberry Pi 4 com sua orientação adequada.
As atualizações de firmware fornecem excelentes resultados, mas e se girarmos o Raspberry Pi 4 verticalmente?Embora o firmware mais recente possa reduzir significativamente o consumo de energia e o aquecimento, existe outro truque para obter resultados ainda melhores: altere a orientação da placa. Para este teste, instalamos o Raspberry Pi 4 com o firmware mais recente verticalmente, para que as interfaces GPIO estivessem na parte inferior e as portas HDMI na parte superior.
Skip Beats
Uma simples rotação vertical do Raspberry Pi 4 fornece resultados instantâneos: o SoC no modo de espera é 2 ° C mais frio do que antes e aquece mais lentamente. sob carga, a placa dura mais tempo sem entrar no modo de pular o relógio e manter uma velocidade significativamente maior.
Vários fatores funcionam aqui: a orientação vertical melhora a convecção, permitindo que o ar ambiente dissipe o calor mais rapidamente e levantar a parte de trás da placa de uma mesa de isolamento térmico aumenta significativamente a superfície de transferência de calor.
Hora de pular medidas
O diagrama mostra quanto tempo levou para mudar para pular medidas sob carga. O Raspberry Pi 3B + mostrou o pior resultado, passando para pular medidas em apenas 19 segundos. Cada atualização de firmware subsequente para o Raspberry Pi 4 ampliava esse ponto cada vez mais. No entanto, a melhoria mais séria pode ser alcançada alterando a orientação do quadro.
Verifique sob carga real
Vamos deixar as cargas sintéticas e nos perguntar: como as placas lidam com a carga real?
Pelo exposto, é difícil concluir que há uma diferença real de velocidade entre o Raspberry Pi 3B + e o Raspberry Pi 4. As medições sintéticas executam cálculos de demanda de energia que raramente são encontrados em tarefas da vida real e, além disso, repetem-se sem parar.
Compilando Linux
Neste teste, o Raspberry Pi 3B + e o Raspberry Pi 4 recebem a tarefa de compilar o kernel Linux a partir da fonte. Este é um bom exemplo de cargas de CPU encontradas no mundo real e uma tarefa muito mais realista do que as cargas sintéticas do teste anterior.
Compilação do kernel: Raspberry Pi 3B +
O Raspberry Pi 3B + muda para o modo de ignorar o relógio muito cedo e permanece em 1,2 GHz até um curto período de resfriamento, quando o compilador muda da carga da CPU para a carga de armazenamento, o que permite que a placa volte rapidamente para 1,4 GHz. A compilação terminou em 5097 segundos - uma hora, 24 minutos, 57 segundos.
Compilação do kernel: Raspberry Pi 4 modelo B
Você pode ver claramente a diferença entre tarefas sintéticas e reais: o Raspberry Pi 4 nunca atinge uma temperatura alta que o forçaria a pular medidas e funciona a 1,5 GHz por todo o caminho - exceto, como é o caso do Raspberry Pi 3 B + , um breve período em que uma alteração na operação do compilador permite que a placa caia para velocidades no modo de espera. A compilação terminou em 2660 segundos - 44 minutos e 20 segundos.