SuperPi: Mesure du courant de démarrage sur le Rack

Bonjour à tous,

Le projet SuperPi Cluster dispose de son alimentation de test.
La maîtrise de lxi-tools avec mon multimètre SIGLENT SDM3045x (siglent.eu), il devient enfin possible de réaliser un DataLog du relevé.

Les deux derniers articles "DataLogging: lxi-tools avec multimètre SIGLENT SDM30xx (partie 2)" et "(partie 1)" mettaient en place un script lxi pour capturer tension et courant.

Nous pouvons maintenant passer aux choses sérieuses.

50+ Raspberry-Pi en Rack

A propos de SuperPi

Le projet SuperPi vise à créer un super-calculateur/Cluster didactique à l'aide de 50+ Raspberry-Pi. Voyez cet article contenant plus de détails dans cet article.

La force d'un Super-Calculateur/Cluster c'est le traitement en parallèle (Parallel Computing) pouvant servir dans de très nombreux domaines.

Conduite du test

Le test sera conduit par un boot de 4 Raspberry-Pi, 8 Raspberry-Pi et enfin la totalité du Rack. 

Chaque round de test est conduit comme suit:

1. Démarrer le script de capture sur l'ordinateur
2. Brancher le bloc d'alimentation 5V 10A sur le réseau électrique.
3. Attendre le boot complet (LED Verte allumé, voir ci-dessous) 
4. Activer le signal Panic (voir ci-dessous)
5. Attendre arrêt des Pi (LED Verte éteinte)
6. Débrancher le bloc d'alimentation du réseau électrique.
   

Quelques rappels utiles

Par ailleurs, les cartes d'interfaces des RPi  disposent de LEDs permettant d'être informé de l'état de démarrage du Pi.

Carte d'interface Rack pour RPi

Carte d'interface avec Raspberry-Pi assemblé

Comme indiqué dans la configuration des noeuds (MCHobby, Wiki):

• La LED verte est allumée en fin de boot.
• La LED verte est éteinte durant le shutdown du Pi.
• Le signal PANIC  (GP17) permet de lancer un shutdown du système d'exploitation.

Le signal PANIC est contrôlé par un petit MOSFET (sur chaque carte) et repris sur le rack. Y appliquer une tension de 3.3V et tous les Raspberry-Pi font un shutdown immédiat!

Résultat des tests

Démarrage 4 Raspberry-Pi 3B+

Voici les données chargées dans une feuille de calcul.

4 Raspberry Pi 3B+

La tension se tient bien dans la gamme des 5.25V .
Note: la tension est mesurée toutes les 5 secondes, donc si on rate la mesure initiale, celle-ci est mentionnée à 0 durant les premiers relevés de courant

La courbe du courant permet d'identifier toutes les phases de fonctionnement du cycle de test.

Courbe du courant de 4 Raspberry-Pi 3B+

1. Mise sous tension (SoC en Idle)
2. Démarrage des SoC et début du boot
3. Chargement de l'OS et activation des périphériques
4. Système d'exploitation prêt
5. Signal Panic --> Shutdown
6. SoC en Idle
   

Il est intéressant de noter que le courant ne dépasse pas 1.4A, la tension du bloc d'alimentation reste admirablement stable

Démarrage 8 Raspberry-Pi 3B+

Vu les 1.4A en pointe consommés par le premier test, celui-ci peut sans problème être reconduit en doublant la charge. 

Voici les données obtenues

8 Raspberry-Pi 3B+

Bien que négligeable, une chute de tension (4.95V) apparaît lors du pic de courant induit par le démarrage.
La tension du bloc se stabilise autour de 5.05V

Courbe du courant de 8 Raspberry-Pi 3B+

Hormis un petit tressautement de l'alimentation au pic de courant (~3.3A), rien de bien spécial a signaler. Le courant moyen se stabilise autour de 1.7A, soit 17% de la charge nominale du bloc d'alimentation.

Les Raspberry ne sont pas en charge auquel cas nous pourrions constater un  courant plus important. Ce point fera l'objet de tests ultérieurs.

Démarrage 13 Raspberry-Pi 3B+

C'est le moment d'essayer de démarrer le rack en entier.
Voici les données collectées durant le démarrage.

13 Raspberry-Pi 3B+

Le pic de courant est de l'ordre de 5A avec une chute de tension significative à 4.85V. Le minimum absolu pour un Pi étant de 4.80V, voir cet article sur le forums de la fondation.

En régime, le courant se stabilise aux alentours à 30% de la charge nominale du bloc.

Autre point intéressant: une nouvelle chute de tension apparaît vers 100 sec lorsque le courant chute brutalement durant la phase d'arrêt!
Le plus important est que nous n'avons pas de dépassement lors du rétablissement de la tension.

Courbe du courant de 13 Raspberry-Pi 3B+

Conclusion

Le bloc d'alimentation de test pourrait, au final, bien servir d'alimentation définitive pour un Rack.
Il faudra cependant tester la configuration en charge... ce qui demandera, au préalable, de poursuivre le montage du rack.

Ensuite

Voici une petite idée des tâches à réaliser pour poursuivre le projet:

• Ajouter des fusibles ultra-rapide et bien calibrés pour protéger chaque RPIs d'une éventuelle surtension en cas de défaillance majeure du bloc d'alimentation.
• Assembler la partie réseau du Rack.
• Poursuivre la documentation (Wiki, MCHobby)
  Que j'ai quand même sérieusement négligé!
  
• Mise en oeuvre de Ansible (pour piloter le Rack).
• Ventilation
  
• Test en charge avec des logiciels de Benchmarking.
• Assembler un second Rack
• Publier les cartes SuperPi dans kicad-public-projects (Github, MCHobby)
• SOLUTION de MONITORING à base de MicroContrôleur:
  
  • Temperature (dans le rack)
  • Tension d'alimentation
    
  • Courant d'alimentation
  • Contrôle du relais d'alimentation
  • Contrôle du signal Panic