加热和冷却树莓派5（Raspberry Pi5）这是真嘞？

每当发布新一代的树莓派（Raspberry Pi）时，热控制问题都会引发广泛讨论。人们都在思考是否有必要采取措施以控制热量，以及如果需要，如何最有效地实现。而这一次，随着树莓派5（Raspberry Pi5）的发布，树莓派团队为此推出了两款全新的官方冷却硬件解决方案。作为树莓派的官方代理商，上海晶珩将为您揭开这个引人好奇的谜题，上图：

树莓派5（Raspberry Pi5）的主动冷却器原型

对于树莓派（Raspberry Pi）的正常使用，添加冷却是完全可选的。树莓派4（Raspberry Pi4）和树莓派5（Raspberry Pi5） 的空闲性能大致相同，在典型负载下，树莓派5（Raspberry Pi5）的运行温度会比类似负载的树莓派4（Raspberry Pi4）低。但是，连续的重负载意味着该板可能会出现故障进入热节流。当事情开始变得太糟糕时，由于有软件控制来限制 CPU 速度，因此会发生节流。尽管如此，即使完全节流，树莓派5（Raspberry Pi 5）仍然比树莓派4（Raspberry Pi4）运行得更快！

但数据让一切变得更好，因此我决定获取一些早期生产硬件并进行一些测试，以帮助您决定是否需要冷却自己的树莓派5（Raspberry Pi5）。

如何测量CPU温度

该vcgencmd命令是有关树莓派（Raspberry Pi） 上发生的事情的非常有用的信息源，Python绑定显示了所有这些信息，并让您以编程方式监视几乎所有需要监视的内容。在这里，我们将用vcgencmd Python绑定来监视温度并将其与当前 CPU 时钟速度和当前限制状态一起记录到文件中。

一旦我们在终端窗口中启动并运行脚本，我们就可以打开另一个窗口并对所有四个内核启动压力测试以加载 CPU。为此，我将使用stress命令行工具对所有四个 CPU 核心施加繁重的工作负载。

为了防止过热，所有树莓派（ Raspberry Pi） 板都会在温度达到 80°C 时开始对处理器进行节流，并在达到最高温度 85°C 时进一步节流。

无冷却

首先要做的是测量树莓派5（Raspberry Pi5）未冷却时会发生什么情况。在没有任何冷却的情况下，当放在露天实验室工作台上时，树莓派5（Raspberry Pi5） 的CPU空闲温度约为 65°C。

处理器温度（°C）与时间（秒）。在时间 T=T₀ 时开始压力测试

对于正常使用，添加冷却是可选的。如果您正在观看视频或在桌面上工作，您不会像我们在本次测试中那样对 CPU 造成压力。但是，毫不奇怪的是，由于我们在没有冷却的情况下对 CPU 施加了沉重的持续负载，因此在扩展测试期间，最高温度会攀升至略高于 85°C 的热限制，然后保持稳定。这会导致处理器报告的温度上升到限制之上后持续的热限制。

安装主动冷却器

然后，我使用新的主动冷却器对托管主动冷却进行了相同的测试，然后仍然安装了主动冷却器，但鼓风机的风扇已断开。这两项测试都是在露天实验室工作台上的树莓派5（Raspberry Pi5） 上完成的。

配备主动冷却器的新型 Raspberry Pi5

Active Cooler 是一款带有集成鼓风机的单件式阳极氧化铝散热器。它具有预涂的导热垫，用于传热，并使用弹簧推针直接安装到树莓派5（Raspberry Pi5）板上。它由树莓派（Raspberry Pi）固件主动管理：在 60°C 时，鼓风机风扇将打开，在 67.5°C 时风扇速度将增加，最后在 75°C 时风扇增加到全速。当温度回落到这些限制以下时，鼓风机的风扇将自动停止旋转。

处理器温度（°C）与时间（秒）。在时间 T=T₀ 时开始压力测试

由于采用了被动散热器，并且安装了主动冷却器，我们看到闲置温度要低得多，约为 45°C。在长时间的负载测试中，散热器的风扇低速旋转，将CPU温度稳定在60°C，测试期间最高温度为62°C至63°C。

树莓派 5（Raspberry Pi 5）在负载下（左）和使用主动冷却器（右）的热图像

在负载测试期间，风扇运行时测量到的噪音水平在 35 至 40 分贝之间，这大约相当于您翻书页时产生的噪音。在扩展压力测试期间，风扇实际上不需要全速运行来维持树莓派（Raspberry Pi）的温度控制。

拔掉风扇，仅依靠铝制散热器提供的被动冷却，闲置温度相似；但在扩展负载下，CPU 温度最终会在T₀  + 200 秒左右达到发生热节流的点。

重新接上电缆后，风扇会立即全速旋转，卸下负载后，CPU会在300 秒内冷却到 45°C 左右的空闲温度，当温度降至正常值时，风扇又会降速旋转。

但是HAT呢？

此时很多人都会遇到的一个大问题是，添加 HAT 后会发生什么？

那么，您可以使用一组 16 毫米 GPIO 扩展器在主动冷却器上方安装 HAT。气流不可避免地会受到一些干扰，这会导致树莓派（Raspberry Pi）运行得更热，但主动冷却器仍然能够处理长时间的压力测试，而不会出现明显的温度升高。

带有主动冷却器的新型 Raspberry Pi5 和即将推出的 M.2 HAT 原型

测试是使用新的 M.2 HAT 原型完成的，从 NVMe 驱动器启动树莓派（ Raspberry Pi） - 既因为我碰巧在我的办公桌上有一个，也因为这将是树莓派（Raspberry Pi）的一个非常常见的用例Pi5 - 只是提醒一下：关于原型 M.2 HAT，您真正需要记住的唯一一件事是，量产版本几乎不可避免地与这张照片中的版本完全不同！

当 M.2 HAT 安装在主动冷却器上方时，树莓派（Raspberry Pi）的空闲温度比没有安装 HAT 时略高，约为 49°C。

处理器温度（°C）与时间（秒）。在时间 T=T₀ 时开始压力测试

在持续负载下，CPU 温度最初升至第二个 67.5°C 触发点，使鼓风机风扇从低速旋转至中速。然而，这很快使 CPU 温度降至触发点以下，进而将风扇速度降至较低设置。随后，在余下的持续测试中，CPU 温度稳定在 64°C 左右。

使用新案例

测试台上的下一个是新的风扇箱。我从主板上取下了主动冷却器，然后将树莓派5（Raspberry Pi5）安装到新机箱中。新表壳由四个部分组成：树莓派（ Raspberry Pi） 夹入的底座，然后是框架和风扇组件，最后是夹在顶部的盖子。

适用于树莓派 5（Raspberry Pi5）的全新 Raspberry Pi 外壳

与主动冷却器一样，风扇组件由树莓派（Raspberry Pi）固件主动管理：在 60°C 时，鼓风机风扇将打开，在 67.5°C 时风扇速度将增加，最后在 75°C 时风扇增加到全速速度。当温度回落到这些限制以下时，风扇将自动停止旋转。

测试以与之前相同的方式进行，首先将风扇组件安装到位，但取下盖子。然后再次将两个风扇组件安装到位，这次将盖子夹在顶部。

处理器温度（°C）与时间（秒）。在时间 T=T₀ 时开始压力测试

使用风扇箱时，我们发现闲置温度比单独使用主动冷却器高几度，约为 48°C。取下盖子后，我们看到持续负载下的最高温度约为 72°C，而盖上盖子后，我们看到负载下的最高温度略高，约为 74°C。

我们可以看到，虽然负载下的温度高于主动冷却器，但负载下的最高温度仍然远低于 80 和 85°C 的节流温度。

结论

对于正常使用，添加冷却是可选的，尽管添加主动冷却可以提高性能。然而，重的连续负载（例如重建 Linux 内核）将迫使新的树莓派5（Raspberry Pi5）进入热节流状态。对于重负载，热节流可以延长处理时间，对于持续时间超过 200 或 300 秒的重负载，被动冷却可能不足以进行热管理，需要主动冷却来防止发生热节流。

处理器温度（°C）与时间（秒）。在时间 T=T₀ 时开始压力测试

在决定冷却解决方案时，您应该考虑将树莓派5（Raspberry Pi5）用于何种用途，并据此做出冷却决定，而不是随意增加冷却。因为对于很多日常用例来说，它是不需要的。

任何类型的冷却都不是强制性的，如果不进行冷却，不会对您的树莓派（ Raspberry Pi）造成任何损害 - 即使在重负载下节流，树莓派5（Raspberry Pi5）仍然比未节流的树莓派5（Raspberry Pi4）更快。

审核编辑 黄宇