Você precisa usar um ventilador para resfriamento com o novo Raspberry Pi 4?

Refrigeração passiva e ativa para controle térmico do Raspberry Pi

Alasdair Allan em Hackster Blog Seg. 8 de jul · 5 min ler

Toda vez que um novo Raspberry Pi é lançado, há murmúrios sobre o controle térmico da nova placa. Mas desta vez, parece que pode ser necessário adicionar algum resfriamento passivo, ou até mesmo ativo, ao Raspberry Pi para evitar que ele seja submetido à limitação térmica se estiver sob carga pesada por longos períodos de tempo.

O novo Raspberry Pi 4 , Modelo B. (?: Alasdair Allan )

Eu observei o afogamento térmico ocorrendo durante meu estendido teste de benchmarking na nova diretoria logo após o lançamento, e, como se viu, eu não estava sozinho ao ver algo desse tipo.

Imagens térmicas do Raspberry Pi 3, Modelo B + , (à esquerda) e do Raspberry Pi 4, Modelo B (à direita). (?: Gareth Halfacree )

Olhando para os benchmarks de Gareth Halfacree do Raspberry Pi 4 podemos ver que ele também observou um aquecimento excepcionalmente severo da placa, concluindo que “ … enquanto ainda é inteiramente possível usar a placa sem resfriamento extra, aqueles que querem colocar um em um gabinete encontrará resfriamento ativo necessário para evitar o afogamento térmico. "

Temperatura de Medição

Decidi ir em frente e realizar uma exploração adequada do assunto para tentar determinar se o resfriamento ativo era necessário, ou se a maioria das pessoas poderia "sobreviver" apenas com resfriamento passivo. Portanto, usei as ligações vcgencmd Python para monitorar e registrar a temperatura, juntamente com a velocidade atual do clock da CPU, em um arquivo.

Resultados

Quatro regimes de gerenciamento térmico foram examinados; sem resfriamento, somente resfriamento passivo, resfriamento ativo contínuo e resfriamento ativo gerenciado. No entanto, o Raspberry Pi 4 não foi colocado dentro de um caso, em vez disso, as temperaturas foram observadas enquanto a placa estava sentada ao ar livre na bancada do laboratório.

Temperatura do processador em ° C em relação ao tempo em segundos. No momento T = T? foi iniciada uma carga de benchmarking de aprendizado de máquina . (?: Alasdair Allan )

Sem resfriamento, vemos uma temperatura de marcha lenta de aproximadamente 61 ° C, com uma temperatura máxima de 85 ° C durante testes prolongados, levando a um estrangulamento térmico contínuo após a temperatura informada pelo processador ultrapassar os 81 ° C. O tempo de inferência é estendido, com um tempo de 119,1 ms em média para cada iteração de inferência. O tempo total de execução foi de pouco menos de 20 minutos.

O Raspberry Pi 4 com um dissipador de calor de 20 × 20 mm . (?: Alasdair Allan )

Apenas com refrigeração passiva, usando um único dissipador de calor de 20 mm × 20 mm para o pacote do processador, vemos uma diminuição de 5 ° C na temperatura de marcha lenta informada pelo processador para aproximadamente 56 ° C, com uma queda correspondente de 2 ° C no máximo temperatura a 83 ° C. Além disso, leva mais tempo para atingir a temperatura máxima reportada, e só vemos um afogamento esporádico por algum tempo antes que o afogamento térmico sustentado seja finalmente visto. Mais poder de processamento está, portanto, disponível, e a inferência completa cerca de 200 segundos antes do que sem refrigeração, com o tempo médio de inferência caindo para 99,4 ms. O tempo total de execução foi de aproximadamente 16,5 minutos.

Pin-out diagrama para o cabeçalho GPIO Raspberry Pi de 40 pinos. (?: Pinout )

Adicionando o resfriamento ativo contínuo em cima do dissipador de calor conectando os pinos de aterramento e alimentação de uma ventoinha sem escova de 40mm aos pinos GND e + 5V do conector GPIO do Raspberry Pi, vemos uma diminuição significativa na temperatura reportada pelo processador quando inativa apenas 36 ° C, com a temperatura máxima durante a inferência sendo de 52 ° C.

Nenhum estrangulamento térmico ocorre, e a inferência completa outros 200 segundos antes, com o tempo médio de inferência caindo para apenas 83,8ms. O tempo total de execução foi de pouco menos de 14 minutos.

No entanto, essa abordagem deixa o ventilador ligado continuamente, o que é ao mesmo tempo barulhento e um desperdício. Podemos melhorar esta situação com o gerenciamento ativo do resfriamento. Aqui conectamos a mesma ventoinha de 40mm aos pinos GND e + 5V do conector GPIO do Raspberry Pi novamente, mas também conectamos o fio de gerenciamento do ventilador (azul) ao pino BCM18 no conector GPIO.

Resfriamento ativo gerenciado para o Raspberry Pi 4 com dissipador de calor de 20 × 20 mm e ventilador de 40 mm . (?: Alasdair Allan )

Usamos o GPIO Zero para ativar o ventilador quando a temperatura informada pelo processador é igual a 75 ° C ou mais, e depois para desligar o ventilador quando a temperatura cai para 70 ° C ou menos.

Com o resfriamento gerenciado, a elevação inicial da temperatura durante a inferência segue a trilha de nossa curva de resfriamento passivo até que a temperatura de disparo de 75 ° C seja atingida. O ventilador não se esforçou para manter a temperatura entre os limites desejados, e nenhum estrangulamento térmico foi observado. A inferência é concluída com um tempo médio de inferência de 84,1 ms, com um tempo de execução de 14 minutos.

A diferença entre os tempos de execução totais vistos ao usar resfriamento ativo e gerenciado não foi estatisticamente significativa.

Controle Térmico para o Raspberry Pi 4

Código e dados observacionais brutos.

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