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Raspberry Pi 4 Desktop. Crédit d'image: Gareth Halfacree
C'est une machine indéniablement puissante, mais, comme on peut le voir, le pouvoir a un coût. Le Pi 4 génère beaucoup plus de chaleur que ses prédécesseurs, sa charge étant maintenue jusqu'à son point d'équilibre thermique – la température à laquelle le système sur puce (SoC) réduit ses performances pour se protéger – en quelques minutes seulement.
C’est un problème dont la Fondation Raspberry Pi est bien consciente et une solution partielle se profile: une mise à jour du micrologiciel du contrôleur USB VLI VL805.
Mise à jour: vous pouvez essayer le micrologiciel vous-même
La Raspberry Pi Foundation propose des tests généraux, ainsi qu'un outil capable d'interroger la version actuelle du microprogramme, d'enregistrer le microprogramme existant et de flasher le nouveau microprogramme. Les personnes désireuses de l'essayer, cependant, doivent être averties que, bien que nous n'ayons pas été en mesure de reproduire le problème – sur lequel les ingénieurs de la Fondation enquêtent actuellement – sur notre propre banc d'essai.
Le controlle
Les modèles précédents de Raspberry Pi reposaient sur un concentrateur USB et un contrôleur Ethernet combinés, qui se reconnectaient au SoC via une seule voie USB 2.0 – ce qui était à l'origine du goulot d'étranglement traditionnel qui entravait les performances de stockage et de réseau depuis le lancement du modèle d'origine. B.
Le Raspberry Pi 4 possède un contrôleur Ethernet dédié et les ports USB sont gérés par un contrôleur VLI USB 3.0 appelé le VL805. Ce contrôleur dispose de beaucoup plus de bande passante que ses prédécesseurs, utilisant une voie PCI Express pour communiquer avec le SoC. C’est aussi la première fois que cette pièce est utilisée dans une carte Raspberry Pi, ce qui signifie que de nombreuses améliorations sont possibles à mesure que les ingénieurs de la Fondation Raspberry Pi apprennent à en tirer le meilleur parti.
Une mise à jour du micrologiciel, actuellement en phase de test alpha et devant être rendue publique dès qu’il a été prouvé qu’elle ne ferait rien planter en panne, offre un aperçu du fruit du travail des ingénieurs: modifications qui réduisent considérablement la puissance consommée du contrôleur VL805. , ce qui rend le Raspberry Pi 4 entier plus froid.
La course à l'étranglement
Pour tester le micrologiciel, un Raspberry Pi 4 a été mis sur le banc de test dans deux configurations: le micrologiciel du jour de lancement fourni sur tous les modèles vendus au détail et le second, la version alpha-test du micrologiciel VL805 mis à jour. Les deux configurations ont été démarrées avec un seul écran connecté par HDMI, un clavier et une souris sans fil dans le port USB et une connexion Ethernet câblée, afin de refléter l'utilisation la plus courante, et configurés pour exécuter un workload combinant une activité soutenue du processeur et du processeur graphique.
Au cours de la charge de travail, la température rapportée par les capteurs thermiques intégrés dans le processeur graphique VideoCore VI du SoC BCM2711B0 était enregistrée une fois par seconde, ainsi que la vitesse d'horloge des cœurs de traitement Arm. Après dix minutes, les deux analyses ont été représentées et comparées afin de déterminer si le nouveau micrologiciel pouvait réellement avoir une incidence sur la température de fonctionnement du Raspberry Pi 4 sous charge. Pour les deux essais, la température ambiante était de 24 ° C; On a laissé le Raspberry Pi 4 refroidir à la température ambiante entre les essais.
Raspberry Pi 4 étranglement thermique. Crédit d'image: Gareth Halfacree
Le graphique montre, comme prévu, que la température du BCM2711B0 commence à augmenter rapidement à mesure que la charge de travail commence. Le nouveau micrologiciel débute par une avance de deux degrés et fonctionne à une température de ralenti de 48 ° C à 50 ° C du micrologiciel du lancement – un signe précoce qu'il peut tenir sa promesse. Au bout d'une minute, les deux sont assis à environ 70 ° C; de deux minutes, le différentiel de deux degrés est de retour avec le micrologiciel mis à jour à 75 ° C et à 77 ° C du micrologiciel de lancement.
Le micrologiciel de lancement est le premier à enregistrer une opération d’accélération, passant de 1,5 GHz à 1 GHz à 3 minutes et 43 secondes – bien que l’affichage de la sortie HDMI révèle des périodes précédentes d’étranglement, trop brèves pour être capturées une seule fois. fréquence d’enregistrement par seconde, grâce au symbole du thermomètre indicateur qui apparaît en haut à droite de l’écran.
En revanche, le micrologiciel mis à jour ne commence à ralentir que cinq minutes et 21 secondes après le début du test, soit deux minutes plus tard que le micrologiciel du jour du lancement.
Il ne s’agit pas seulement de savoir combien de temps il faut au Raspberry Pi 4 pour atteindre son point d’accélération, mais aussi combien de temps il doit rester là. Au total, le micrologiciel du jour du lancement est passé en dessous de 1,5 GHz pour 86 des 600 points de données; le micrologiciel mis à jour pour seulement 50. Même après que le point d’accélération ait été atteint sur les deux exécutions, le micrologiciel mis à jour l’a emporté avec 50 creux enregistrés à 65.
Performance
La mise à jour du firmware ne semble pas avoir d'impact sur les performances: tester le débit d'un disque SSD externe à l'aide du benchmark fio n'a révélé aucune différence entre la mise à jour et les versions de lancement. Les charges de travail qui avaient précédemment déclenché la régulation thermique peuvent, quant à elles, se terminer légèrement plus rapidement avec le nouveau micrologiciel.
Une analyse thermique
Que se passe-t-il réellement sur la carte entre ces deux versions de firmware? En regardant la consommation électrique tout au long de la course, il est clair que le Raspberry Pi 4 utilise moins d’électricité avec le micrologiciel mis à jour installé: avec le micrologiciel de lancement, le Pi 4 consomme 3,8W au ralenti et 7,9W à la charge, mesurée comme auparavant avec un seul Écran HDMI, clavier et souris sans fil et connexion Ethernet câblée; avec le nouveau micrologiciel, la mesure passe à 3,4 W au repos et à 7,6 W en charge.
Pour savoir ce que cela fait sur la carte, le Raspberry Pi 4 est placé sous une caméra thermique lors de l’exécution de chaque révision du microprogramme. La carte, sans aucun périphérique connecté, est laissée au repos pendant cinq minutes, stabilisant la température, puis éteinte et laissée revenir à la température ambiante. Comme avec le test de limitation thermique, la température ambiante était de 24 ° C.
Image thermique de Raspberry Pi 4 avec le micrologiciel de lancement. Crédit d'image: Gareth Halfacree
On peut voir la chaleur se propager dans les microprogrammes le jour du lancement, mais se concentre particulièrement sur le SoC, le contrôleur USB au centre à droite, le circuit intégré de gestion de l'alimentation (PMIC) et le matériel de support en bas à gauche. Il est clair que le contrôleur USB génère une quantité de chaleur surprenante, même si aucun périphérique USB n’est connecté. À 46,2 ° C, c’est le deuxième dispositif le plus chaud du tableau; Le SoC est le plus chaud à 48,2 ° C, tandis que le cluster PMIC mesure 46 ° C.
Raspberry Pi 4 avec nouveau micrologiciel. Crédit d'image: Gareth Halfacree
Basculer simplement vers le micrologiciel mis à jour fait une différence spectaculaire. Le changement le plus important, sans surprise, peut être observé dans le contrôleur USB lui-même, qui tombe à 41 ° C – une différence énorme de 5,2 ° C. Le SoC profite également du ralenti à 45,6 ° C, tandis que le cluster PMIC refroidit également à 44,2 ° C grâce à la réduction de la puissance absorbée.
Ces baisses de température affectent l’ensemble de la carte: l’image thermique montre que le circuit est entièrement plus froid et même les ports USB et Ethernet – qui captent un peu de chaleur de leurs connexions mécaniques et électriques au circuit imprimé – sont à une température plus basse.
Ligne de fond
Le nouveau micrologiciel à lui seul ne suffit pas à empêcher un Raspberry Pi 4 de s’étrangler sous une charge continue – un refroidissement supplémentaire, que ce soit par le biais de dissipateurs thermiques et de ventilateurs du marché secondaire ou par l’accessoire officiel PoE Ethernet Raspberry Pi, peut garantir que .
Cela fait toutefois une différence marquée, en particulier en ce qui concerne la durée de fonctionnement d'un Raspberry Pi 4 avant d'atteindre le point d'étranglement thermique. Il offre également un aperçu de l’un des points de vente les plus importants de la famille Raspberry Pi sur ses nombreux concurrents: la Fondation continue de soutenir et d’améliorer ses produits longtemps après leur lancement sur le marché, en publiant des mises à jour de microprogrammes et de systèmes d’exploitation qui ajoutent de nouvelles fonctionnalités. et améliorer les existants avec une régularité impressionnante.
La mise à jour du contrôleur USB est maintenant disponible en version bêta et le jeu doit être publié sous forme de micrologiciel au niveau de la production dans un proche avenir, bien que la Fondation n'ait pas indiqué quand ses tests seront considérés comme terminés. Il a déjà confirmé les fonctionnalités supplémentaires prévues pour les mises à jour du microprogramme: démarrage PXE pour permettre au Raspberry Pi 4 de démarrer à partir d’un serveur réseau sans carte microSD insérée, puis démarrage USB pour lui permettre de démarrer à partir d’un périphérique de stockage externe – encore une fois, sans la carte microSD actuellement requise pour héberger la partition / boot.
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