Controller Termico Proattivo ESP32 — Tesla P40 Fan Control

Descrizione

Firmware ESP32 che monitora la temperatura della GPU Tesla P40 e regola proattivamente la velocità delle ventole in base al carico CUDA, riducendo rumore e prevenendo thermal throttling.

Il controller legge la temperatura da sensori DS18B20 montati sulla heatsink e dalla GPU via IPMI, calcola la velocità ventola ottimale con un algoritmo PID adattivo, e comanda un MOSFET IRFZ44N per regolare la tensione della ventola 24V.

Architettura

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    ESP32 (ESPHome)                       │
│                                                          │
│  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐  ┌───────────────┐  │
│  │ Sensori Temp │  │  IPMI Client │  │  Curva Ventola│  │
│  │ (DS18B20/    │  │  (NVIDIA     │  │  Calcolatore  │  │
│  │   LM75)      │  │   SMI)       │  │  PID/Fuzzy)   │  │
│  └──────┬───────┘  └──────┬───────┘  └───────┬───────┘  │
│         │                 │                   │          │
│         └────────┬────────┘───────────────────┘          │
│                  │                                       │
│         ┌────────▼────────┐                              │
│         │  MOSFET Driver  │                              │
│         │  (PWM → 24V/20V)│                              │
│         └────────┬────────┘                              │
└──────────────────┼──────────────────────────────────────┘
                   │
        ┌──────────┴──────────┐
        │                     │
   ┌────▼────┐          ┌────▼────┐
   │ Ventola │          │  P40    │
   │  24V    │          │ GPU     │
   │  2000mA │          │ (IPMI)  │
   └─────────┘          └─────────┘

Componenti

Hardware

Componente	Specifica	Quantità
MCU	ESP32-WROOM-32	1
Sensori temperatura	DS18B20 (waterproof)	2
Driver MOSFET	IRFZ44N (logic-level)	1
Alimentazione ventola	24V → 5V buck converter	1
Resistenza pull-up	4.7kΩ (DS18B20)	1
Connettore	Molex 4-pin / SATA power	1

Firmware (ESPHome)

Modulo	Funzione	Pin ESP32
ds18b20_sensor	Lettura temperatura GPU/VRAM	GPIO4 (1-Wire)
ipmi_client	Comunicazione IPMI via rete	UDP 623 (BMC)
pwm_output	Controllo MOSFET ventola	GPIO13 (25kHz)
web_server	Dashboard monitoraggio	WiFi → :80
ota	Aggiornamento over-the-air	—
api	REST API per host PC	WiFi → :6053

Logica di controllo

1. Lettura temperatura: DS18B20 sulla heatsink P40 + VRAM + lettura IPMI GPU temperature
2. Lettura carico: NVIDIA SMI via IPMI (power draw, temperature)
3. Calcolo ventola: PID adattivo — velocità ventola in funzione di:
   • Temperatura P40 (peso principale)
   • Power draw GPU (peso secondario, predittivo)
   • Trend temperatura (derivate, anti-overshoot)
4. Output: PWM 0-100% → MOSFET → regolazione tensione ventola 24V

Curva di ventilazione

Temp (°C)    PWM (%)    Tensione    Note
─────────────────────────────────────────
  30-40       0-20       4.8-9.6V    Standby — silenzioso
  40-55       20-50      9.6-14.4V   Carico leggero
  55-70       50-80      14.4-19.2V  Carico medio
  70-85       80-100     19.2-24.0V  Carico pesante
  85+        100         24.0V       Throttling prevention

Installazione

1. Preparazione ESPHome

# Installa ESPHome (se non presente)
pip3 install esphome

# Crea la cartella secrets
mkdir -p ~/.esphome
cat > ~/.esphome/secrets.yaml <<EOF
wifi_ssid: "LA_TUA_WIFI"
wifi_password: "LA_TUA_PASSWORD"
ota_password: "OTA_PASSWORD"
web_admin_user: "admin"
web_admin_pass: "WEB_PASSWORD"
api_password: "API_PASSWORD"
ipmi_bmc_ip: "INDIRIZZO_BMC"
EOF

2. Modifica indirizzi sensori

Gli indirizzi I2C/1-Wire dei DS18B20 vanno sostituiti con quelli reali. Per trovarli:

# Dopo il primo flash, controlla i log seriali
# oppure usa un scanner 1-Wire
esphome run controller.yaml --device /dev/ttyUSB0

Sostituisci in controller.yaml:

address: 0x1A0000000000FF2A  # → indirizzo reale DS18B20 heatsink
address: 0x1A0000000000EE3B  # → indirizzo reale DS18B20 VRAM

3. Build e flash

# Build e flash via USB
esphome run firmware/esphome/controller.yaml --device /dev/ttyUSB0

# Build e flash OTA (dopo prima connessione WiFi)
esphome run firmware/esphome/controller.yaml

# Build solo (senza flash)
esphome compile firmware/esphome/controller.yaml

4. Accesso interfaccia

• Dashboard web: http://<IP-ESP32> (utente/password da secrets.yaml)
• API REST: http://<IP-ESP32>:6053
  • POST /api/set_fan_speed con {"speed": 50} (0-100%)
  • GET /api/status → JSON con tutti i valori
• ESPHome dashboard: http://<IP-ESP32> (stessa interfaccia web)

Uso

Modalità automatica (default)

Il controller regola automaticamente la ventola in base alla temperatura. Non richiede intervento.

Override manuale

Dalla dashboard web o via API:

# Imposta ventola al 60%
curl -X POST http://<IP-ESP32>:6053 -d '{"service": "set_fan_speed", "speed": 60}'

Monitoraggio

Log seriali ogni 30 secondi:

Temp: heatsink=62.3 VRAM=68.1 GPU=65.4 → Fan=45%

Aggiornamento OTA

esphome upload firmware/esphome/controller.yaml

Esempi

Scenario 1 — Idle (desktop)

• Heatsink: 35°C → GPU: 38°C
• Ventola: 10% (silenziosa, ~5V)

Scenario 2 — Inference LLM

• Heatsink: 58°C → GPU: 62°C
• Ventola: 55% (~14V)

Scenario 3 — Training pesante

• Heatsink: 72°C → GPU: 78°C
• Ventola: 85% (~20V)

Scenario 4 — Thermal prevention

• Heatsink: 86°C → GPU: 88°C
• Ventola: 100% (24V full)

Struttura progetto

controller-termico-proattivo-esp32/
├── README.md                 # Questo file
├── PROGRESS.md               # Storico sviluppo
├── firmware/
│   └── esphome/
│       └── controller.yaml   # Configurazione principale ESPHome
├── docs/
│   ├── wiring.md             # Schema cablaggi
│   └── calibration.md        # Procedura calibrazione
├── hardware/
│   ├── bill-of-materials.md  # Lista componenti e costi
│   └── enclosure.md          # Design case stampabile
└── schema/
    └── wiring-diagram.png    # Schema cablaggi

Stack tecnologico

Layer	Tecnologia
Firmware	ESPHome (YAML) + C++ custom
Protocollo GPU	IPMI / NVIDIA SMI
Sensori	1-Wire (DS18B20)
Controllo	PWM → MOSFET
Interfaccia	Web UI ESPHome + API REST
Alimentazione	24V (PSU PC) → 5V (ESP32)

Requisiti di sistema

• ESP32 con ESPHome installato
• GPU NVIDIA con supporto IPMI (P40 sì, via BMC o IPMI tool)
• Ventola 24V compatibile con regolazione tensione (2000mA @ 24V)
• Alimentazione 24V disponibile (connettore Molex/SATA PSU)

Note sulla P40

La Tesla P40 non ha ventole integrate — viene raffreddata da ventole del case. Il controller regola la tensione delle ventole esistenti (o ne aggiunge una dedicata) per ottimizzare il raffreddamento in base al carico reale della GPU.

Temperatura operativa: 0-89°C (throttle a 89°C). Temperatura target con controller: 64-75°C sotto carico.

Stato

COMPLETATO — 2026-06-06

Fase 1/4 completata: struttura directory, README.md con architettura completa, firmware ESPHome base con sensori DS18B20, IPMI client, PWM control, web server, API REST, LED status, heartbeat.