{"id":12065,"date":"2024-01-15T21:23:23","date_gmt":"2024-01-15T19:23:23","guid":{"rendered":"https:\/\/u-labs.de\/portal\/?p=12065"},"modified":"2024-01-29T17:05:49","modified_gmt":"2024-01-29T15:05:49","slug":"so-verbraucht-der-raspberry-pi-5-ausgeschaltet-bis-zu-180x-weniger-strom","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/u-labs.de\/portal\/so-verbraucht-der-raspberry-pi-5-ausgeschaltet-bis-zu-180x-weniger-strom\/","title":{"rendered":"So verbraucht der Raspberry Pi 5 ausgeschaltet bis zu 180x weniger Strom"},"content":{"rendered":"

Der Raspberry Pi, insbesondere der neue Raspberry Pi 5, verbraucht auff\u00e4llig viel Energie, sobald man ihn abschaltet. Das hat einen Grund und es gibt eine M\u00f6glichkeit, wie man den Stromverbrauch massiv reduzieren kann – um ca. Faktor 180 beim Raspberry Pi 5. Alles dazu erf\u00e4hrst du in diesem Beitrag. Alles wurde mit einem Raspberry Pi 5 und dem offiziellen Raspberry Pi OS 12 getestet.<\/p>\n

So viel Strom verbraucht der Raspberry Pi 5 nach der Abschaltung<\/h2>\n

F\u00e4hrt man den Raspberry Pi 5 \u00fcber den von GNU\/Linux bekannten Weg mit sudo shutdown -h now<\/code> herunter, liegt der Stromverbrauch weiterhin bei etwa ungef\u00e4hr 1,7 – 1,8 Watt. Erst wenn der USB C Stecker am Raspberry Pi abgezogen wird, d.H. lediglich das Netzteil ist ohne Last eingesteckt, sinkt der Verbrauch auf 0 Watt. Dies sind in der Realit\u00e4t nat\u00fcrlich keine 0 Watt, sondern liegen liegen au\u00dferhalb des minimalen Messbereichs. Jedenfalls ist der Stromverbrauch eines Netzteiles, an dem keinerlei Last angeschlossen ist, extrem niedrig und liegt weit unter ~1,8W. Dies scheint unverh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig viel, nachdem er im Leerlauf etwa 3W verbraucht. Somit ben\u00f6tigt ein ausgeschalteter Raspberry Pi mehr als halb so viel, wie folgende Messung zeigt. Beim deutlich sichtbaren Knick wurde er heruntergefahren.<\/p>\n

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\"\"<\/a><\/figure>\n<\/div>\n

Augenscheinlich ist zumindest das darauf laufende GNU\/Linux wirklich abgeschaltet: Man kann es weder \u00fcber angeschlossene Eingabeger\u00e4te, noch per SSH weiterhin bedienen. <\/p>\n

Woher stammt dieser hohe Stromverbrauch?<\/h2>\n

Mehr Informationen liefert ein Datenblatt zur aktuellen HAT+ Spezifikation.1<\/a><\/sup> Sie stammt vom Dezember 2023 und soll die vorherige HAT Spezifikation (ohne Plus) abl\u00f6sen. Grunds\u00e4tzlich richtet sie sich an Entwickler von Erweiterungsplatinen: Dort soll sie als Grundlage dienen, damit es zu keinen Problemen kommt. Interessant ist Kapitel 3, das die Energiezust\u00e4nde beschreibt:<\/p>\n

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\"\"<\/a><\/figure>\n<\/div>\n

Wenn wir herunterfahren, versetzt das den Raspberry Pi in den WARM_STANDBY<\/code> Modus. Der Weg ist dabei unerheblich: sudo halt<\/code> ist letztendlich eine Art Alias f\u00fcr sudo shutdown -h now<\/code>. Sowohl beim Nutzen der grafischen Oberfl\u00e4che, als auch des physischen Ein\/Aus Tasters des neuen Raspberry Pi 5 landet er in diesem Modus – und wird dabei gar nicht komplett abgeschaltet. Zwar f\u00e4hrt das Betriebssystem herunter, doch die 3,3V und 5V Schienen werden weiterhin mit Strom versorgt. Das Netzteil muss f\u00fcr Teile des Boards also noch Energie liefern, was unsere gemessenen ~1,8W erkl\u00e4rt.<\/p>\n

Warum schaltet sich der Raspberry Pi nicht vollst\u00e4ndig ab?<\/h2>\n

Diese Frage stellt man sich wahrscheinlich als n\u00e4chstes – schlie\u00dflich bringt es wenig erkennbaren Mehrwert. Au\u00dfer f\u00fcr Anwendungsf\u00e4lle wie z.B. Wake-on-LAN<\/a>. Daf\u00fcr stellen X86 PCs ebenfalls \u00fcber ein kleines, sparsames Netzteil dem Board weiterhin vergleichsweise wenig Strom zur Verf\u00fcgung, um das System so wieder starten zu k\u00f6nnen. Das erfordert jedoch ein weiteres, laufendes Ger\u00e4t und d\u00fcrfte kein Anwendungsfall f\u00fcr die Mehrheit der Nutzer sein.<\/p>\n

Warum es daf\u00fcr 3,3V und 5V braucht? Tats\u00e4chlich hat der Raspberry Pi 4 urspr\u00fcnglich die 3,3V Schiene abgeschaltet, sodass nur 5V mit Strom versorgt wird. Dies hat jedoch Probleme mit manchen HATs verursacht.2<\/a><\/sup> Daher wurde dies ge\u00e4ndert: Der PMIC (Baustein f\u00fcr die Energieversorgung) bleibt komplett aktiv. Als Kollateralschaden verbraucht bereits der Raspberry Pi 4 im ausgeschalteten Zustand mehr Energie, als in den wohl meisten F\u00e4llen n\u00f6tig w\u00e4re.<\/p>\n

Der Bereitschafts-Modus<\/h3>\n

Interessante Randnotiz: Der Raspberry Pi 5 ist von der Hardware her Suspend to RAM<\/em> f\u00e4hig.3<\/a><\/sup>4<\/a><\/sup> Das kennt ihr wahrscheinlich von diversen Desktop-Betriebssystemen, m\u00f6glicherweise als Bereitschaftsbetrieb<\/em>: Dabei wird der Systemzustand in den Arbeitsspeicher gelegt. Anschlie\u00dfend schaltet das System m\u00f6glichst alle anderen Komponenten (Prozessor, SSD\/Festplatte usw) ab, um Energie zu sparen. Der RAM muss aber weiterhin mit Strom versorgt werden – als fl\u00fcchtiger Speicher verliert er ansonsten seinen Inhalt. Es gibt daher Alternativen wie den Ruhezustand, bei dem man alles auf ein persistentes Laufwerk (SSD) ablegt, sodass wirklich alles abgeschaltet werden kann.<\/p>\n

Jedenfalls ist die Hardware des Raspberry Pi 5 dazu in der Lage, dort wird der Modus SLEEP<\/code> genannt. Derzeit fehlt es allerdings noch an der Softwareunterst\u00fctzung. Zuvor waren bereits verschiedene Energiespar-Modi diskutiert, allerdings als zu Aufw\u00e4ndig f\u00fcr den SoC abgelehnt worden.5<\/a><\/sup> Beim Raspberry Pi 5 d\u00fcrfte wohl in Zukunft neue Funktionalit\u00e4t in dieser Richtung zu erwarten sein.<\/p>\n

So kannst du den Stromverbrauch senken<\/h2>\n

Gl\u00fccklicherweise kann dieses Verhalten \u00fcber die Firmware beeinflusst werden: Daf\u00fcr hat man die Variable POWER_OFF_ON_HALT<\/code> eingef\u00fchrt.6<\/a><\/sup> Ist sie auf „1“ gesetzt, flie\u00dft kein Strom auf der 3,3V Schiene. Dies muss in der Firmware des Bootloaders mit dem Kommandozeilenwerkzeug rpi-eeprom-config<\/code> angepasst werden:<\/p>\n

sudo rpi-eeprom-config -e<\/code><\/pre>\n
Standardm\u00e4\u00dfig sieht der Inhalt auf einem Raspberry Pi 5 wie folgt aus:<\/p>\n
[all]\nBOOT_UART=1\nWAKE_ON_GPIO=1\nPOWER_OFF_ON_HALT=0\nBOOT_ORDER=0xf41<\/code><\/pre>\n
Hier setzt ihr POWER_OFF_ON_HALT<\/code> von „0“ auf „1“, damit der Raspberry Pi so viele Komponenten wie m\u00f6glich abschaltet – hei\u00dft konkret, die 3,3V Schiene abschalten, w\u00e4hrend 5V aktiv bleibt.<\/p>\n
F\u00fcr den Raspberry Pi 4 macht es Sinn, zus\u00e4tzlich WAKE_ON_GPIO=0<\/code> zu setzen. Da er keinen Taster zum Einschalten hat, kann er mittels GPIO-Pins gestartet werden. Das schaltet ihr damit ab, sodass der Pi maximal Strom sparen kann.7<\/a><\/sup>8<\/a><\/sup> Auf dem Raspberry Pi 5 ist diese Einstellung wirkungslos – er hat einen eigenen Taster und zus\u00e4tzlich zwei dedizierte Ports, \u00fcber die man einen externen anl\u00f6ten kann<\/a>.<\/p>\n
Anschlie\u00dfend die Datei speichern: Falls ihr keinen anderen Standard-Editor gew\u00e4hlt habt, geschieht dies mit [STRG] + [X]<\/code> und best\u00e4tigt das Speichern mit J f\u00fcr J<\/strong>a (Nano). Anschlie\u00dfend m\u00fcsst ihr den Raspberry Pi einmal neu starten, damit die \u00c4nderungen wirksam werden. Wird er nun direkt heruntergefahren, ist m\u00f6glicherweise noch die alte Firmware geladen, sodass er weiterhin seine ~1,8W verbraucht. Nach dem Neustart k\u00f6nnt ihr ihn mit sudo halt<\/code> oder sudo shutdown -h now<\/code> herunterfahren. Wenige Sekunden sp\u00e4ter sinkt der Verbrauch auf 0,01W.9<\/a><\/sup> Dies ist so wenig, dass wir am Netzteil 0W messen:<\/p>\n
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\"\"<\/a><\/figure>\n<\/div>\n
Das Werkzeug speichert seine Konfiguration – wie der Name vermuten l\u00e4sst – im EEPROM und damit der Firmware des Raspberry Pi, nicht dem Betriebssystem<\/a>.<\/p>\n
Welche Seiteneffekte hat das?<\/h2>\n
Wie zuvor erw\u00e4hnt, kann das mit manchen HATs zu Problemen kommen. Wird kein HAT eingesetzt, sind keine Seiteneffekte bekannt: Der Raspberry Pi 5 startet normal \u00fcber den Taster. Beim Herunterfahren leuchtet weiterhin die rote LED, so lange der Pi „ausgeschaltet“ ist. Wobei nach diesem Beitrag klar ist: Ausschalten hei\u00dft beim Raspberry Pi nicht vollst\u00e4ndig abschalten, sondern in Wirklichkeit nur in den WARM_STANDBY<\/code> Modus versetzen.10<\/a><\/sup>11<\/a><\/sup><\/p>\n
Fazit<\/h2>\n
Der relative Unterschied ist riesig. Absolut gesehen mag es zun\u00e4chst unwichtig wirken, ob nun 0,01W oder 1,8W ben\u00f6tigt werden. Jedoch gibt es Szenarien, in denen sich das bemerkbar macht: Beispielsweise, wenn der Raspberry Pi 24\/7 am Netzteil angeschlossen ist, aber nur kurzzeitig gestartet wird. Oder er au\u00dferhalb des Stromnetzes \u00fcber Akkus versorgt wird. Gerade dort m\u00f6chte man ihn m\u00f6glicherweise nicht st\u00e4ndig laufen lassen, um Strom zu sparen – ein geringer Verbrauch w\u00e4hrend er ausgeschaltet ist, kann hier wichtig sein.<\/p>\n
Quellen<\/h2>\n
    \n
  1. https:\/\/datasheets.raspberrypi.com\/hat\/hat-plus-specification.pdf \u21a9\ufe0e<\/a><\/li>\n
  2. https:\/\/forums.raspberrypi.com\/viewtopic.php?p=1825272#p1825272 \u21a9\ufe0e<\/a><\/li>\n
  3. https:\/\/forums.raspberrypi.com\/viewtopic.php?t=361542#p2169686 \u21a9\ufe0e<\/a><\/li>\n
  4. https:\/\/forums.raspberrypi.com\/viewtopic.php?p=2171166#p2171166 \u21a9\ufe0e<\/a><\/li>\n
  5. https:\/\/github.com\/raspberrypi\/firmware\/issues\/1635 \u21a9\ufe0e<\/a><\/li>\n
  6. https:\/\/www.raspberrypi.com\/documentation\/computers\/raspberry-pi.html#POWER_OFF_ON_HALT \u21a9\ufe0e<\/a><\/li>\n
  7. https:\/\/www.raspberrypi.com\/documentation\/computers\/raspberry-pi.html#WAKE_ON_GPIO \u21a9\ufe0e<\/a><\/li>\n
  8. https:\/\/www.raspberrypi.com\/documentation\/computers\/raspberry-pi.html#second-stage-bootloader \u21a9\ufe0e<\/a><\/li>\n
  9. https:\/\/www.raspberrypi.com\/documentation\/computers\/raspberry-pi-5.html#turning-it-off-and-back-on-again \u21a9\ufe0e<\/a><\/li>\n
  10. https:\/\/raspberrypi.stackexchange.com\/questions\/114422\/what-is-the-minimum-power-required-for-an-rpi-4-in-halt-or-shutdown\/114423 \u21a9\ufe0e<\/a><\/li>\n
  11. https:\/\/raspberrypi.stackexchange.com\/questions\/125168\/how-to-boot-and-safely-shutdown-with-a-button-when-wake-on-gpio-0 \u21a9\ufe0e<\/a><\/li>\n<\/ol>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
    Der Raspberry Pi, insbesondere der neue Raspberry Pi 5, verbraucht auff\u00e4llig viel Energie, sobald man ihn abschaltet. Das hat einen Grund und es gibt eine M\u00f6glichkeit, wie man den Stromverbrauch massiv reduzieren kann – um ca. Faktor 180 beim Raspberry Pi 5. Alles dazu erf\u00e4hrst du in diesem Beitrag. Alles wurde mit einem Raspberry Pi …<\/p>\n","protected":false},"author":5,"featured_media":12125,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":"[{\"content\":\"https:\/\/datasheets.raspberrypi.com\/hat\/hat-plus-specification.pdf\",\"id\":\"3403449a-5235-4393-bd82-577e53d7b229\"},{\"content\":\"https:\/\/forums.raspberrypi.com\/viewtopic.php?p=1825272#p1825272\",\"id\":\"2116301b-5f26-4bef-b1d8-21abc26fdbe2\"},{\"content\":\"https:\/\/forums.raspberrypi.com\/viewtopic.php?t=361542#p2169686\",\"id\":\"96360a15-07dc-4ec2-9992-e8b0bb85e093\"},{\"content\":\"https:\/\/forums.raspberrypi.com\/viewtopic.php?p=2171166#p2171166\",\"id\":\"a15d893f-f8e4-4075-98f5-8db38debb1c6\"},{\"content\":\"https:\/\/github.com\/raspberrypi\/firmware\/issues\/1635\",\"id\":\"54f8fea1-f5a1-4b8f-adeb-377aa45ea9b0\"},{\"content\":\"https:\/\/www.raspberrypi.com\/documentation\/computers\/raspberry-pi.html#POWER_OFF_ON_HALT\",\"id\":\"93afb37c-4798-4075-bbca-64042e939f97\"},{\"content\":\"https:\/\/www.raspberrypi.com\/documentation\/computers\/raspberry-pi.html#WAKE_ON_GPIO\",\"id\":\"baf8cbe9-c37b-4ae4-8a74-136f2774713b\"},{\"content\":\"https:\/\/www.raspberrypi.com\/documentation\/computers\/raspberry-pi.html#second-stage-bootloader\",\"id\":\"23eeffc4-d8bf-4bee-ab00-0f794becef9f\"},{\"content\":\"https:\/\/www.raspberrypi.com\/documentation\/computers\/raspberry-pi-5.html#turning-it-off-and-back-on-again\",\"id\":\"4d4c4a82-1b49-43a1-ae49-b4d21779f296\"},{\"content\":\"https:\/\/raspberrypi.stackexchange.com\/questions\/114422\/what-is-the-minimum-power-required-for-an-rpi-4-in-halt-or-shutdown\/114423\",\"id\":\"7ac4d301-3c33-4107-b327-ee5f68698ef6\"},{\"content\":\"https:\/\/raspberrypi.stackexchange.com\/questions\/125168\/how-to-boot-and-safely-shutdown-with-a-button-when-wake-on-gpio-0\",\"id\":\"65c20c75-f9e0-4cd8-842f-b7ef2513c7ce\"}]"},"categories":[671],"tags":[921,131],"class_list":["post-12065","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-raspberry-pi","tag-energiekosten","tag-stromverbrauch"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/u-labs.de\/portal\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/12065","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/u-labs.de\/portal\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/u-labs.de\/portal\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/u-labs.de\/portal\/wp-json\/wp\/v2\/users\/5"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/u-labs.de\/portal\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=12065"}],"version-history":[{"count":12,"href":"https:\/\/u-labs.de\/portal\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/12065\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":12241,"href":"https:\/\/u-labs.de\/portal\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/12065\/revisions\/12241"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/u-labs.de\/portal\/wp-json\/wp\/v2\/media\/12125"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/u-labs.de\/portal\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=12065"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/u-labs.de\/portal\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=12065"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/u-labs.de\/portal\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=12065"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}