Une étude sur la dissipation du Raspberry Pi 4

Le Raspberry Pi 4 est le plus puissant des modèles jamais proposé par la fondation. Cette performance à un coût technique puisque c’est également la solution dégageant le plus de chaleur. Et cela n’est pas sans conséquences.

Beaucoup d’utilisateurs ont constaté que leur Raspberry Pi 4 posait des soucis de dégagement de chaleur dès leur acquisition. Si, dans la plupart des cas, cela ne pose qu’un problème de confort en rendant la carte plus chaude qu’à l’accoutumée, il arrive également que celle-ci ne fonctionne pas exactement comme prévu.

Car l’homme est ainsi fait, si on lui propose plus de performances… Il va s’en servir. Quand la Raspberry Pi 4 est arrivée, elle a ouvert une nouvelle gamme de possibilités en terme de calcul et certains se sont empressés de les utiliser. Bien loin des usages classiques, l’idée de piloter des systèmes de calculs assez lourds et surtout sur de longues périodes, a germé. Et c’est là que les vrais problèmes sont arrivés.

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La consommation des différents RPi du 1B+ au 4B

Si vous utilisez un Raspberry Pi 4 pour piloter un média center classique ou un projet de robotique, vous ne risquez pas grand chose de ce côté. La carte avale ce genre de programmes sans broncher. Par contre si vous utilisez la carte pour de la surveillance visuelle avec détection de mouvement par exemple, et cela 24H/24 ert 7J/7, la problématique est différente. Un système comme motionEyeOS permet de transformer une carte de développement en centrale de vidéosurveillance accessible depuis n’importe quel poste. La distribution permet de détecter les mouvements et de prendre des clichés ou des films avec le capteur associé ou une camera réseau puis de les stocker. Ce genre de travail peut être très gourmand en ressources surtout si on pousse les curseurs assez loin en terme de nombre d’images analysées par seconde.

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Les températures en Stress Test d’un Pi2B face à un Pi 4B

C’est exactement ce qu’a voulu faire Gaven MacDonald comme il l’explique sur Young Coder. Et il s’est heurté à un problème assez rapidement, son Raspberry Pi 4 chauffe et, évidemment Throttle. C’est à dire que le SoC qui fait les calculs sur la carte monte tellement haut en température qu’il se met en protection en baissant sa fréquence et, mécaniquement, ses performances.

Pour éviter cela, il “suffit” de le refroidir. Ce qui n’est pas forcément la tâche la plus aisée puisque les système de ventilation actives peuvent se révéler bruyants et les systèmes passifs moins efficaces. Jusqu’ici,j’ai surtout lu des avis d’utilisateurs présentant leur solution en la partageant au reste du monde. Ce qui est très bien et positif, mais rares ont été les tests aussi poussés que ceux de Gaven MacDonald qui a testé non seulement des solutions actives et passives mais également plusieurs d’entre elles.

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Pour les solutions actives, le résultat est sans surprises, avec un petit ventilateur directement posé sur la carte, la température baisse considérablement. C’est évidemment encore bien meilleur en combinant ce ventilateur à une plus grande surface d’échange grâce à l’ajout d’un dissipateur. Avec ce type de montage, les résultats sont excellents.

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Les trois courbes ci-dessus montrent bien le résultat de l’usage de cette solution ventilée. Avec juste un dissipateur posé sur le SoC, la température monte sans cesse jusqu’à la fin du test. Cette solution semble vouée à atteindre le moment où la puce se mettra en berne pour se protéger. Les deux autres courbes montrent au contraire un arrêt de la montée en température avec un plateau situé à 54°C pour la solution uniquement composée du ventilateur et un autre à 42/43°C pour la solution ajoutant un dissipateur à ailettes dans l’équation. On divise ici par deux la température du SoC par rapport à la solution d’origine.

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Mais ce n’est pas ce qui ma le plus intéressé dans l’approche de ce test, cette idée de ventiler la carte pour la refroidir est évidente mais elle induit une dépense supplémentaire et surtout perd le côté passif du fonctionnement de la solution.

L’autre partie du test a consisté à monter sur la carte différents dissipateurs. Et le truc intéressant dans cette approche est qu’il s’agit de dissipateurs recyclés. Issus de divers appareils classiques comme des cartes mètres. Des dissipateurs de chipsets notamment. 6 solutions ont été montées sur la Raspberry Pi4, aucune n’a demandé d’injecter un centime supplémentaire. Si il a fallut parfois jouer des coudes pour faire la place nécessaire à l’emploi de ces modèles, ce n’est bien souvent qu’une solution faisant appel à votre matière grise pour contourner un problème d’encombrement plutôt qu’autre chose.

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Les résultats sont très encourageants. Si la solution “C” ne semble pas apporter grand chose, elle semble même être plus décorative qu’autre chose, la plupart des autres solutions ont une incidence directe dans la gestion de la chaleur par la carte. Le dissipateur en hauteur “E” est par exemple très suffisant, il permet de rester sous les 70°C pendant le test. Le modèle “B”, également en hauteur, fait également un assez bon travail. Ce genre de dissipateur peut se trouver facilement sur de veilles cartes mères mais également dans divers vieux appareils électroniques, ampli et autres, que l’on trouve parfois abandonnés dans la rue. Ils sont, en général, faciles à récupérer et feront parfaitement l’affaire. Le plus dur sera de les fixer à la puce de la Raspberry Pi 4 de manière efficace. Même si pour cela quelques gouttes de colle thermique peuvent être suffisantes. 

A noter également les excellents résultats du dissipateur de chipset “F” issu d’une carte mère Asus. Il s’agit d’un modèle qui déporte la chaleur que la puce dégage au moyen d’un caloduc vers des ailettes en cuivre situées plus loin. Cette distance permet de mieux dissiper la chaleur et non de l’accumuler. Les résultats sont bluffants puisque la température ne dépasse pas les 48°C passivement.  On trouve également ce genre de dissipateur assez facilement sur de vieux modèles de carte mère.

Si votre Raspberry Pi 4 chauffe et pose des soucis de performances, vous savez donc quoi faire. Il suffit de coiffer son SoC Broadcom d’un petit dissipateur assez haut pour l’aider a mieux dissiper la chaleur qu’il dégage. Pas besoin de dépenser une fortune, il suffit d’un peu de bon sens et d’huile de coude. Si toutefois vous rencontrez ce type de soucis et que vous cherchez une solution simple et efficace. Un châssis de dissipation à moins de 10€ comme celui-ci pourra également faire l’affaire. Car c’est le souci de ces solutions passives ou actives, elles empêchent en général une intégration dans les boîtiers conçus pour les Raspberry Pi.

Source : Gaven MacDonald sur Young Coder, Plus d’infos sur motionEyeOS via FanlessTech


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23 commentaires sur ce sujet.
  • 25 octobre 2019 - 15 h 05 min

    Il donne quoi le dissipateur proposé dans les “Bons plans” car il n’est pas non plus recyclé (pas gratuit) et prend bien sa place…

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  • 25 octobre 2019 - 15 h 36 min

    Ce problème de chaleur est sans grande importance/ gravité si on a un rpi. Mais si on a un cluster de rpis , je me demande si y a des solutions adaptées. Ces graphs nous montrent l’Evolution de la température à charge constante (j’imagine), mais il aurait été peut être plus informatif de voir aussi l’évolution de la puissance au court du temps pour savoir à quel point le thermal throttle est grave ou pas qd on refroidit mal.

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  • 25 octobre 2019 - 16 h 01 min

    Le plus dérangeant c’est la conso à l’état idle qui a doublé voire triplé… Plus de chevaux à nourrir et abreuver même lorsqu’ils sont sagement à l’écurie. Pas très évolué tout ça.
    Cela confirme que les précédents modèles (avec leur connectique limitée/datée) restent pertinents selon les besoins.

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  • 25 octobre 2019 - 16 h 41 min

    @Marbaf:

    Oui, tu as raison les modèles précédents ont encore leur raison d’être.
    Mais avec ce nouveau Pi 4 plus ce petit boitier (https://flirc.tv/) je me suis fait un très joli mini-pc fanless suffisamment performant comme poste bureautique et internet pour 80 € environ (avec un clavier + écran “recyclés”).

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  • 25 octobre 2019 - 17 h 07 min

    C’est sur que le recyclage de quelques radiateurs et de quelques ventilateurs de cartes mères de PC est une bonne chose .
    Je pense que connaissant les défauts de leurs processeurs ,il suffirait peut être a la fondation du Raspberry Pi de proposer un adaptateur voir deux trous sur le circuit imprimé pour poser un adaptateur .

    Si il est évident qu’un ventilateur de processeur en Socket 7 fait plus que largement son boulot ,je pense qu’il lui faudrait une solution pour le poser .

    C’est sur que le ventilateur ICE prévu offre ces fixation ,reste a un fabricant de proposer une solution permettant cette utilisation d’un autre ventilateur n’écrasant pas le processeur du RPI .
    Peut être une pièce réalisée en 3D pourrait faire l’affaire .

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  • 25 octobre 2019 - 17 h 19 min

    Les solutions passives ne semblent pas complètement suffisantes pour le Pi 4, alors que par le passé, c’était les solutions actives qui n’étaient franchement pas nécessaires pour les versions précédentes, une solution intéressante que j’ai vu est le Fan Shim proposé par Pimironi qui est un petit ventilateur a priori pas très bruyant qui se place très bien sur le Pi4 en se greffant physiquement sur une partie du GPIO, et cette solution est intéressante dans la mesure où le contrôle du ventilateur peut se faire de manière logicielle, en gros on peut faire en sorte que le ventilateur ne se déclenche que quand la chauffe est trop importante et qu’il y a un risque évident de “throttle”.

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  • 25 octobre 2019 - 18 h 01 min

    Perso je l’ai acheter pour faire un NAS, avec OPMV 4, il lui arrive de Throttle assez fréquament, avec Transmission, Emby, Syncthing, urbackup.

    Depuis que j’ai acheter le dissipateur proposer par le bon plan, plus de problème, ok c’est encore bien chaud, mais ne Throttle plus .

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  • 25 octobre 2019 - 18 h 01 min

    @ptitpaj: et @ tous
    la chaîne YouTube
    ExplainingComputers
    à testé et fait un bon retour sur les diverses solutions de dissipations passives et actives pour le RPI 4 (y compris une solution via un ventilo et une impression 3d justement) ainsi qu’une video sur l’usage NAS avec openvault (sympa).

    Sa video vaut le coup pour bien choisir selon ses besoins (et voir après comment construire sa “boite” en impression 3D selon ses usages, la solution prise et si usage avec un HDD, ssd ou pas)

    @Tux61: le boîtier flirc est top, mais le fait de l’avoir en quasi tout alu est parfois problématique pour les ondes (wifi et Bluetooth surtout)
    je l’ai pour ma RPI 3 (la première, pas la version 3B+)

    pour le wifi, c’est pas top (mais je préfère l’Ethernet donc c’est pas grave), par contre, pour le Bluetooth, là, ça pose carrément problème (surtout pour les manettes).

    À mon sens, le mieux serait un ice, plus un bon boîtier en 3D selon ses besoins

    Faudrait que je me lance là dedans plus sérieusement pour ma RPI4, mais pour l’instant, le temps me manque
    (et avec les températures qui vont chuter…)

    Par contre, c’est un vrai bonheur cette carte, même en desktop, elle est utilisable avec des distro comme manjaro, c’est impressionnant désormais (faut pas lui demander du handbrake bien sur, ni de grosses pièces sur cura, mais c’est stable et ça plante pas)

    L’Ethernet et l’usb 3 sont de vrai plus (notamment pour un usage NAS-serveur avec une petite capa de ram par exemple).
    Avec une connexion fibre symétrique (pas encore le cas chez moi, mais j’y songe de plus en plus), on peut se faire plaisir pour de l’auto hébergement de site web, backuper le sien, ou tester des nouveauté etc etc à peu de watts.
    Cette carte devient vraiment, vraiment très bien.

    Ne reste plus à la fondation de nous en faire une plus optimisé (comme régler le soucis de certains câbles qui ne marchent pas par exemple) et à graver plus fin pour la montée en température et ou conso et dans 1 ou 2 révisions, générations, on aura vraiment une bonne base ARM linux.

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  • 25 octobre 2019 - 21 h 27 min

    @orangina rouge
    Un grand merci pour la découverte de la chaine Youtube ExplainingComputers !

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  • 25 octobre 2019 - 21 h 32 min

    J’attends surtout une version CM du Rpi4 :)

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  • 25 octobre 2019 - 22 h 21 min

    Excellent test que j’aime bien.

    Ce qui m’a le plus étonné c’est de voir que le ”dissipateur” A (le bout de plaque d’alu plié) plus efficace que les dissipateurs de southbridge de cartes mères.

    Par contre j’aurais mis le ventilo dans l’autre sens cad qui souffle vers le rad. Position plus efficace d’y fait des perturbations plus importantes.

    Un moment j’avais pensé à mettre un rad type F sur un NUC avec le heatpipe et la partie dissipateur qui dépasse du NUC qui éviter de faire rentrer la poussière dedans.
    Mais j’ai abandonné le projet car trop difficile à trouver le bon ventirad avec la bonne forme.
    (Travailler dans un magasin informatique aiderait bien avec tous les retours des composants et PC portables en SAV ou une boite de recyclage)

    En tout cas belle trouvaille de Fanlesstech.

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  • 26 octobre 2019 - 10 h 41 min

    Bonjour, j’ai acheté ce modele de boîtier sur aliexpress :
    https://fr.aliexpress.com/item/33057719506.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.27426c377nlLKv
    Sous libreelec, il chauffe beaucoup moins. J’imagine qu’en vidéo surveillance ce sera limite par contre. J’attends la future version de recalbox pour tester.
    Cependant, j’ai un souci pour sortir le son via le hdmi quelque soit la distribution, des difficultés pour utiliser la telecommande de la TV aussi. C’était nickel avec le pi3… bizarre. J’ai le souci avec un câble hdmi en direct ou un connecteur micro-hdmi vers hdmi.
    Avez-vous rencontrez ce problème ?
    Merci.

    Répondre
  • 26 octobre 2019 - 17 h 59 min

    @Tux61: tu aurais directement pris un mini pc à base d’atom z8350, tu en aurais eu pour moins cher, et un vrai x86 compatible avec tout (windows y compris), aucun souci de chauffe, de conso, de meilleures perfs, etc…

    Pour moi le rpi pour en faire un pc bureautique c’est tellement tordre sa cible initiale qu’on en arrive à faire moins bien pour plus cher que d’autres solutions déjà toutes faites.

    Répondre
  • 26 octobre 2019 - 19 h 42 min

    @nouknouk:

    @nouknouk : oui peut-être mais je n’ai aucun problème de chauffe avec boitier flirc. Maintenant si tu as quelques liens sur des mini pc à 80 € je suis intéressé.

    Répondre
  • 26 octobre 2019 - 20 h 19 min

    @Tux61: sur aliexpress, tu fais une recherche avec le mot clef “z8350”, ça commence à 70 euros. exemple: https://fr.aliexpress.com/item/32826128812.html

    j’en ai un que j’utilise comme serveur domotique qui a TRÈS avantageusement remplacé un raspberry pi 3.

    Répondre
  • 26 octobre 2019 - 20 h 57 min

    @Tux61: mon dernier comm’ n’est pas passé (je pense à cause du lien), mais si tu fais une recherche sur aliexpress avec le mot clef “z8350”, tu en trouveras qui commencent à 70 euros.

    Perso, j’ai remplacé mon rpi3 par cette machine pour mon serveur domotique et c’est le jour et la nuit en terme de perfs et de stabilité.

    Répondre
  • 26 octobre 2019 - 23 h 18 min

    @nouknouk: @nouknouk: Je confirme, stick pc intel z8350 4g 64g 77€, du coup, je vais en prendre un ;)

    Répondre
  • 27 octobre 2019 - 12 h 15 min

    @Madwill: perso, je préfère un mini-pc avec form factor de ‘petit boitier’, plutôt qu’un stick ; pour des raisons de meilleure évacuation de la chaleur et les ports disponibles (le RJ45 est un impératif chez moi)

    Il me semble aussi que les sticks ont un refroidissement actif (un mini ventilo), alors que les formats ‘boîtier’ arrivent tranquillement à évacuer la chaleur de façon passive.

    Après chacun ses besoins, contraintes et préférences.

    Répondre
  • 27 octobre 2019 - 12 h 44 min

    @nouknouk: Tout à fait mais dans mon cas, il est question d’une intégration bien particulière ;)

    Répondre
  • 27 octobre 2019 - 23 h 30 min

    […] Source : Une étude sur la dissipation du Raspberry Pi 4 – MiniMachines.net […]

  • 28 octobre 2019 - 19 h 05 min
  • 29 octobre 2019 - 17 h 48 min

    @nouknouk:

    On en parle jamais sur ce site , mais pourquoi pas de la mini machine d’occasion? J’avais trouvé pour un peu plus de 100 euros ( sur un site très connu de reconditionné) du lenovo m93p tiny en core i3 avec 4go de ram. Silencieux et pas besoin d’acheter de boitier.

    Répondre
  • 3 décembre 2019 - 13 h 13 min

    […] le montage ou le bricolage plus ou moins honteux pour pallier aux excès de la puce Broadcom. L’ajout d’un dissipateur issu d’un autre appareil donne des résultats assez signi…. L’utilisation d’un ventilateur sous volté donne également de très bons résultats. […]

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