《Raspberry Pi 樹莓派官方消息》加熱和冷卻 Raspberry Pi 5|奧斯丁國際有限公司 OURSTEAM Internationl

每次發布新款 Raspberry Pi 時，人們都會對新電路板的熱控制問題議論紛紛。人們想知道是否有必要進行熱控制，如果有必要，需要做些什麽才能實現。這次，隨著 Raspberry Pi 5 的發布，我們將推出兩種新的官方冷卻硬件解決方案。

Eben 展示適用於 Raspberry Pi 5 的主動冷卻器原型

在正常使用 Raspberry Pi 的情況下，添加冷卻是完全可選的。Raspberry Pi 4 和 Raspberry Pi 5 的空閒效能大致相同，在典型負載下，Raspberry Pi 5 的運行溫度會低於負載相同的 Raspberry Pi 4。但是，持續的重負荷意味著電路板有可能出現故障進入熱節流狀態。出現節流的原因是，如果情況開始變得太熱，就會有軟體控制來限制 CPU 的速度。不過，即使完全節流，Raspberry Pi 5 的運行速度仍然會比 Raspberry Pi 4 快！

但數據能讓一切變得更好，因此我決定獲取一些早期生產的硬體並進行一些測試，以幫助您決定是否需要冷卻自己的 Raspberry Pi 5。

如何測量 CPU 溫度

該vcgencmd 命令是有關 Raspberry Pi 上正在發生的事情的一個非常有用的信息來源，Python 綁定可以顯示所有這些信息，並讓你以編程方式監控幾乎所有需要監控的內容。在這里，我們將使用 vcgencmd Python 綁定來監控溫度，並將當前 CPU 時脈速度和當前限制狀態記錄到檔案中。

在終端視窗中啟動並運行腳本後，我們可以打開另一個視窗，在所有四個核心啟動壓力測試，以載入 CPU。為此，我將使用 stress 命令列工具，對所有四個 CPU 核心施加較繁重的工作負載。

為防止過熱，所有 Raspberry Pi 板都會在溫度達到 80°C 時開始對處理器進行節流，並在達到最高溫度 85°C 時進一步節流。

無冷卻

首先要做的是測量 Raspberry Pi 5 在沒有冷卻的情況下會發生什麽。在沒有任何冷卻措施的情況下，當放在露天實驗室工作台上時，Raspberry Pi 5 的 CPU 閒置溫度約為 65°C。

處理器溫度（攝氏度°C）與時間（秒）的關系。T=T₀ 時開始壓力測試。

正常使用時，可選擇加裝冷卻裝置。如果您正在觀看 YouTube 影片或在桌面上工作，您不會像我們在本次測試中那樣對 CPU 造成壓力。但不出所料的是，在沒有散熱的情況下，我們對 CPU 施加了較高的持續負載，因此在擴展測試期間，最高溫度攀升至 85°C 以上，並在長時間測試中保持穩定。這導致處理器報告的溫度超過節流限制後出現持續的熱節流。

安裝主動散熱器

然後，我使用新的主動式冷卻器進行了相同的測試，並安裝了主動式冷卻器，但鼓風機的風扇斷開了。這兩項測試都是將 Raspberry Pi 放在實驗室工作台上的露天環境中進行的。

配備主動式冷卻器的新型 Raspberry Pi 5

Active Cooler 是一款具有整合式鼓風機的單件式陽極氧化鋁散熱器。它具有預塗的導熱墊，用於傳熱，並使用彈簧推桿直接安裝到 Raspberry Pi 5 板上。它由 Raspberry Pi 韌體主動管理：在 60°C 時，鼓風機風扇將打開；當溫度達到 67.5°C 時，風扇轉速將提高；最後，當溫度達到 75°C 時，風扇將全速運轉。當溫度回落到這些極限值以下時，鼓風機的風扇會自動停止旋轉。

處理器溫度（攝氏度°C）與時間（秒）的關系。在 T=T₀ 時開始壓力測試。

由於採用了被動式散熱器，在安裝主動式冷卻器後，我們可以看到閒置溫度大大降低，約為 45°C。在長時間的負載測試中，散熱器的風扇以低速旋轉，將 CPU 溫度穩定在 60°C，測試期間的最高溫度為 62 至 63°C。

Raspberry Pi 5 負載情況下的熱圖像（左）和使用主動冷卻器時的熱圖像（右）

在負載測試期間，風扇運轉時測得的噪音水平在 35 到 40 分貝之間，與翻書時的噪音差不多。在長時間的壓力測試中，風扇實際上不需要全速運轉來保持 Raspberry Pi 的溫度控制。

拔下風扇，僅依靠鋁制散熱器提供的被動冷卻，閒置時的溫度相差無幾；但在長時間負載情況下，CPU 溫度最終會在 T₀ + 200 秒左右達到發生熱節流的點。

重新接上電纜後，風扇會立即全速旋轉，負載移除後，CPU 會在 300 秒內冷卻到 45°C 左右的閒置溫度，當溫度恢復正常後，風扇會降速旋轉。

如果你想對新的 Raspberry Pi 5 進行超頻，那麽 Cooler 可以輕鬆滿足您的需求。有關 Raspberry Pi 5 超頻和低頻的更多信息，請參閱 Jeff Geerling 的文章。

但是，HAT 呢？

此時，很多人都會有一個大問題：如果添加HAT 會發生什麼事？

您可以使用一組 16 毫米 GPIO 擴充器將 HAT 安裝在主動冷卻器的上方。不可避免的是，氣流會受到一些干擾，導致 Raspberry Pi 運行溫度升高，但主動散熱器仍能應對長時間的壓力測試，不會出現明顯的溫度上升。

配備主動冷卻器的新 Raspberry Pi 5和即將推出的 M.2 HAT 原型

測試使用了新的 M.2 HAT 原型，從 NVMe 驅動器啟動 Raspberry Pi —— 這既是碰巧我的桌子上正好有一個，也是因為這將是 Raspberry Pi 5 的一個相當常見的使用案例 —— 提醒一下：關於 M.2 HAT 原型，你唯一需要記住的是，量產版幾乎不可避免地會與這張圖片中的版本完全不同！

在主動散熱器上方安裝 M.2 HAT 後，Raspberry Pi 的閒置溫度略高於未安裝 HAT 時的溫度，約為 49°C。

處理器溫度（攝氏度°C）與時間（秒）的關系。在 T=T₀ 時開始壓力測試。

在持續負載下，CPU 溫度最初上升到第二個 67.5°C 觸發點，使鼓風機風扇從低速轉到中速。然而，CPU 溫度很快降至觸發點以下，風扇轉速也隨之降回低速。在剩餘的持續測試中，CPU 溫度穩定在 64°C 左右。

使用新案例

接下來進行測試的是新風扇機箱。我從主機板上取下主動冷卻器，然後將 Raspberry Pi 5 安裝到新機箱中。新機箱由四個部分組成：Raspberry Pi 夾入的底座，然後是框架和風扇組件，最後是夾在頂部的蓋子。

適用於 Raspberry Pi 5 全新的 Raspberry Pi 機箱

與主動冷卻器一樣，風扇組件由 Raspberry Pi 韌體主動管理：當溫度達到 60°C 時，鼓風機的風扇將打開；當溫度達到 67.5°C 時，風扇轉速將提高；最後，當溫度達到 75°C 時，風扇將全速運轉。當溫度回落到這些限制值以下時，風扇會自動停止旋轉。

測試方法與之前相同，首先將風扇組件安裝到位，但去掉蓋子。然後再次將風扇組件安裝到位，並將蓋子夾在頂部。

處理器溫度（攝氏度°C）與時間（秒）的關系。在 T=T₀ 時開始壓力測試。

在使用風扇的情況下，我們看到閒置時的溫度比單獨使用主動冷卻器時高幾度，約為 48°C。去掉蓋子後，我們看到持續負載下的最高溫度約為 72°C，而蓋上蓋子後，我們看到負載下的最高溫度略高，約為 74°C。

我們可以看到，雖然負載下的溫度高於主動冷卻器，但負載下的最高溫度仍遠低於 80°C 和 85°C 的節流溫度。

結論

在正常使用情況下，增加冷卻功能是可選的，儘管增加主動冷卻功能可以提高性能。但是，連續負載（例如重建 Linux 內核）將迫使新的 Raspberry Pi 5 進入熱節流狀態。對於重負載，熱節流會延長處理時間，被動冷卻可能不足以對持續時間超過 200 或 300 秒的重負載進行熱管理，需要採用主動冷卻來防止發生熱節流。

處理器溫度（攝氏度°C）與時間（秒）的關系。T=T₀ 時開始壓力測試。

在決定散熱解決方案時，您應該考慮 Raspberry Pi 5 的用途，並據此決定散熱，而不是隨意增加冷卻。因為在很多日常使用情況下，並不需要散熱。

任何類型的冷卻都不是強制性的，如果不對 Raspberry Pi 進行冷卻，也不會對它造成任何傷害——即使在重負載的情況下出現節流，Raspberry Pi 5 的速度仍然比未節流的 Raspberry Pi 4 快。

原文出處：https://www.raspberrypi.com/news/heating-and-cooling-raspberry-pi-5/