每當發(fā)布新一代的樹莓派（Raspberry Pi）時，熱控制問題都會引發(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，如何最有效地實現(xiàn)。而這一次，隨著樹莓派5（Raspberry Pi5）的發(fā)布，樹莓派團隊為此推出了兩款全新的官方冷卻硬件解決方案。作為樹莓派的官方代理商，上海晶珩將為您揭開這個引人好奇的謎題，上圖：

樹莓派5（Raspberry Pi5）的主動冷卻器原型

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

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)硬件并進行一些測試，以幫助您決定是否需要冷卻自己的樹莓派5（Raspberry Pi5）。

如何測量CPU溫度

該vcgencmd命令是有關(guān)樹莓派（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綁定來監(jiān)視溫度并將其與當前 CPU 時鐘速度和當前限制狀態(tài)一起記錄到文件中。

一旦我們在終端窗口中啟動并運行腳本，我們就可以打開另一個窗口并對所有四個內(nèi)核啟動壓力測試以加載 CPU。為此，我將使用stress命令行工具對所有四個 CPU 核心施加繁重的工作負載。

為了防止過熱，所有樹莓派（ Raspberry Pi） 板都會在溫度達到 80°C 時開始對處理器進行節(jié)流，并在達到最高溫度 85°C 時進一步節(jié)流。

無冷卻

首先要做的是測量樹莓派5（Raspberry Pi5）未冷卻時會發(fā)生什么情況。在沒有任何冷卻的情況下，當放在露天實驗室工作臺上時，樹莓派5（Raspberry Pi5） 的CPU空閑溫度約為 65°C。

處理器溫度（°C）與時間（秒）。在時間 T=T? 時開始壓力測試

對于正常使用，添加冷卻是可選的。如果您正在觀看視頻或在桌面上工作，您不會像我們在本次測試中那樣對 CPU 造成壓力。但是，毫不奇怪的是，由于我們在沒有冷卻的情況下對 CPU 施加了沉重的持續(xù)負載，因此在擴展測試期間，最高溫度會攀升至略高于 85°C 的熱限制，然后保持穩(wěn)定。這會導致處理器報告的溫度上升到限制之上后持續(xù)的熱限制。

安裝主動冷卻器

然后，我使用新的主動冷卻器對托管主動冷卻進行了相同的測試，然后仍然安裝了主動冷卻器，但鼓風機的風扇已斷開。這兩項測試都是在露天實驗室工作臺上的樹莓派5（Raspberry Pi5） 上完成的。

配備主動冷卻器的新型 Raspberry Pi5

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

處理器溫度（°C）與時間（秒）。在時間 T=T? 時開始壓力測試

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

樹莓派 5（Raspberry Pi 5）在負載下（左）和使用主動冷卻器（右）的熱圖像

在負載測試期間，風扇運行時測量到的噪音水平在 35 至 40 分貝之間，這大約相當于您翻書頁時產(chǎn)生的噪音。在擴展壓力測試期間，風扇實際上不需要全速運行來維持樹莓派（Raspberry Pi）的溫度控制。

拔掉風扇，僅依靠鋁制散熱器提供的被動冷卻，閑置溫度相似；但在擴展負載下，CPU 溫度最終會在T? + 200 秒左右達到發(fā)生熱節(jié)流的點。

重新接上電纜后，風扇會立即全速旋轉(zhuǎn)，卸下負載后，CPU會在300 秒內(nèi)冷卻到 45°C 左右的空閑溫度，當溫度降至正常值時，風扇又會降速旋轉(zhuǎn)。

但是HAT呢？

此時很多人都會遇到的一個大問題是，添加 HAT 后會發(fā)生什么？

那么，您可以使用一組 16 毫米 GPIO 擴展器在主動冷卻器上方安裝 HAT。氣流不可避免地會受到一些干擾，這會導致樹莓派（Raspberry Pi）運行得更熱，但主動冷卻器仍然能夠處理長時間的壓力測試，而不會出現(xiàn)明顯的溫度升高。

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

測試是使用新的 M.2 HAT 原型完成的，從 NVMe 驅(qū)動器啟動樹莓派（ Raspberry Pi） - 既因為我碰巧在我的辦公桌上有一個，也因為這將是樹莓派（Raspberry Pi）的一個非常常見的用例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 M.2 HAT 安裝在主動冷卻器上方時，樹莓派（Raspberry Pi）的空閑溫度比沒有安裝 HAT 時略高，約為 49°C。

處理器溫度（°C）與時間（秒）。在時間 T=T? 時開始壓力測試

在持續(xù)負載下，CPU 溫度最初升至第二個 67.5°C 觸發(fā)點，使鼓風機風扇從低速旋轉(zhuǎn)至中速。然而，這很快使 CPU 溫度降至觸發(fā)點以下，進而將風扇速度降至較低設(shè)置。隨后，在余下的持續(xù)測試中，CPU 溫度穩(wěn)定在 64°C 左右。

使用新案例

測試臺上的下一個是新的風扇箱。我從主板上取下了主動冷卻器，然后將樹莓派5（Raspberry Pi5）安裝到新機箱中。新表殼由四個部分組成：樹莓派（ Raspberry Pi） 夾入的底座，然后是框架和風扇組件，最后是夾在頂部的蓋子。

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

與主動冷卻器一樣，風扇組件由樹莓派（Raspberry Pi）固件主動管理：在 60°C 時，鼓風機風扇將打開，在 67.5°C 時風扇速度將增加，最后在 75°C 時風扇增加到全速速度。當溫度回落到這些限制以下時，風扇將自動停止旋轉(zhuǎn)。

測試以與之前相同的方式進行，首先將風扇組件安裝到位，但取下蓋子。然后再次將兩個風扇組件安裝到位，這次將蓋子夾在頂部。

處理器溫度（°C）與時間（秒）。在時間 T=T? 時開始壓力測試

使用風扇箱時，我們發(fā)現(xiàn)閑置溫度比單獨使用主動冷卻器高幾度，約為 48°C。取下蓋子后，我們看到持續(xù)負載下的最高溫度約為 72°C，而蓋上蓋子后，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于主動冷卻器，但負載下的最高溫度仍然遠低于 80 和 85°C 的節(jié)流溫度。

結(jié)論

對于正常使用，添加冷卻是可選的，盡管添加主動冷卻可以提高性能。然而，重的連續(xù)負載（例如重建 Linux 內(nèi)核）將迫使新的樹莓派5（Raspberry Pi5）進入熱節(jié)流狀態(tài)。對于重負載，熱節(jié)流可以延長處理時間，對于持續(xù)時間超過 200 或 300 秒的重負載，被動冷卻可能不足以進行熱管理，需要主動冷卻來防止發(fā)生熱節(jié)流。

處理器溫度（°C）與時間（秒）。在時間 T=T? 時開始壓力測試

在決定冷卻解決方案時，您應(yīng)該考慮將樹莓派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。因為對于很多日常用例來說，它是不需要的。

任何類型的冷卻都不是強制性的，如果不進行冷卻，不會對您的樹莓派（ Raspberry Pi）造成任何損害 - 即使在重負載下節(jié)流，樹莓派5（Raspberry Pi5）仍然比未節(jié)流的樹莓派5（Raspberry Pi4）更快。

審核編輯 黃宇