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Le Raspberry Pi 4 a besoin d'un ventilateur : un utilisateur explique pourquoi
Mais surtout comment vous pouvez en ajouter un

Le , par Stéphane le calme

55PARTAGES

17  0 
Fin juin, la Fondation Raspberry Pi a annoncé la disponibilité de la quatrième version de son nano-ordinateur monocarte. La fondation a précisé même que, bien que le Raspberry Pi 4 conserve la même apparence et le même prix de départ que son prédécesseur (35 $), « pour la première fois, il a apporté quelques modifications essentielles à sa forme afin de s'adapter aux nouvelles fonctionnalités ».

Le nano-ordinateur monocarte améliore les spécifications dans tous les domaines. Il propose désormais jusqu'à 4 Go de RAM (quatre fois plus que tout Pi précédent), un processeur et un GPU plus rapides, un Ethernet plus rapide, un réseau Wi-Fi double bande, deux fois plus de sorties HDMI et deux ports USB 3.

Néanmoins, un utilisateur du nom de Jeff Geerling, note qu’il lui faut désormais un ventilateur pour cette nouvelle monocarte. Il explique :

« J'utilise le Pi pour divers projets depuis son introduction en 2012 et pour de nombreux modèles, y compris le minuscule Pi Zero et diverses révisions A +, vous n'avez même pas besoin d'un ventilateur ou d'un radiateur pour éviter les ralentissements du processeur. Et les images thermiques ou les mesures ponctuelles à l’aide d’un thermomètre infrarouge montraient généralement que le SoC dégageait le plus de chaleur. Tant qu'il y a au moins un peu d'espace pour la convection naturelle (c'est-à-dire sans ventilateur), vous pouvez faire presque n'importe quoi avec un Pi et ne pas avoir à vous soucier de la chaleur.

« Le Pi 4 est une bête différente, cependant. Non seulement le processeur devient sensiblement chaud, même sous une charge normale, mais il existe un certain nombre d'autres composants de la carte qui chauffent au point de ne pas être faciles à toucher ».

Tests au point d’étranglement

Voici une image thermique prise avec son imageur thermique Seek mettant en évidence les parties de la carte générant le plus de chaleur au bout de 5 minutes à tourner au pont d’étranglement.


Pourquoi le point d’étranglement est-il mauvais ? Il y a deux raisons : tout d’abord, il vous empêche d’obtenir la vitesse de processeur maximale offerte par le Pi, ce qui signifie que vos activités prendront plus de temps. Ensuite, cela indique que des pièces à l'intérieur du Pi (généralement uniquement du processeur, mais probablement d'autres pièces) chauffent suffisamment pour atteindre leurs propres limites de sécurité internes. Si vous utilisez du matériel informatique au-delà la limite de sa capacité thermique pendant de longues périodes, les pièces vont s'user plus vite que si elles fonctionnaient bien dans les limites.

S’il note que le CPU / SoC était également à environ 60 ° C, il reconnaît que le boîtier en métal aide à bien diffuser cette chaleur autour du périmètre et, dans l’image IR, la chaleur rayonnant du haut du CPU. est quelque peu masqué par la surface métallique réfléchissante.

Vous remarquerez peut-être cependant les zones blanches lumineuses en bas à gauche. C'est tout le circuit d'alimentation provenant de l'entrée d'alimentation USB-C. Jeff assure que cette partie de la carte dégage presque toujours une très grosse quantité de chaleur, et les composants de cette zone ne la dissipent pas autant que le processeur à structure métallique.

Enfin, il rappelle que cette image a été prise lorsque l’appareil tournait au point d’étranglement. Selon lui, si vous avez une activité quelconque sur les ports USB, la puce du contrôleur USB située à droite (ce petit point rouge avant que vous n’arriviez à l’extrême droite de l’image) s’allume en blanc et vire également être 60 et 70 ° C. Une mise à jour du firmware du Pi 4 peut aider à garder cette puce un peu plus froide, mais elle chauffera toujours sous la charge.

« Imaginez donc que vous utilisiez réellement le Pi 4 en remplacement d’un ordinateur de bureau, avec au moins un disque dur externe USB 3.0 connecté, le WiFi connecté et le transfert de grandes quantités de données, un clavier et une souris USB, quelques fenêtres de navigateur ouvertes (le site Web pourrait aussi bien être un jeu vidéo AAA avec une utilisation intensive des ressources), un éditeur de texte et un lecteur de musique. Cette quantité de charge est suffisante pour provoquer l’accélération du processeur en moins de 10 minutes, lors de mes tests ».

Si vous faites une navigation extrêmement légère, par exemple en parcourant un site comme Wikipédia, cela pourrait ne pas atteindre le goulot d’étranglement (point d'un système limitant les performances globales d'un flux de production d'une entreprise). Toutefois, Jeff assure que regarder des vidéos, faire défiler des sites plus complexes et changer fréquemment d’application amène souvent le processeur à atteindre rapidement une température pouvant aller jusqu’à 80 ° C, en particulier s’il est enfermé dans un boîtier en plastique dépourvu de ventilation.

« Pour mes tests plus formels, j'ai commencé à exécuter stress --cpu 4 pour que le processeur fasse beaucoup de travail, en continu. Après quelques minutes, en utilisant vcgencmd measure_temp et vcgencmd get_throttled, J’ai pu voir le processeur commencer à ralentir dès qu’il atteignait 80 ° C (176 ° F) »


Pour installer stress, exécutez sudo apt-get install -y stress. Vous pouvez surveiller la température actuelle dans une fenêtre de terminal en exécutant la commande watch -n 1 vcgencmd measure_temp. Lorsque le CPU ralentit, la commande vcgencmd get_throttled affiche 0x20002 (le premier 2 indique que le Pi a ralenti à un moment donné entre le démarrage précédent et l’instant T, le dernier 2 indique que le Pi ralentit actuellement la fréquence du processeur).

Températures après l'installation d'un ventilateur

La vidéo ci-dessous est un modding du boîtier officiel Raspberry Pi 4 pour disposer d’un ventilateur. Les plus curieux pourront la regarder en entier mais les plus pressés peuvent directement se rendre à 9:15 pour la partie la plus intéressante.


Après avoir installé le ventilateur, Jeff a redémarré le Pi et lancé stress --cpu 4 qu’il a laissé activé pendant une heure. Pendant tout le temps, la température du processeur est restée égale ou inférieure à 60 ° C (140 ° F), soit 20 ° C de moins que le point d'étranglement :


« J'ai également lancé un cluster Kubernetes avec quatre Raspberry Pi 4 et avec les ventilateurs intégrés au PoE HAT officiel, ces processeurs de Pi ne ralentissent pas non plus, même lorsque je lance des tests à la suite qui sollicitent l’ensemble du système pendant une heure ou plus. La zone autour du Pi devient assez chaude (puisque les ventilateurs évacuent cette chaleur), mais c'est une bonne chose : la chaleur peut se dissiper dans l'air ambiant au lieu de former une bulle autour de la carte !

« Le ventilateur Pi que j'utilise génère 50 dB de son à une distance d'un pied (30 cm). Il n'est donc pas silencieux, mais il est en fait un peu plus silencieux que les petits ventilateurs du PoE HAT, qui ont également un son plus aigu et que je trouvais plus distrayant. Lorsqu’il est en marche, le ventilateur consomme également 80 mA en continu. Par conséquent, si vous comptez des milliampères lors de l’alimentation du Pi (p. Ex. Lorsqu’il fonctionne à l’énergie solaire ou sur batterie), gardez cela à l’esprit »

Source : billet de Jeff Geerling

Voir aussi :

Le site de lancement du Raspberry Pi 4 tourne sur un cluster de 18 Raspberry Pi 4 avec 72 cœurs et 72 Go de RAM
La NASA piratée à cause d'un Raspberry Pi non autorisé connecté à son réseau, selon un rapport
Le TOP 10 des cartes d'extension (HAT) pour Raspberry Pi, votez pour vos cartes Pi HAT préférées

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Avatar de sevyc64
Modérateur https://www.developpez.com
Le 18/07/2019 à 19:23
Citation Envoyé par onilink_ Voir le message
Je précise que j'ai pas encore essayé de mettre de radiateurs, mais j'en ai commandé.
Si le choix doit être fait entre ventilateur et radiateur, il faut choisir le radiateur.
La surface de dissipation d'une puce est très petite, quelques mm². D'y adjoindre un radiateur, l'augmente à quelques 10ènes, voire 100ènes de cm² pour les plus gros.
Le métal est nettement meilleur conducteur thermique que l'air (ne pas oublié que l'air est considéré comme un isolant thermique), donc un simple radiateur, seul, aura des chances de dissiper nettement plus qu'un ventilateur sans radiateur.

L'idéal étant les deux, évidement.
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Avatar de sevyc64
Modérateur https://www.developpez.com
Le 18/07/2019 à 12:38
Citation Envoyé par Artemus24 Voir le message
Avec le Raspberry Pi 3B+ aussi, car la température sans ventilateur va au-delà des 50°C.
50°C n'est pas une t° excessive en électronique, surtout si c'est sur une période qui en dure pas.

Citation Envoyé par Artemus24 Voir le message
Je trouve que 60°C reste une température élevée avec un ventilateur.
Il fut un temps, ou c'était plutôt considéré comme très froid pour les processeurs de la famille AMD, même avec un ventilateur.

Mais effectivement, plus c'est miniaturisé, plus ça chauffe.
Et plus c'est miniaturisé, plus la chaleur peut être problématique.
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Avatar de Steinvikel
Membre chevronné https://www.developpez.com
Le 19/07/2019 à 23:43
On s'est mal compris, il était présenté 2 cas :
1) l'IHS du CPU refroidi directement à l'air
2) l'IHS du CPU surmonté d'un radiateur "métallique" ...que tu désignes comme meilleur conducteur que l'air.

Ce à quoi je répond que ce n'est pas le fait qu'il soit métallique qui joue en sa faveur par rapport au cas n°1
--> l'IHS (également métallique), fait dissipation, le radiateur apporte un malus car il diminue l'efficacité de la jonction thermique total ...mais apporte un gros bonus, uniquement lié à sa grande surface. Il aurait été en plastique d'alimentation de PC, il aurais également contribué à une augmentation de la dissipation (dès lors que le joint est correcte et la surface à l'air suffisante).

Oui, si le matériau conduit mieux la chaleur, le radiateur en est d'autant plus efficace. Mais partant du principe que tout les radiateurs sont dans des matériaux plus conducteur que de l'air (même de l'air humide), on peut dire que le critère le plus important (en passif surtout) c'est la surface d'échange. Une fois la solution mise sous ventilation, la conduction présente une portion de l'efficacité plus importante, mais elle est également nuancé par la géométrie (aérodynamisme).

exemple par ordre d'efficacité avec ventilation :
PS: J'aurais bien voulu restreindre les images à une même taille en pixel... quelqu'un connait la manip' ? je n'arrive pas à la retrouver : (

nul -->
passable -->
mieux -->
encore mieux -->
équivalent et pourtant rustique -->
du lourds ! -->
du très lourds ! -->
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Avatar de Artemus24
Expert éminent sénior https://www.developpez.com
Le 18/07/2019 à 12:05
Salut à tous.

Encore une mauvaise nouvelle.

Citation Envoyé par Stéphane le calme
Néanmoins, un utilisateur du nom de Jeff Geerling, note qu’il lui faut désormais un ventilateur pour cette nouvelle monocarte.
Avec le Raspberry Pi 3B+ aussi, car la température sans ventilateur va au-delà des 50°C.

Citation Envoyé par Stéphane le calme
Pendant tout le temps, la température du processeur est restée égale ou inférieure à 60 ° C (140 ° F), soit 20 ° C de moins que le point d'étranglement
Je trouve que 60°C reste une température élevée avec un ventilateur.

@+
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Avatar de Steinvikel
Membre chevronné https://www.developpez.com
Le 18/07/2019 à 12:42
Suis-je le seul étonné que tous les systèmes Pi à base de ventilateur, sont des ventilateurs 30*30mm ?
En refroidissement PC, la règle pour conjuguer performance & silence, c'est d'avoir le plus gros débit d'air, avec le ventilateur le plus lent possible. Force est de constaté que plus le fan est petit, plus il tourne vite, et plus il est bruyant.
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Avatar de L33tige
Membre habitué https://www.developpez.com
Le 18/07/2019 à 13:00
Sauf que la surface à refroidir est très petite, et en plus de ça il faut garder l'un des principaux intérêt du PI, et même celui de base, être peu encombrant.
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Avatar de Steinvikel
Membre chevronné https://www.developpez.com
Le 18/07/2019 à 14:26
je le conçois, mais entre un ventilateur de 30*30mm et un ventilateur de 120*120mm, il y a plein de déclinaisons ...il serait tout à fait possible de faire un boitier de même largeur * longueur, et rajouter 2cm de haut pour intégrer un ventilateur de 60*60 --> débit multiplié par 3 ou plus, bruit divisé par 10, facteur de forme très peu impacté, et ça reste clairement "peu encombrant".
PS: ordres empiriques au doigt mouillé, la meilleure unité ! x)
1  0 
Avatar de transgohan
Expert éminent https://www.developpez.com
Le 18/07/2019 à 15:56
Il est certain que s'il monte facilement à 60°c alors il faut l'équiper de pâte thermique au minimum et au mieux d'un ventilateur pour une utilisation normale.

Info que j'avais pu glaner sur un forum : le 3B+ baisse sa fréquence d'horloge de 200Hz quand sa température dépasse le premier seuil de température qui est à 65°c (si ma mémoire est bonne).
Donc pour utiliser toutes les performances d'un RPI il faut le maintenir à environ 30-35°c quand il est au repos, pour éviter qu'il ne dépasse les seuils critiques en utilisation intensive.
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Avatar de Steinvikel
Membre chevronné https://www.developpez.com
Le 18/07/2019 à 16:59
Citation Envoyé par Artemus24 Voir le message
(...) je ne sais pas trop si un diamètre plus grand offrirait une performance supérieure en dissipation de la chaleur ?
Comme dit ci-dessus, j'ai une différence de 10°C entre sans et avec ventilateur.
petit points sur la thermodynamique (pour la dissipation par convection):
- plus la différence de température est grande (entre le radiateur et l'air ambiant), plus l'échange de chaleur est important (comme le principe de niveau pour les vases communicants)
- plus la surface d'échange est grande, plus rapide est le phénomène
- plus le flux du fluide (l'air) est important, plus fine et fraîche est la couche de fluide à température intermédiaire (l'air en contact qui se réchauffe) --> boucle avec le 1er point

Avec un radiateur de 10*10mm, tu verras plus de perf en orientant le radiateur dans le sens du flux d'air, qu'en passant d'un fan de 30*30mm à 40*40mm ...je te l'accorde.
En revanche, si tu as équipé ton Rpi d'un radiateur bien plus grand, tu décuple la capacité de dissipation en augmentant le flux d'air.
Pour info: je dispose d'un 2B avec boitier en aluminium CNC (celui là est pour 3B) et le simple fait d'ouvrir la fenêtre de la pièce permet de constater 1-2°C de différence dans bien des cas.
edit: ce boitier entre en contact avec la puce la plus chaude du dessous et du dessus (à laide de pad thermique fourni)
J'utilise un vieux ventilateur PC 90*90 que j'ai branché sur le 5V. La solution m'a rien couté, le boitier en soit refroidit très bien, avec le fan, je suis pas vraiment plus frais, mais la température est BIEN PLUS CONSTANTE (tassé vers le bas). =)

Citation Envoyé par Artemus24 Voir le message
@ tous : Je trouve qu'il y des ratés avec ce RPi 4B : la température, la prise USB-C pas au norme, la prise micro HDMI ...
Le prochain problème sera de quel genre ?
Tu oublies le redémarrage (effacement) avec les flash d’appareils photo... x)
Moi j'étais plutôt partisan pour l'évolution vers l'USB-C, mais alors pourquoi ne pas avoir mis l'intégralité des ports USB en USB-C ? ...on aurait gagné 4 ports USB en plus.
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Avatar de onilink_
Membre expérimenté https://www.developpez.com
Le 18/07/2019 à 17:28
Utilisant un RPI4 comme serveur chez moi, je peux vous confirmer que sans ventilateur ça monte effectivement trop haut.
Je l'ai laissé une journée allumé (par temps de canicule, donc 33°C dans l'appartement), il est monté vers les 73°C sans effectuer de taches précises (juste un server NGINX qui tournais dessus, mais aucunes visites à priori).

La j'ai mis un petit fan de 30x30mm en continu, effectivement ça fait un peu de bruit mais c'est léger. Je pensais utiliser un transistor pour le contrôler via les pins GPIO plus tard pour l'allumer à partir d'une certaine température.

Je précise que j'ai pas encore essayé de mettre de radiateurs, mais j'en ai commandé.
La température du CPU reste à 43°C avec le ventilo, avec une température moyenne de 30°C dans l'appartement.
Je n'ai pas fait de mesures pour le GPU vu que je ne l'utilise pas.
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