Nhận định của chúng tôi
Pimoroni Fan Shim cho Raspberry Pi 4 ngăn chặn việc điều chỉnh tốc độ ngay cả ở tốc độ ép xung, nhưng nó sẽ không hoạt động với một số mũ.
Vì
Làm mát hiệu quả đáng kinh ngạc
Tăng hiệu suất lâu dài
Im lặng
Chống lại
Không tương thích với I2S HATs
Bộ phận chuyển động
Nút cần cập nhật phần mềm GPIO Zero đang chờ xử lý
Raspberry Pi 4 là một con thú mạnh mẽ, chạy ấm hơn đáng kể so với các bo mạch Raspberry Pi trước đó. Mặc dù tiện ích bổ sung HAT chính thức của Raspberry Pi Power-over-Ethernet (PoE) bao gồm một quạt tích hợp có thể làm mát mọi thứ, có những lựa chọn rẻ hơn cho những người không cần hỗ trợ PoE – như tản nhiệt thụ động hoặc Quạt chủ động Phụ kiện Shim của Pimoroni.
Những phụ kiện giá cả phải chăng này cho phép bạn hạn chế hoặc loại bỏ hoàn toàn việc điều chỉnh nhiệt để bạn có thể đạt được hiệu suất tối đa từ Raspberry Pi 4 của mình, bất kể khối lượng công việc là bao nhiêu, ngay cả khi bạn được ép xung. Trong khi bộ tản nhiệt 2,50 đô la / 2,40 đô la thuận tiện và hữu ích, các thử nghiệm của chúng tôi cho thấy rằng Pimoroni Fan Shim (10 đô la / 9,60 bảng Anh) hiệu quả hơn nhiều. Trên thực tế, nó cho phép bạn ép xung Raspberry Pi 4 của mình lên đến 2.147 MHz mà không cần điều chỉnh. Tuy nhiên, nó không tương thích với một số loại mũ và sẽ không giúp ích gì trong trường hợp hoàn toàn kín.
Vấn đề: Điều chỉnh nhiệt
Khi hệ thống trên chip (SoC) của Raspberry Pi 4 đạt đến một nhiệt độ nhất định – chỉ trên 80 độ C – nó sẽ giảm tốc độ hoạt động để tự bảo vệ khỏi tác hại. Đối với bất kỳ ai sử dụng Raspberry Pi 4, gọi tắt là các tác vụ phức tạp về tính toán như duyệt web, chỉnh sửa tài liệu hoặc lập trình bằng Scratch hoặc Python, đó không phải là vấn đề. Tuy nhiên, dưới tải liên tục, việc điều chỉnh CPU có thể có tác động thực sự đến hiệu suất.
Biểu đồ trên cho thấy Raspberry Pi 4, không hoạt động ngoài trời, chạy khối lượng công việc CPU và GPU chuyên sâu trong mười phút. Nhiệt độ sớm đạt đến điểm điều tiết và có thể thấy tần số CPU giảm từ 1,5 GHz ban đầu xuống 1 GHz sau ba phút 43 giây – mặc dù nhanh chóng tăng trở lại khi nhiệt độ giảm. Hành vi xung nhịp lên và xuống này chạy ngay đến cuối bài kiểm tra, khi tải được gỡ bỏ và CPU có thể giảm trở lại tốc độ không tải 600 MHz để phục hồi đúng cách.
Vấn đề chỉ trở nên trầm trọng hơn nếu bạn ép xung Pi của mình: việc tăng xung nhịp cho CPU hoặc GPU đòi hỏi thêm nguồn điện và năng lượng tăng thêm đó sẽ trở nên nóng hơn. Raspberry Pi 4 được ép xung sẽ, tất cả mọi thứ đều bình đẳng, bắt đầu điều chỉnh nhanh hơn so với một chiếc đang chạy tại kho và có khả năng dành nhiều thời gian hơn ở tốc độ điều chỉnh của nó.
Giải pháp thụ động: Tản nhiệt Pimoroni
Thêm một bộ tản nhiệt – một miếng kim loại dẫn nhiệt đơn giản, thường được tạo hình thành các cánh tản nhiệt, có tác dụng dẫn nhiệt ra khỏi SoC và lan truyền nó trên một diện tích bề mặt lớn hơn để cải thiện khả năng truyền sang không khí xung quanh – từ lâu đã là một nâng cấp phổ biến cho Những người đam mê Raspberry Pi. Tản nhiệt Pimoroni, được tạo hình đặc biệt cho Raspberry Pi, có kích thước lớn hơn hầu hết – hầu như không chen vào giữa đầu nối Giao diện nối tiếp màn hình (DSI) ở bên trái và đầu nối Giao diện nối tiếp máy ảnh (CSI) ở giữa – dưới cùng – đổi lại chiều cao thấp cho phép nó phù hợp với các phụ kiện HAT kích thước đầy đủ, mặc dù với cái giá là mất nhiều luồng không khí tự do.
Tùy chọn tản nhiệt có một số ưu điểm so với giải pháp hoạt động: nó hoàn toàn im lặng, cho một người dùng và chi phí cực kỳ thấp ở mức 2,52 đô la / 2,40 bảng Anh. Giá đã bao gồm một dải keo ở phía sau, nhưng kỳ lạ là Pimoroni đã không chọn vật liệu giao diện nhiệt thực sự (TIM); thay vào đó, dải kết dính là 3M Double Coated Tissue Tape 9448A – không thường được sử dụng để dán keo tản nhiệt vào chip, nhưng được nhà sản xuất ghi nhận là có khả năng chịu đựng tốt ở nhiệt độ cao. Những người sử dụng vỏ Pimoroni Pibow Raspberry Pi 4 cũng sẽ tìm thấy một phần mới trong bảng điều khiển trên cùng, cung cấp chỗ cho tản nhiệt thở.
Việc cài đặt bộ tản nhiệt và chạy cùng điểm chuẩn như trên cho thấy một tác động rõ ràng: Raspberry Pi 4 bắt đầu ở nhiệt độ thấp hơn một chút và tăng lên trên một đường cong chậm hơn, nông hơn. Đó là điều chỉnh mà tác động lớn nhất có thể được nhìn thấy: nhờ khối nhôm lớn và diện tích bề mặt tăng lên của nó, phải mất gần tám phút rưỡi tải liên tục để CPU của Raspberry Pi 4 bắt đầu điều chỉnh – một cải tiến nghiêm trọng so với đơn vị cổ phiếu ba phút 43 giây.
Tuy nhiên, nó không đủ để ngăn chặn hoàn toàn việc điều chỉnh – đó là nơi tùy chọn hoạt động xuất hiện.
Giải pháp tích cực: Người hâm mộ Pimoroni Shim
Fan Shim là một PCB nhỏ, có hình dạng kỳ lạ đi kèm với một quạt 30mm. Sau khi được lắp ráp – một hộp gồm hai bu lông, bốn đai ốc và kẹp trong đầu cắm nguồn của quạt vào đầu nối trên PCB – toàn bộ cụm có thể được trượt qua đầu cắm GPIO của Raspberry Pi. Không giống như các tiện ích bổ sung dành cho quạt có giá thấp hơn $ 10,08 / £ 9,60 của Fan Shim, bạn cũng có thể điều khiển quạt thông qua phần mềm – với một chương trình ví dụ đi kèm – trong khi có một nút xúc giác và đèn LED RGB theo địa chỉ người dùng trên bo mạch. đo, mặc dù nút sẽ không hoạt động trên Raspberry Pi 4 cho đến khi có thư viện GPIO Zero Python được cập nhật.
Về lý thuyết, PCB mỏng của Fan Shim có nghĩa là nó có thể được sử dụng cùng lúc với hầu hết các HAT – mặc dù không dựa vào GPIO Pin BCM18, bao gồm bất kỳ tiện ích bổ sung âm thanh nào sử dụng kết nối âm thanh I2S như DAC pHAT của riêng Pimoroni. Việc đội một chiếc mũ đủ kích cỡ sẽ chặn luồng gió trực tiếp vào quạt từ phía trên, nhưng vẫn có đủ khoảng cách để nó vẫn có khả năng làm mát hiệu quả; một phụ kiện Booster Header tùy chọn nâng cao HAT để cải thiện mọi thứ hơn nữa. Cũng giống như tùy chọn tản nhiệt, hộp Pibow mới bao gồm một phần cắt dành cho Fan Shim và quạt.
Theo mặc định, Fan Shim quay lên đến 4.200 RPM đầy đủ ngay sau khi Raspberry Pi được bật. Ở chế độ này, hiệu suất làm mát của nó cực kỳ ấn tượng: SoC chạy không tải ở khoảng 37 độ C trong môi trường xung quanh 24,5 độ C và duy trì dưới 55 độ C trong suốt quá trình thử nghiệm. Điều này thấp hơn nhiều so với điểm điều tiết Celcius 80 độ của SoC BCM2711B0 của Raspberry Pi 4, vì vậy không có hoạt động điều tiết nào được ghi lại – CPU chạy ở tốc độ 1,5 GHz đầy đủ trong suốt. Tuy nhiên, có một khoản chi phí: quạt kéo thêm 0,6W từ nguồn điện khi đang chạy.
Có rất nhiều khoảng trống trong hiệu suất làm mát của Fan Shim: ngay cả Raspberry Pi 4 đã được ép xung cũng có thể không đạt đến điểm điều tiết nhiệt của nó, khiến nó trở thành sản phẩm cần có đối với bất kỳ ai đang tìm cách tận dụng hiệu suất cao nhất từ Pi của họ. Trên thực tế, sau các thử nghiệm ban đầu, chúng tôi đã có thể nhận được Pi 4 lên đến 2.147 MHz với miếng đệm quạt được gắn vào và chúng tôi không thấy bất kỳ sự điều chỉnh nào cả.
Làm mát điều khiển bằng phần mềm
Tuy nhiên, Fan Shim có một chế độ hoạt động khác: điều khiển phần mềm thông qua giao diện lập trình ứng dụng dựa trên Python (API). Sử dụng tính năng này, bạn có thể bật và tắt quạt – mặc dù không làm thay đổi tốc độ của nó, ngoại trừ việc bật và tắt liên tiếp nhanh chóng để mô phỏng tín hiệu điều chế độ rộng xung (PWM) – và sử dụng xúc giác công tắc và đèn LED RGB.
Một chương trình mẫu được bao gồm để đặt giới hạn nhiệt độ trên và nhiệt độ trễ, mà Pimoroni khuyến nghị nên đặt lần lượt ở 65 độ C và 5 độ C. Khi chạy với các cài đặt này, quạt sẽ bật – và đèn LED RGB chuyển từ đỏ sang xanh lá cây – ở 65 độ C, sau đó làm mát cho đến khi đạt 60 độ C trước khi tắt và chờ nhiệt độ tăng trở lại.
Ở đây Raspberry Pi không hoạt động ở nhiệt độ giống như hiện thân nguyên bản, không được làm mát của nó: khoảng 50 độ C. Quạt không quay cho đến khi nhiệt độ đạt 65 độ C, và sau đó dành phần còn lại của bài kiểm tra để bật và tắt để giữ cho Raspberry Pi 4 ở dưới nhiệt độ mục tiêu của nó. Nó hoạt động rất đáng ngưỡng mộ: như với chế độ luôn bật, SoC được giữ ở xa điểm điều tiết của nó và bài kiểm tra kéo dài mười phút hoàn thành mà không có một thao tác ga nào được ghi lại. Điều này cũng đúng khi được ép xung, mặc dù quạt sẽ hoạt động nhanh hơn và thường xuyên hơn để bù lại lượng nhiệt bổ sung.
Làm mát kết hợp
Hầu hết các máy tính để bàn và máy tính xách tay không chỉ dựa vào một bộ tản nhiệt hoặc chỉ một quạt; họ sử dụng kết hợp cả hai và cũng có thể làm như vậy với Quạt tản nhiệt và tản nhiệt – mặc dù bản thân Pimoroni không khuyến nghị, hãng đã tự thực hiện thử nghiệm và phản bác lại rằng sự kết hợp này được làm mát kém hiệu quả hơn so với chỉ sử dụng Quạt tản nhiệt một mình.
Bạn nhớ rằng chỉ có một cách để xác minh điều đó: tự mình thực hiện bài kiểm tra tương tự. Tản nhiệt Pimoroni với Fan Shim được kết nối ở trên cùng là sự kết hợp thực sự đòi hỏi phải cài đặt các phần mở rộng pin hoặc Đầu tăng cường của Pimoroni vào đầu cắm GPIO; nếu không có chúng, sẽ không có đủ chân để Fan Shim bám vào và nó có nguy cơ bị rơi ra – có khả năng làm ngắn các chân GPIO trên đường đi, làm hỏng Raspberry Pi 4.
Đối với thử nghiệm này, Fan Shim được để ở chế độ điều khiển bằng phần mềm với cùng mục tiêu nhiệt độ 65 độ Celcius như trước đây. Kết quả là một biểu đồ trông rất giống với việc sử dụng Fan Shim một mình, chỉ được kéo dài: bộ tản nhiệt tích trữ hiệu quả nhiệt do SoC tạo ra, làm chậm thời gian cho đến khi Fan Shim cần bật; nhược điểm là nó cũng làm chậm thời gian cần tắt lại sau đó. Tuy nhiên, về hiệu suất thực tế, có rất ít sự khác biệt: một lần nữa SoC được làm mát đến mức nó không cần phải điều chỉnh CPU để tự bảo vệ.
Tác động đến hiệu suất
Việc có thể ngăn Raspberry Pi 4 của bạn điều chỉnh có tác động có thể đo lường được đối với hiệu suất, mặc dù mức độ có thể đo lường sẽ hoàn toàn phụ thuộc vào mức độ điều chỉnh của nó. Trong môi trường thử nghiệm của chúng tôi, ở nhiệt độ ổn định 24,5 độ Celcius trong suốt, việc điều chỉnh không quá khủng khiếp: trong khi CPU thường xuyên giảm xuống 1GHz dưới tải duy trì, nó sẽ nhanh chóng bật lại lên 1,5GHz. Trong môi trường ấm hơn, việc điều chỉnh sẽ xảy ra sớm hơn và duy trì lâu hơn, có nghĩa là các phụ kiện làm mát sẽ có tác động lớn hơn đến hiệu suất đo được.
Đối với thử nghiệm này, Raspberry Pi 4 được hướng dẫn nén tệp 8GB được lưu trữ trên ổ SSD USB 3.0, sử dụng tiện ích nén lbzip2 đa luồng, trong khi đo thời gian. Nén một tệp lớn như vậy trên Raspberry Pi 4 thường mất khoảng 20 phút, gần gấp đôi tải tổng hợp từ thử nghiệm van tiết lưu và trên Raspberry Pi không được làm mát sẽ kích hoạt điều chỉnh nhiệt.
Không có một số lượng lớn giữa chúng, nhưng Fan Shim chắc chắn có tác động: hoạt động nén mất 22 phút và 14 giây trên Raspberry Pi 4 không được làm mát nhưng hoàn thành trong 20 phút và bốn giây với Fan Shim được gắn vào, tiết kiệm hơn hai phút – chỉ e ngại về mức tăng hiệu suất mười phần trăm. Nếu hoạt động diễn ra lâu hơn hoặc diễn ra trong môi trường nóng hơn, sự khác biệt sẽ lớn hơn.
Đối với những người không thích ý tưởng thêm một quạt quay vào Raspberry Pi 4 của họ, bộ tản nhiệt là một lựa chọn thay thế thực tế: chỉ với bộ tản nhiệt gắn liền, điểm chuẩn đã hoàn thành trong 20 phút và 23 giây – mức tăng đáng kể tám phần trăm so với cổ phiếu không được làm mát , chỉ tụt hậu một chút so với Fan Shim. Tuy nhiên, không giống như Fan Shim, bộ tản nhiệt không có khả năng mang lại lợi ích tương tự trong môi trường nóng, nơi nó không thể thoát nhiệt mà nó đang dẫn đủ nhanh hoặc đối với khối lượng công việc liên tục trong hơn hai mươi phút.
Trong khi đó, tùy chọn Fan Shim và tản nhiệt kết hợp được thực hiện trong phạm vi sai sót giống hệt khi sử dụng Fan Shim – nghĩa là trừ khi bạn muốn giảm thời gian người hâm mộ bật và tắt, điều này bạn cũng có thể đạt được trong phần mềm bằng cách tăng nhiệt độ trễ, có rất ít điểm trong thế giới thực để kết hợp cả hai.
Kết luận
Nếu Raspberry Pi 4 của bạn được sử dụng cho khối lượng công việc liên tục, bạn sẽ cần một số hình thức làm mát để tận dụng tối đa. Trong khi tùy chọn tản nhiệt thụ động đơn giản và rẻ tiền, nó chỉ là một giải pháp một phần; Ngược lại, Fan Shim giải quyết được hoàn toàn vấn đề – hoặc ít nhất là trong khi cho phép bạn ép xung Pi 4 lên 2 GHz.
Lời cảnh báo ngăn cản nó thực sự được giải quyết “hoàn toàn”: Fan Shim chỉ hiệu quả trong môi trường tương đối mở, hoặc khi được sử dụng với các trường hợp như Pibow của Pimoroni để giữ cho nó không bị che khuất. Nếu được lắp đặt trong một hộp đi kèm như Vỏ Raspberry Pi 4 Chính thức, Fan Shim chỉ có thể làm được nhiều việc như vậy và việc điều chỉnh theo khối lượng công việc liên tục có thể vẫn là một vấn đề. Giải pháp: hãy tìm những chiếc ốp lưng có hệ thống thông gió hoặc đi khoan chiếc Ốp lưng chính thức để tạo ra chiếc ốp lưng của riêng bạn.
Mặc dù vậy, một số khối lượng công việc nặng và môi trường khép kín không cần thiết phải thực hiện trên Raspberry Pi 4: ngay cả khi đạt đến điểm điều tiết nhiệt, nó vẫn là một bản nâng cấp mạnh mẽ ấn tượng so với những người tiền nhiệm và việc chạy nóng khó có thể làm được. bo mạch bất kỳ hư hỏng vĩnh viễn nào – điểm tiết lưu 80 độ C thấp hơn nhiệt độ hoạt động định mức tối đa của linh kiện một cách thoải mái.
Hiện đã có tản nhiệt Raspberry Pi 4 và Fan Shim từ Pimoroni.
Tản nhiệt Raspberry Pi 4
Raspberry Pi 4 quạt Shim
Tín dụng hình ảnh: Gareth Halfacree
