每當(dāng)發(fā)布新一代的樹(shù)莓派（Raspberry Pi）時(shí)，熱控制問(wèn)題都會(huì)引發(fā)廣泛討論。人們都在思考是否有必要采取措施以控制熱量，以及如果需要，如何最有效地實(shí)現(xiàn)。而這一次，隨著樹(shù)莓派5（Raspberry Pi5）的發(fā)布，樹(shù)莓派團(tuán)隊(duì)為此推出了兩款全新的官方冷卻硬件解決方案。作為樹(shù)莓派的官方代理商，上海晶珩將為您揭開(kāi)這個(gè)引人好奇的謎題，上圖：

樹(shù)莓派5（Raspberry Pi5）的主動(dòng)冷卻器原型

對(duì)于樹(shù)莓派（Raspberry Pi）的正常使用，添加冷卻是完全可選的。樹(shù)莓派4（Raspberry Pi4）和樹(shù)莓派5（Raspberry Pi5） 的空閑性能大致相同，在典型負(fù)載下，樹(shù)莓派5（Raspberry Pi5）的運(yùn)行溫度會(huì)比類似負(fù)載的樹(shù)莓派4（Raspberry Pi4）低。但是，連續(xù)的重負(fù)載意味著該板可能會(huì)出現(xiàn)故障進(jìn)入熱節(jié)流。當(dāng)事情開(kāi)始變得太糟糕時(shí)，由于有軟件控制來(lái)限制 CPU 速度，因此會(huì)發(fā)生節(jié)流。盡管如此，即使完全節(jié)流，樹(shù)莓派5（Raspberry Pi 5）仍然比樹(shù)莓派4（Raspberry Pi4）運(yùn)行得更快！

但數(shù)據(jù)讓一切變得更好，因此我決定獲取一些早期生產(chǎn)硬件并進(jìn)行一些測(cè)試，以幫助您決定是否需要冷卻自己的樹(shù)莓派5（Raspberry Pi5）。

如何測(cè)量CPU溫度

該vcgencmd命令是有關(guān)樹(shù)莓派（Raspberry Pi） 上發(fā)生的事情的非常有用的信息源，Python綁定顯示了所有這些信息，并讓您以編程方式監(jiān)視幾乎所有需要監(jiān)視的內(nèi)容。在這里，我們將用vcgencmd Python綁定來(lái)監(jiān)視溫度并將其與當(dāng)前 CPU 時(shí)鐘速度和當(dāng)前限制狀態(tài)一起記錄到文件中。

一旦我們?cè)诮K端窗口中啟動(dòng)并運(yùn)行腳本，我們就可以打開(kāi)另一個(gè)窗口并對(duì)所有四個(gè)內(nèi)核啟動(dòng)壓力測(cè)試以加載 CPU。為此，我將使用stress命令行工具對(duì)所有四個(gè) CPU 核心施加繁重的工作負(fù)載。

為了防止過(guò)熱，所有樹(shù)莓派（ Raspberry Pi） 板都會(huì)在溫度達(dá)到 80°C 時(shí)開(kāi)始對(duì)處理器進(jìn)行節(jié)流，并在達(dá)到最高溫度 85°C 時(shí)進(jìn)一步節(jié)流。

無(wú)冷卻

首先要做的是測(cè)量樹(shù)莓派5（Raspberry Pi5）未冷卻時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況。在沒(méi)有任何冷卻的情況下，當(dāng)放在露天實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)上時(shí)，樹(shù)莓派5（Raspberry Pi5） 的CPU空閑溫度約為 65°C。

處理器溫度（°C）與時(shí)間（秒）。在時(shí)間 T=T? 時(shí)開(kāi)始?jí)毫y(cè)試

對(duì)于正常使用，添加冷卻是可選的。如果您正在觀看視頻或在桌面上工作，您不會(huì)像我們?cè)诒敬螠y(cè)試中那樣對(duì) CPU 造成壓力。但是，毫不奇怪的是，由于我們?cè)跊](méi)有冷卻的情況下對(duì) CPU 施加了沉重的持續(xù)負(fù)載，因此在擴(kuò)展測(cè)試期間，最高溫度會(huì)攀升至略高于 85°C 的熱限制，然后保持穩(wěn)定。這會(huì)導(dǎo)致處理器報(bào)告的溫度上升到限制之上后持續(xù)的熱限制。

安裝主動(dòng)冷卻器

然后，我使用新的主動(dòng)冷卻器對(duì)托管主動(dòng)冷卻進(jìn)行了相同的測(cè)試，然后仍然安裝了主動(dòng)冷卻器，但鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)扇已斷開(kāi)。這兩項(xiàng)測(cè)試都是在露天實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)上的樹(shù)莓派5（Raspberry Pi5） 上完成的。

配備主動(dòng)冷卻器的新型 Raspberry Pi5

Active Cooler 是一款帶有集成鼓風(fēng)機(jī)的單件式陽(yáng)極氧化鋁散熱器。它具有預(yù)涂的導(dǎo)熱墊，用于傳熱，并使用彈簧推針直接安裝到樹(shù)莓派5（Raspberry Pi5）板上。它由樹(shù)莓派（Raspberry Pi）固件主動(dòng)管理：在 60°C 時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇將打開(kāi)，在 67.5°C 時(shí)風(fēng)扇速度將增加，最后在 75°C 時(shí)風(fēng)扇增加到全速。當(dāng)溫度回落到這些限制以下時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)扇將自動(dòng)停止旋轉(zhuǎn)。

處理器溫度（°C）與時(shí)間（秒）。在時(shí)間 T=T? 時(shí)開(kāi)始?jí)毫y(cè)試

由于采用了被動(dòng)散熱器，并且安裝了主動(dòng)冷卻器，我們看到閑置溫度要低得多，約為 45°C。在長(zhǎng)時(shí)間的負(fù)載測(cè)試中，散熱器的風(fēng)扇低速旋轉(zhuǎn)，將CPU溫度穩(wěn)定在60°C，測(cè)試期間最高溫度為62°C至63°C。

樹(shù)莓派 5（Raspberry Pi 5）在負(fù)載下（左）和使用主動(dòng)冷卻器（右）的熱圖像

在負(fù)載測(cè)試期間，風(fēng)扇運(yùn)行時(shí)測(cè)量到的噪音水平在 35 至 40 分貝之間，這大約相當(dāng)于您翻書(shū)頁(yè)時(shí)產(chǎn)生的噪音。在擴(kuò)展壓力測(cè)試期間，風(fēng)扇實(shí)際上不需要全速運(yùn)行來(lái)維持樹(shù)莓派（Raspberry Pi）的溫度控制。

拔掉風(fēng)扇，僅依靠鋁制散熱器提供的被動(dòng)冷卻，閑置溫度相似；但在擴(kuò)展負(fù)載下，CPU 溫度最終會(huì)在T? + 200 秒左右達(dá)到發(fā)生熱節(jié)流的點(diǎn)。

重新接上電纜后，風(fēng)扇會(huì)立即全速旋轉(zhuǎn)，卸下負(fù)載后，CPU會(huì)在300 秒內(nèi)冷卻到 45°C 左右的空閑溫度，當(dāng)溫度降至正常值時(shí)，風(fēng)扇又會(huì)降速旋轉(zhuǎn)。

但是HAT呢？

此時(shí)很多人都會(huì)遇到的一個(gè)大問(wèn)題是，添加 HAT 后會(huì)發(fā)生什么？

那么，您可以使用一組 16 毫米 GPIO 擴(kuò)展器在主動(dòng)冷卻器上方安裝 HAT。氣流不可避免地會(huì)受到一些干擾，這會(huì)導(dǎo)致樹(shù)莓派（Raspberry Pi）運(yùn)行得更熱，但主動(dòng)冷卻器仍然能夠處理長(zhǎng)時(shí)間的壓力測(cè)試，而不會(huì)出現(xiàn)明顯的溫度升高。

帶有主動(dòng)冷卻器的新型 Raspberry Pi5 和即將推出的 M.2 HAT 原型

測(cè)試是使用新的 M.2 HAT 原型完成的，從 NVMe 驅(qū)動(dòng)器啟動(dòng)樹(shù)莓派（ Raspberry Pi） - 既因?yàn)槲遗銮稍谖业霓k公桌上有一個(gè)，也因?yàn)檫@將是樹(shù)莓派（Raspberry Pi）的一個(gè)非常常見(jiàn)的用例Pi5 - 只是提醒一下：關(guān)于原型 M.2 HAT，您真正需要記住的唯一一件事是，量產(chǎn)版本幾乎不可避免地與這張照片中的版本完全不同！

當(dāng) M.2 HAT 安裝在主動(dòng)冷卻器上方時(shí)，樹(shù)莓派（Raspberry Pi）的空閑溫度比沒(méi)有安裝 HAT 時(shí)略高，約為 49°C。

處理器溫度（°C）與時(shí)間（秒）。在時(shí)間 T=T? 時(shí)開(kāi)始?jí)毫y(cè)試

在持續(xù)負(fù)載下，CPU 溫度最初升至第二個(gè) 67.5°C 觸發(fā)點(diǎn)，使鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇從低速旋轉(zhuǎn)至中速。然而，這很快使 CPU 溫度降至觸發(fā)點(diǎn)以下，進(jìn)而將風(fēng)扇速度降至較低設(shè)置。隨后，在余下的持續(xù)測(cè)試中，CPU 溫度穩(wěn)定在 64°C 左右。

使用新案例

測(cè)試臺(tái)上的下一個(gè)是新的風(fēng)扇箱。我從主板上取下了主動(dòng)冷卻器，然后將樹(shù)莓派5（Raspberry Pi5）安裝到新機(jī)箱中。新表殼由四個(gè)部分組成：樹(shù)莓派（ Raspberry Pi） 夾入的底座，然后是框架和風(fēng)扇組件，最后是夾在頂部的蓋子。

適用于樹(shù)莓派 5（Raspberry Pi5）的全新 Raspberry Pi 外殼

與主動(dòng)冷卻器一樣，風(fēng)扇組件由樹(shù)莓派（Raspberry Pi）固件主動(dòng)管理：在 60°C 時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇將打開(kāi)，在 67.5°C 時(shí)風(fēng)扇速度將增加，最后在 75°C 時(shí)風(fēng)扇增加到全速速度。當(dāng)溫度回落到這些限制以下時(shí)，風(fēng)扇將自動(dòng)停止旋轉(zhuǎn)。

測(cè)試以與之前相同的方式進(jìn)行，首先將風(fēng)扇組件安裝到位，但取下蓋子。然后再次將兩個(gè)風(fēng)扇組件安裝到位，這次將蓋子夾在頂部。

處理器溫度（°C）與時(shí)間（秒）。在時(shí)間 T=T? 時(shí)開(kāi)始?jí)毫y(cè)試

使用風(fēng)扇箱時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)閑置溫度比單獨(dú)使用主動(dòng)冷卻器高幾度，約為 48°C。取下蓋子后，我們看到持續(xù)負(fù)載下的最高溫度約為 72°C，而蓋上蓋子后，我們看到負(fù)載下的最高溫度略高，約為 74°C。

我們可以看到，雖然負(fù)載下的溫度高于主動(dòng)冷卻器，但負(fù)載下的最高溫度仍然遠(yuǎn)低于 80 和 85°C 的節(jié)流溫度。

結(jié)論

對(duì)于正常使用，添加冷卻是可選的，盡管添加主動(dòng)冷卻可以提高性能。然而，重的連續(xù)負(fù)載（例如重建 Linux 內(nèi)核）將迫使新的樹(shù)莓派5（Raspberry Pi5）進(jìn)入熱節(jié)流狀態(tài)。對(duì)于重負(fù)載，熱節(jié)流可以延長(zhǎng)處理時(shí)間，對(duì)于持續(xù)時(shí)間超過(guò) 200 或 300 秒的重負(fù)載，被動(dòng)冷卻可能不足以進(jìn)行熱管理，需要主動(dòng)冷卻來(lái)防止發(fā)生熱節(jié)流。

處理器溫度（°C）與時(shí)間（秒）。在時(shí)間 T=T? 時(shí)開(kāi)始?jí)毫y(cè)試

在決定冷卻解決方案時(shí)，您應(yīng)該考慮將樹(shù)莓派5（Raspberry Pi5）用于何種用途，并據(jù)此做出冷卻決定，而不是隨意增加冷卻。因?yàn)閷?duì)于很多日常用例來(lái)說(shuō)，它是不需要的。

任何類型的冷卻都不是強(qiáng)制性的，如果不進(jìn)行冷卻，不會(huì)對(duì)您的樹(shù)莓派（ Raspberry Pi）造成任何損害 - 即使在重負(fù)載下節(jié)流，樹(shù)莓派5（Raspberry Pi5）仍然比未節(jié)流的樹(shù)莓派5（Raspberry Pi4）更快。

審核編輯 黃宇