Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
TermopastyTermopasty
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Systemy chłodzenia dla Raspberry Pi 4

ghost666 14 Mar 2020 16:46 1956 2
  • Systemy chłodzenia dla Raspberry Pi 4
    Dzisiaj – 14 marca – mamy „dzień Pi”. W amerykańskiej notacji daty 3/14, czyli znana wszystkim liczba π. W elektronice natomiast, pierwszym skojarzeniem z tą liczba powinno być Raspberry Pi. Ten komputer jednopłytkowy zawojował świat i zmienił oblicze tego hobby na wielu płaszczyznach. W ostatnim czasie gorącym tematem jest nowa wersja popularnej ‘Maliny’ – Raspberry Pi 4. Najnowsza wersja jest doskonałym następcą Pi 3B+, posiadać może do 4 GB, a dzięki wydajnemu procesorowi ma całkiem imponujące możliwości. Jednakże, powstrzymanie tego zaawansowanego układu SoC przed przegrzewaniem się może być sporym wyzwaniem!

    Na rynku dostępnych jest wiele metod rozwiązania tego problemu, od wykorzystania najprostszych wentylatorów do chłodzenia komputera powietrzem, po wykorzystanie zaawansowanych radiatorów z dołączonymi własnymi wentylatorami. Ale jak skuteczne są te metody? Czy naprawdę są one konieczne, aby utrzymać procesor - czterordzeniowy Broadcom BCM2711B0 A72 – w komfortowej dla niego temperaturze, a może wystarczy zwykły blok aluminium z żeberkami na górze?

    Aby dowiedzieć się, co działa, a co nie, specjaliści z Arrowa przetestowali różne rozwiązania chłodzące, zarówno z wentylatorami, jak i bez nich. Do testowania systemu wykorzystano programu o nazwie „cpuburn” zaprojektowany w celu maksymalnego obciążenie SoC, aby sprawdzić, jak gorący stanie się komputer.

    Grupa kontrolna: na wolnym powietrzu, bez dodatkowego chłodzenia

    W pierwszym eksperymencie uruchomiono program „stress”, który symuluje warunki pracy obciążonego Pi. Po kilku minutach temperatura zaczęła sięgać między 75°C a 77°C - dość dużo, ale nadal w granicach pracy. Dopiero wtedy uruchomiono „cpuburn” – w trzy minuty i trzy sekundy procesor rozgrzał się do 80°C, zbliżając się do temperatury, w której Pi zaczyna redukować taktowanie procesora, aby uniknąć uszkodzenia. Procedury instalacji i użytkowania obu programów można znaleźć online.

    To dobry moment, aby się zatrzymać i przyjąć za punkt kontrolny. Wykorzystane systemu chłodzące testowaną właśnie do trzech minut (dla niektórych dodatkowo po dziesięciu minutach pracy „cpuburn”). Testy prowadzone były w pomieszczeniu z temperaturą otoczenia około 21°C. W tekście znajdziemy także początkową wartość temperatury SoC bez włączonego obciążenia.

    Systemy chłodzenia dla Raspberry Pi 4
    Test 1: Radiator, brak wentylatora, montaż na taśmę termoprzewodzącą termiczna

    Wynik: 74°C po 3:00 minutach. Temperatura początkowa SoC wynosiła 44°C.

    Jest to najbardziej podstawowa forma chłodzenia - mały radiator (15 mm x 15 mm) na głównym SoC płytki. Rezultaty pokazały to, czego można się było spodziewać: sytuacja uległa poprawie, ale nie dramatycznie.

    Systemy chłodzenia dla Raspberry Pi 4
    Test 2: Radiator 15 mm x 15 mm x 6,7 mm, wentylator, taśma termoprzewodząca

    Wynik: 46°C po 3:00 minutach. Temperatura początkowa SoC wynosiła 38°C.

    Do drugiego testu wykorzystano dodatkowo wentylator ze starego komputera (wentylator 12 V, zasilany z 5 V) obok Pi w omówionej powyżej konfiguracji. Ta niewielka zmiana zrobiła ogromną różnicę, zmniejszając temperaturę po trzech minutach o prawie 30°C.

    Systemy chłodzenia dla Raspberry Pi 4
    Test 3: Radiator 15 mm x 15 mm x 6,7 mm, brak wentylatora, pasta termoprzewodząca

    Wynik: 72°C po 3:00 minutach. Temperatura początkowa SoC wynosiła 39°C.

    Do trzeciego testu użyto pasty termoprzewodzącej zamiast taśmy. Chociaż temperatura wynikowa była niższa niż pomiar na taśmie, temperatura początkowa była również niższa. W tym konkretnym przypadku różnica między taśmą a pastą wydaje się nieznaczna.

    Test 4: Ponadwymiarowy (44 mm x 25 mm x 30 mm) radiator, brak wentylatora, pasta termoprzewodząca

    Wynik: 47°C po 3:00 minutach. Temperatura początkowa SoC wynosiła 32°C.

    W tym przypadku wykorzystano komicznie duży radiator z innego projektu. Sprawdzono, jak wypadnie w tym teście przy użyciu pasty termicznej. Uzyskano temperaturę wynoszącą 47°C, co stanowi znaczącą poprawę w porównaniu z poprzednimi rozwiązaniami pasywnymi, chociaż temperatura początkowa była również dość niska. Rozmiar ma ogromne znaczenie, przynajmniej jeśli chodzi o rozpraszanie ciepła.

    Systemy chłodzenia dla Raspberry Pi 4
    Test 5: Obudowa z wbudowanym wentylatorem, mały radiator, taśma termoprzewodząca

    Wynik: 44°C po 3:00 minutach; 45°C po 10:00 minutach. Temperatura początkowa SOC wynosiła 28°C.

    Teraz przechodzimy do „bardziej zaawansowanych” rozwiązań. Przedstawiona tutaj obudowa zawierała w zestawie małe radiatory dla wielu układów komputera, ale w teście zastosowano tylko jeden - dla głównego SoC - z przylegającym do niego materiałem termicznym. Po trzech minutach układ osiągnął 44°C – jest to najlepsza jak dotąd temperatura w teście. Mimo to układ był tylko kilka stopni chłodniejszy niż w przypadku zastosowania dużego pasywnie chłodzonego radiatora z testu 4.

    Chociaż zastosowana obudowa umożliwiła dostęp do portów, kabel USB-C w plastikowej obudowie nie pasował bez znacznego poluzowania obudowy. Ten problem nie wpływa na chłodzenie, ale jest dosyć irytujący. W tym teście wentylator podłącza się do złącza 5 V Pi, zapewniając zasilanie bez dodatkowych zasilaczy. W ten sam sposób radiator podłączono w teście 6, poniżej.

    Systemy chłodzenia dla Raspberry Pi 4
    Test 6: Obudowa typu ICE Tower

    Obudowe ICE Tower chroni przed uszkodzeniem termicznym Raspberry Pi. Przeprowadzono trzy próby z tym interesującym rozwiązaniem chłodzenia:

    Próba 1: Taśma termoprzewodząca, włączony wentylator
    Temperatura początkowa SoC: 28°C.
    Wynik: 40°C po 3:00; 42°C po 10:00 minutach

    Próba 2: Taśma termoprzewodząca, wyłączony wentylator
    Temperatura początkowa SoC: 28°C.
    Wynik: 45°C [o 3:00; 53°C po 10:00 minutach

    Próba 3: Zastosowano pastę zamiast taśmy termoprzewodzącej, włączony wentylator
    Temperatura początkowa SOC: 25°C.
    Wynik: 33°C po 3:00; 34°C po 10:00 minutach

    Przy wyłączonym wentylatorze to rozwiązanie dawało najlepsze rezultaty (aż do tego momentu). Użycie taśmy termoprzewodzącej daje dobre rezultaty, ale użycie pasty zamiast niej spowodowało kolejny ogromny skok w jakości chłodzeniu.

    Systemy chłodzenia dla Raspberry Pi 4
    Test 7: Aluminiowa obudowa chłodząca (pasywnie)

    Wynik: 43°C po 3:00 minutach; 51°C po 10:00 minutach. Temperatura początkowa SoC wynosiła 29°C.

    Obudowa ta jest wyposażona w górną i dolną część, która przykręca się do Pi, z metalowymi wypustkami, które spoczywają na trzech układach komputera. Obudowa jest również wyposażona w taśmę termoprzewodzącą, ale zamiast niej wykorzystani pastę. Ten test był również jedynym, w którym podłączono do radiatora więcej niż jeden układ scalony na płytce komputera.

    Dzięki dużej powierzchni pochłaniającej ciepło obudowa ta stanowi najlepsze pasywne rozwiązanie chłodzące w przedstawionych testach. Działał lepiej po trzech minutach niż aktywne rozwiązanie w teście 5, ale była gorętsza po dziesięciu minutach. Wraz z nagrzewaniem się obudowy, jej zdolność do szybkiego usuwania energii cieplnej z chipów maleje.

    Podsumowanie

    Systemy chłodzenia dla Raspberry Pi 4


    Nawet tanie rozwiązania mogą coś zmienić. Jeden artykuł nie jest w stanie objąć ogromnej liczby rozwiązań chłodzenia dostępnych dla Raspberry Pi, ale przetestowano w nim kilka najczęstszych metod. Dzięki temu, po jego przeczytaniu, można dobrać odpowiednie rozwiązanie dla własnego systemu. Na koniec, kilka przemyśleń i analiz, wynikających z uzyskanych rezultatów.




    Pasta vs taśma: w przypadku najbardziej podstawowych rozwiązań termicznych wybór taśmy czy pasty nie wydawał się mieć większego znaczenia. Ale w przypadku bardziej zaawansowanych rozwiązań pasta termiczna działała znacznie lepiej. Podczas gdy pasta termiczna lepiej przylega do chipa i radiatora, taśma termiczna lepiej trzyma elementy razem. W zależności od zastosowania zarówno pasta, jak i taśma mają swoje zalety.

    Moduły HAT: O ile nie wykorzystuje się w systemie bardzo cienkiego radiatora, takiego jak w testach od 1 do 3, właściwe rozwiązanie termiczne wyklucza wiele modułów HAT dla Raspberry Pi. Warto o tym pamiętać, chłodząc nasze Rpi.

    Cokolwiek wybierzesz, nawet jeśli będzie to zwykły radiator przyklejony na głównym SoC, posiadanie pewnego rodzaju chłodzenia dla Twojego Pi może być bardzo pomocne.

    Źródła: https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/raspberry-pi-4-cooling-solutions-comparison

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9662 postów o ocenie 7751, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • TermopastyTermopasty
  • #2
    andrzejlisek
    Poziom 28  
    Bardzo ładnie, ale zabrakło testów ciągłych, czyli co najmniej kilka godzin przy maksymalnym obciążeniu i test przechodzi, jak komputer nie wyłączy się lub się nie przepali.

    Kilka lat temu "ratowałem" jeden komputer PC, który niespodziewanie się wyłączał z powodu przegrzania. Wymieniłem zestaw chłodzący, a potem przestawiałem zegar w BIOS (komputer nie był mój, a obniżenie taktowania procesora ustalałem z właścicielem). Potraktowałem sprawę uczciwie i szukałem najwyższej wartości taktowania (niższej niż zastana), przy której komputer nie wyłączył się przez całą noc przy pełnym obciążeniu za pomocą specjalnego programu obciążającego procesor. Jakbym nie robił takich testów, to przykładowo mogłoby być tak, że przy internecie i Office ten komputer pracowałby cały dzień bez żadnego problemu, ale po dwóch godzinach wymagającej gry mógł się przegrzać i wyłączyć.
  • #3
    rafcio363
    Poziom 30  
    Fajne, jakbyś wrzucił wyniki do tabelki excela to by się przyjemniej to porównywało.