Der Raspberry Pi 4 ist ein unbestreitbares Upgrade gegenüber früheren Raspberry Pi-Computern in Bezug auf die Leistung, aber die Leistung hat ihren Preis: eine erhöhte Leistungsaufnahme und damit eine erhöhte Wärmeerzeugung durch den BCM2711B0-SoC in seinem Herzen. Ohne irgendeine Form von Aftermarket-Kühlung tritt die thermische Drosselung in nur dreieinhalb Minuten auf.
Zum Glück ist die Raspberry Pi-Community mit Lösungen bereit – wie dem Pimoroni Fan Shim oder dem vollständig passiven Kühlkörper, die beide mit dem neuesten Pibow-Gehäusedesign des Unternehmens kompatibel sind und über genügend Freiraum verfügen, um die Verwendung der meisten Hardware Attached on Top (HAT) zu unterstützen. Zusätze. Dann gibt es noch den Ice Tower, entworfen von 52Pi und verkauft über Seeed Studio, das ist … nun, dazu kommen wir noch.
Die Hitze zähmen
Für viele Benutzer funktioniert ein Raspberry Pi 4 ohne zusätzliche Kühlung perfekt. Das Problem tritt auf, wenn Sie eine Arbeitslast ausführen, die die CPU und / oder GPU länger als etwa dreieinhalb Minuten belastet. Nach dieser Zeitspanne hat der SoC seine obere Betriebstemperatur von 80 Grad Celsius erreicht – an diesem Punkt wird er automatisch von den standardmäßigen 1,5 GHz auf 1 GHz heruntergetaktet. Wenn die Arbeitslast anhält, springt der SoC weiterhin zwischen Betrieb mit voller und reduzierter Geschwindigkeit hin und her, bis er wieder abkühlen kann.
Um dauerhaft Spitzenleistung zu erzielen, muss die Temperatur des SoC unter 80 Grad Celsius gehalten werden. Dafür gibt es Ansätze – wenn man es sowieso ausschließt, ihn in Mineralöl zu tauchen oder flüssigen Stickstoff darüber zu gießen: erzwungene Konvektion, wie beim Pimoroni Fan Shim, oder vergrößerte Oberfläche, wie beim Pimoroni Heatsink. Dann gibt es die nukleare Option: die Kombination der beiden.
Der Eisturm kommt
Der 52Pi Ice Tower ist von den Kühlkörper- und Lüfterbaugruppen (HSF) im Single-Stack-Tower-Stil inspiriert, die den Desktop-PC-Markt dominieren. Ausgepackt aus der Verpackung – die ein Trio von Pads aus Thermal Interface Material (TIM) enthält, falls Sie sie entfernen und in Zukunft wieder anbringen müssen, Montagehalterungen und Zubehör für Raspberry Pi 4 und Raspberry Pi 3 Model B/ Modell B+, ein winziger Schraubendreher und ein kleines, aber vollfarbiges Handbuch – es fühlt sich im Vergleich zu seinen Desktop-Inspirationen absolut winzig an.
Einmal auf einem Raspberry Pi installiert, erscheint der Ice Tower jedoch massiv. Der Ice Tower ragt nicht weniger als 60 mm über die Platine hinaus und enthält eine einzelne Kupfer-Heatpipe mit 6 mm Durchmesser, die in eine U-Form gebogen ist, um durch einen 26-Lamellen-Aluminium-Kühlkörperstapel zu passen – obwohl, wie die leicht wackelige Natur der Lamellen bestätigt, dies der Fall ist eine einfache Reibungspassung. An der Basis des U befindet sich ein Aluminiumblock, der als Kontaktplatte für das zu kühlende SoC dient, wobei die Heatpipe in der Mitte direkten Kontakt hat. An der Vorderseite befindet sich ein 40-mm-Lüfter aus transparentem Kunststoff, der – aus irgendeinem Grund – mit hellblauen LEDs ausgestattet ist.
Die Installation selbst ist ziemlich einfach: Die zweiteilige Montagehalterung wird mit zwei Schrauben an der Basis des Kühlkörpers befestigt, dann werden vier Montagesäulen am Raspberry Pi befestigt. Der Kühlkörper und die Halterungen werden dann auf diese Säulen abgesenkt und mit vier kleinen Muttern befestigt, bevor die beiden Stromkabel für den Lüfter – 5 V und Masse – mit dem GPIO-Port des Raspberry Pi verbunden werden. Für diejenigen, die HATs verwenden möchten, ist der Ice Tower keine einfache Option: Selbst wenn Sie bereit sind, ein Kabel zu verwenden, um den HAT physisch aus dem Weg des komisch hohen Ice Tower zu bewegen, wird das Stromkabel reichen im Weg, es sei denn, Sie möchten es manuell einspleißen.
Out-of-the-Box-Leistung
Wenn Sie die Anweisungen genau befolgen, betreibt der Ice Tower seinen Lüfter über die 5-V-Stromversorgung des Raspberry Pi über den GPIO-Header. Es gibt keine Softwaresteuerung; Anders als beim Pimoroni Fan Shim: Der Lüfter des Ice Tower ist aktiv, solange der Raspberry Pi selbst Strom hat, ebenso wie seine überraschend hellen blauen LEDs. Der Lüfter ist, wie bei Tower-Kühlern üblich, so konfiguriert, dass er Luft durch das Lamellenpaket drückt, und ist im Betrieb deutlich hörbar.
Bei 28 Grad Celsius Umgebungstemperatur, fast vier Grad heißer als im Originaltest eines Raspberry Pi 4 ohne zusätzliche Kühlung, hat der Ice Tower keine Mühe, den SoC kühl zu halten: zu keinem Zeitpunkt, auch gegen Ende des Laufs, tut das Die SoC-Temperatur – gemessen mit einem internen Sensor – erreicht über 46 Grad Celsius. Es ist ein Ergebnis, das sogar noch besser ist als das des Pimoroni Fan Shim, das im selben Test knapp unter 55 Grad Celsius erreichte. Die LEDs im Lüfter erhöhen jedoch die Leistungsaufnahme des Ice Tower: Der Lüfter verbraucht etwa 0,7 W im Vergleich zu den 0,6 W des Fan Shim, der nur eine einzige benutzerprogrammierbare RGB-LED hat.
Ein Blick auf den Raspberry Pi 4 mit Ice Tower unter einer Wärmebildkamera zeigt einen dramatischen Unterschied zum gleichen Raspberry Pi ohne Aftermarket-Kühlung. Die gesamte Platine – jedenfalls die Teile davon, die unter der Masse des Kühlkörpers sichtbar sind – ist sichtbar kühler, obwohl der Luftstrom über den Lamellenstapel läuft und nie die Leiterplatte erreicht. Die Botschaft ist klar: Kühlen Sie den SoC, die größte einzelne Wärmequelle auf der Platine, und Sie kühlen den gesamten Raspberry Pi.
Der Klang der Stille
Der Lüfter des Ice Tower ist zwar nicht übermäßig laut, kann aber etwas irritierend werden. Es gibt eine schnelle Lösung: Verschieben Sie stattdessen das rote Stromkabel von einem 5-V-Pin am GPIO-Header des Raspberry Pi auf den 3V3-Pin. Dadurch wird sowohl die Geschwindigkeit des Lüfters und damit sein Geräusch als auch die Helligkeit der LEDs verringert, auf Kosten dessen, dass weniger Luft durch den Kühlkörperstapel gedrückt wird.
Bei 3,3 V bewältigt der Ice Tower immer noch die zehnminütige CPU- und GPU-intensive Testlast. Die Temperaturen sind zwar wenig überraschend höher als bei voll aufgedrehtem Lüfter, aber nie über 50 Grad Celsius – also deutlich unter dem Throttle-Point des SoC.
Für diejenigen, die sich nach absoluter Stille sehnen, gibt es jedoch eine andere Option: den Lüfter vollständig zu entfernen. Es wird mit vier kleinen Schrauben am Ice Tower-Kühlkörper gehalten und kann schnell entfernt werden, wobei nur eine Reihe von Befestigungspunkten zurückbleibt, die stolz auf den eigentlichen Lamellenstapel sitzen.
Drosselung zu vermeiden, während vollständig passiv gekühlt wird, ist nicht einfach: Der Pimoroni Heatsink schaffte es nicht, obwohl er es mutig versuchte, wobei die ersten Drosseloperationen bei etwa achteinhalb Minuten anhaltender Last aufgezeichnet wurden. Der Eisturm ist dank seiner dramatisch größeren Oberfläche und Gesamtmasse eine andere Geschichte. Selbst bei entferntem Lüfter hielt der Ice Tower den SoC mit einer aufgezeichneten Spitzentemperatur von 68 Grad Celsius deutlich unter dem Drosselpunkt. Dieses beeindruckende Ergebnis deutet darauf hin, dass ein passiver Ice Tower selbst längere anhaltende Arbeitslasten bewältigen könnte, und bei ausgedehnten Tests erreichte die SoC-Temperatur, gemessen mit internen Sensoren, nie mehr als 70 Grad Celsius.
Endeffekt
Der 52Pi Ice Tower ist unbestreitbar beeindruckend, hat aber seine Nachteile. Der Verlust des GPIO-Headers ist ein definitives Problem, ebenso wie die Tatsache, dass die Größe des Kühlkörpers bedeutet, dass Sie den Raspberry Pi wahrscheinlich nicht in eines der aktuellen Gehäuse auf dem Markt quetschen werden. Für 19,90 $ von Seeed Studio plus Versand aus China, bis Wiederverkäufer im Ausland Lagerbestände abholen, ist dies ein teurer Lüfter, den man auf einen 35-Dollar-Computer aufsetzen kann.
Auch die LED-Leuchten sind eine interessante Wahl: Es wäre schön gewesen, diese getrennt vom Lüfter ein- und ausschalten zu können, und die Softwaresteuerung des Lüfters wäre ein zusätzlicher Bonus gewesen.
Es gibt nur wenige Gründe, den 52Pi Ice Tower dem Pimoroni Fan Shim vorzuziehen, der auch einen Raspberry Pi 4 kühl genug hält, um eine thermische Drosselung zu vermeiden, selbst wenn er übertaktet ist, aber die Hälfte des Preises kostet und Platz für die meisten HATs und Gehäuse lässt .
Wenn Ihnen nur die bestmögliche Kühlleistung wichtig ist, gibt es wenig, was dem 52Pi Ice Tower gleichkommt. Selbst die ausdauerndsten Arbeitslasten bringen ihn nicht ins Schwitzen, und es gibt genügend Spielraum, um mit einem übertakteten Raspberry Pi 4 oder einer wärmeren Betriebsumgebung fertig zu werden. Und wenn Sie einen leisen Betrieb wünschen, ist der Kühlkörper mit abgenommenem Lüfter gut genug, um eine Drosselung zu verhindern.
Bildnachweis: Gareth Halfacree
Anmerkung des Herausgebers: In einer früheren Version dieses Artikels wurde angegeben, dass über einen ausreichend langen Zeitraum eine Drosselung unvermeidlich war, wenn der Ice Tower im passiven Modus verwendet wurde. Ausgedehnte Tests haben gezeigt, dass dies nicht der Fall ist, und in einer Open-Air-Umgebung verhindert der Ice Tower eine Drosselung selbst bei mehrstündiger Arbeitslast.
