Il existe actuellement trois versions différentes du Raspberry Pi 4 sur le marché: le Pi 4 modèle B «normal», le module de calcul 4 et l’ordinateur-dans-un-clavier Raspberry Pi 400 qui vient de sortir. Ils riffent tous sur le même air, mais il y a suffisamment de différences entre eux pour que vous soyez plus riche dans le choix.
Le Pi 4B est le plus facile à intégrer dans les projets, le CM4 est le plus facile à faire éclater toutes les fonctionnalités du système si vous concevez votre propre PCB, et le Pi 400 est apparemment destiné au marché grand public, mais il a un sombre secret: c’est un monstre d’overclocking capable de fonctionner à plein régime à 2,15 GHz indéfiniment dans sa configuration d’origine.
Rétrospectivement, il y avait des indices partout. Le système sur puce qui exécute le spectacle sur le modèle B est un Broadcom 2711ZPKFSB06B0T, tandis que le SOC sur le CM4 et le Pi 400 est un 2711ZPKFSB06C0T. Si vous plissez juste les yeux, vous pouvez voir le changement de révision de «B» à «C». Et dans la fiche technique du CM4, il y a une phrase jetable à propos de son fonctionnement plus efficace que le modèle B.Et quand j’ai regardé à l’intérieur du Pi 400, il y avait ce dissipateur de chaleur géant en aluminium attaché au SOC, probablement pour l’empêcher de surchauffer dans le étui clavier. Mais il y avait un autre indice: le Pi 400 est cadencé par défaut à 1,8 GHz, au lieu de 1,5 GHz pour les deux autres, qui sont vendus sans dissipateur thermique.
Le CM4 peut-il suivre le Pi 400 avec un peu d’aluminium ajouté? Les nouveaux frères et sœurs laisseront-ils le Pi 4 Model B dans la poussière? Il est temps de jouer un peu d’overclocking!
Overdrive à la framboise
Overclocker un Raspberry Pi est fondamentalement indolore. Dans la plupart des cas, c’est aussi simple que de modifier votre /boot/config.txt fichier et en saisissant la vitesse maximale souhaitée et la tension du cœur du processeur. S’il ne démarre pas, vous choisissez une vitesse du processeur inférieure jusqu’à ce que vous obteniez quelque chose qui fonctionne. Mais cela ne signifie pas que vous obtiendrez une amélioration complète des performances – les processeurs principaux fonctionnent à côté, ou peut-être en dessous, des GPU qui exécutent ThreadX RTOS, et étranglent les processeurs principaux lorsqu’ils chauffent.
Cette limitation thermique signifie que vous pouvez faire fonctionner un Raspberry Pi aussi vite que vous pouvez évacuer l’excès de chaleur qu’il génère, en dessous d’un plafond d’environ 2,15 GHz. Pas trop minable pour un système commercialisé à 1,5 GHz ou 1,8 GHz. Mais c’est aussi le talon d’Achille du Pi; lorsque notre propre Jonathan Bennett a essayé d’utiliser un Pi 4B comme ordinateur de bureau pendant une semaine, sans dissipateur thermique, il l’a trouvé parfois étranglé. Sur les trois modèles de test ici, l’étranglement se produit autour de 82,5 ° C.
Notre suite de tests consistait à exécuter stress-ng dans --matrix 0 mode pour charger complètement le processeur, puis enregistrer l’heure et la température du système Linux, et mesurer la vitesse du processeur avec vcgencmd measure_clock arm. Facile!
Base de référence osseuse
La pire chose que vous puissiez faire avec un tout nouveau Raspberry Pi 4B qui subira une charge est d’acheter un boîtier non ventilé, comme le boîtier officiel du Raspberry Pi, et de le mettre là-dedans, même au stock de 1,5 GHz. Comme vous pouvez le voir, tracé ci-dessous en rouge, il commence à ralentir après aussi peu que 10 minutes à pleine charge, ce qui réduit la vitesse moyenne à quelque chose comme 1,1 GHz après un certain temps.
Ouvrir le boîtier pour obtenir des brises fraîches vous achète beaucoup: il y avait des preuves de la moindre petite limitation à la fréquence nominale de 1,5 GHz après environ 25 minutes à plein régime, et ce n’est pas le cas. donc mal. C’est pourquoi 1,5 GHz est la vitesse annoncée du Pi 4B: il est juste à la limite de l’endroit où il est heureux, s’il est laissé à découvert.
Comparez cela avec le module de calcul au même 1,5 GHz, en jaune, et vous pouvez voir qu’il produit moins de chaleur – les économies d’énergie mentionnées dans la fiche technique. Sans aucun doute, le module de calcul chauffe sans dissipateur thermique. Mais il s’installe à environ 75 ° C à l’air libre, peut-être 7 ° C en dessous du seuil d’étranglement.
Pour le contraste, regardez le Pi 400 en bleu. Cet énorme radiateur en aluminium fait ce qu’il est censé faire, et plus encore. Au stock 1,8 GHz, qui est déjà 12,5% plus rapide que l’un ou l’autre des autres modules, cela ne transpire pas – en le maintenant sous 60 ° C. Vous pourriez faire fonctionner le Pi 400 à plein régime pour toujours, dans mon grenier, en été.
Hotrodding le Pi 400
Donc, si le Pi 400 fonctionne très bien à des vitesses de stock, que se passe-t-il si nous augmentons la vitesse? Pour ce faire, j’ai édité le /boot/config.txt classer et définir arm_freq=2000 et over_voltage=6 et redémarré. Pourquoi six? Parce que c’est le niveau de surtension le plus élevé disponible sans pousser la puce hors de son enveloppe de conception et annuler la garantie – vous pouvez aller plus haut, mais il y a probablement peu de gain et vous pourriez brûler les choses.
(Curieusement: le Pi 400 est livré avec over_voltage=0x11170 par défaut, qui le nourrit de 0,95 V au lieu de 0,86 V par défaut, mais inférieur au 1,03 V auquel vous obtenez over_voltage=6. Je ne comprends pas le nouveau format, donc je n’ai pas joué avec. N’importe qui?)
À 2,0 GHz, le Pi 400 a dépassé 60 ° C et a montré des signes de continuer à se réchauffer même après 50 minutes, mais il était loin d’être à l’étranglement. J’ai donc essayé 2,2 GHz, à quelle vitesse le processeur a refusé de démarrer entièrement. En reculant à 2,15 GHz, il fonctionnait très bien, alors je l’ai laissé pendant trois heures. Il s’est installé à une température agréable de 62,5 ° C, ce qui est chaud, mais conforme aux spécifications. Je suppose que c’est à peu près la limite des performances que vous obtiendrez du Pi 400, mais notez que tout est totalement en stock et qu’il martèle les quatre cœurs à 100% pendant des heures.
Étant donné que toutes les séries Pi 4 utilisent une vitesse de processeur dynamique et ralentissent jusqu’à 600 MHz au repos pour économiser de l’énergie, il n’y a absolument aucune raison à laquelle je pense pour ne pas l’overclocker. Il sera plus rapide lorsque vous en aurez besoin, mais n’utilisera pas plus d’énergie lorsque vous n’en avez pas besoin.
Mais le module de calcul et le Pi 400 ont le même SOC, plus efficace. Pourriez-vous obtenir les mêmes résultats avec le CM4 avec un peu de dissipation thermique? J’ai acheté des radiateurs bon marché pour le savoir.
Les radiateurs bon marché n’aident pas vraiment
Tout d’abord, je pensais que l’ajout de petits dissipateurs thermiques au CM4 le ferait au moins dans la région de 1,8 GHz que le Pi 400 gère en stock. Et la réponse était un «un peu» définitif. Alors qu’avant il était au bord de l’étranglement à 1,5 GHz, la petite merveille de l’aluminium le faisait tourner à 1,8 GHz, au bord de l’étranglement. Une amélioration certes, mais pas une bonne vie pour le SOC à vivre.
Pour la science, j’ai mis un autre radiateur bon marché sur le Pi 4B et l’ai fait fonctionner à 1,8 GHz. C’est aussi proche que possible d’un test pomme à pomme des deux révisions («B» et «C») du SOC – les deux planches avaient une libre circulation de l’air, avec les ailettes de dissipateurs identiques, orientées verticalement. Mais l’overclocking n’est pas gentil avec le Pi 4B. Il a atteint la température d’étranglement après seulement cinq minutes. Pire encore, il a tellement étranglé qu’il a fonctionné à 1,5 GHz en moyenne, pas plus vite malgré la consommation d’énergie et le chauffage de mon bureau.
Le coupable est l’augmentation de la tension du cœur pour faciliter l’overclocking, et peut-être est-il possible de trouver un réglage de tension plus bas qui fonctionnera plus efficacement, mais à ce stade, ma conclusion était que les dissipateurs thermiques bon marché sont au mieux un avantage marginal.
Apportez l’aluminium!
Pour ne pas être battu, je suis allé chercher dans ma poubelle un radiateur qui conviendrait à la fois au CM4 et au Pi 4B. En sélectionnant un tube de pâte bien vieilli dans la cave du radiateur et deux attaches zippées d’overclocking de qualité gamer, j’ai apposé l’aluminium sur le CM4 et le Pi 4B à tour de rôle. Comment fonctionneraient-ils maintenant?
Tout d’abord, j’ai utilisé le CM4 avec le plus gros dissipateur thermique à 1,8 GHz pour donner une base de comparaison avec les dissipateurs bon marché. Quelle différence un gros morceau d’aluminium fait! Il s’installe à une température confortable d’environ 68 ° C. Même en le poussant jusqu’à 2,15 GHz et en le laissant pendant quelques heures, il est resté juste un cheveu en dessous de 70 ° C – une marge de sécurité sur le seuil d’étranglement – et seulement quelques degrés plus chaud que cet énorme dissipateur de chaleur du Pi 400. Cela travaillé!
Lorsque j’ai essayé de reproduire le succès avec le Pi 4B, j’ai rencontré les deux premiers arrêts spontanés à mi-parcours, ce que je ne m’attendais pas à voir en raison de la gestion thermique intégrée. (Flashback de l’ère des Celerons!) Il semble que 2,15 GHz ne soit qu’un peu trop rapide pour le 4B et le radiateur de la poubelle. Je l’ai abaissé à 2,1 GHz, et il a fonctionné sur le bord irrégulier, pendant des heures, avec le dissipateur thermique orienté verticalement. Mais c’est vraiment à la limite: lors de la première course de 2,1 GHz, j’ai tourné la planche à plat sur la table après quelques heures, ce qui signifiait que le dissipateur n’était plus vertical, et il a pris quelques degrés et s’est complètement écrasé. Ce n’est pas une façon de vivre.
Sommaire
Toute cette expérience a joué avec deux effets. Tout d’abord, le CM4 et le Pi 400 ont un chipset légèrement plus économe en énergie qui leur permet de fonctionner plus froid ou plus vite – faites votre choix. Et cet effet est très réel, avec le CM4 fonctionnant à environ 10 ° C de moins à 1,5 GHz d’origine, ce qui donne une belle marge contre la limitation thermique là où cela compte. Ou si vous êtes prêt à vivre à la périphérie, pour les mêmes températures et solutions de refroidissement, vous pouvez faire fonctionner le CM4 à 1,8 GHz où le Pi 4B fonctionne à 1,5 GHz, et cela sans dissipateur thermique.
Mais au-delà du gain d’efficacité, n’importe quel membre de la famille Pi 4 fonctionnera sans problème dans la gamme 2 GHz si vous y mettez un dissipateur thermique suffisamment bon. Quelle est la taille assez grande? Cela va être un produit de votre environnement, de votre tolérance à la limitation et / ou au raccourcissement de la durée de vie du SOC, et à quel point vous souhaitez placer le dissipateur thermique dans un petit espace. À partir de mes tests avec un radiateur junkbox, vous devriez être en mesure de trouver une solution de refroidissement passif qui fonctionnera pour tout sauf le plus serré.
Ce qui est vraiment vrai, c’est que les ingénieurs de Raspberry ont réussi un joli design avec le Pi 400. Un morceau d’aluminium assez gros leur donne beaucoup de surcharge thermique pour faire fonctionner les quatre processeurs à l’intérieur à plein régime sans casser une sueur métaphorique, et en plus de qu’il exécute le chipset le plus économe en énergie. Je suis toujours surpris que le radiateur Pi 400 soit si efficace, n’étant rien de plus qu’une grande feuille d’aluminium à l’intérieur d’une boîte en plastique, mais c’est plus que suffisant. Je vais utiliser mon Pi 400 à 2,15 GHz, car – pourquoi pas?
Est-ce que tout cela a du sens? En fin de compte, vous parlez d’un ordinateur monocarte petit et moyennement puissant, et non d’une plate-forme de destruction méga-numérique refroidie par liquide. Il a une mémoire limitée et un GPU modéré. Les gains d’overclocking sont de l’ordre de 10% à 30%, ils sont donc également modérés. L’effort de configuration impliqué, l’édition d’un fichier de configuration, est vraiment minime, mais vous passerez une quantité modérée de temps et d’argent à trouver le bon dissipateur thermique.
Pour les charges de travail moyennes, vous n’avez probablement pas besoin d’overclocker, et pour les charges de travail difficiles, le Raspberry Pi n’est peut-être pas le bon choix de toute façon. Mais si vous avez besoin d’un ralentisseur de taille moyenne, vous pouvez l’obtenir. Et dans notre esprit, vous pourriez aussi bien.
Nous pensons que c’est cool que l’équipage de Raspberry ait mis la main sur une meilleure révision du silicium et l’intègre dans ses deux derniers produits. Si le SOC de la série Broadcom «C» remplace le «B», cela ne nous dérangerait pas de voir la nouvelle version dans les futurs Pi 4B. Pourquoi pas? Il semble être environ 10% plus économe en énergie, et même si ce n’est peut-être pas bouleversant, il n’y a certainement pas de quoi éternuer. Pendant ce temps, mettez un peu plus de surface en aluminium sur votre 4B, et vous êtes prêt.
