Raspberry Pi 4 jest niezaprzeczalnym ulepszeniem w stosunku do poprzednich komputerów Raspberry Pi pod względem wydajności, ale wydajność ma swoją cenę: zwiększony pobór mocy, a tym samym zwiększone wytwarzanie ciepła przez BCM2711B0 SoC w jego sercu. Bez jakiejś formy chłodzenia na rynku wtórnym, dławienie termiczne następuje w ciągu zaledwie trzech i pół minuty.
Na szczęście społeczność Raspberry Pi jest gotowa na rozwiązania – takie jak podkładka pod wentylator Pimoroni lub całkowicie pasywny radiator, oba kompatybilne z najnowszą konstrukcją warstwową obudowy Pibow firmy i z wystarczającą ilością miejsca, aby obsłużyć większość sprzętu dołączanego na górze (HAT) dodatki. Potem jest Ice Tower, zaprojektowana przez 52Pi i sprzedawana przez Seeed Studio, która jest… cóż, do tego dojdziemy.
Oswajanie upału
Dla wielu użytkowników Raspberry Pi 4 działa doskonale bez dodatkowego chłodzenia. Problem pojawia się, gdy używasz obciążenia, które wiąże procesor i/lub GPU dłużej niż około trzy i pół minuty. Po tym czasie SoC osiągnął górną temperaturę pracy 80 stopni Celsjusza – w tym momencie automatycznie obniży zegar do 1 GHz ze standardowego 1,5 GHz. Jeśli obciążenie będzie kontynuowane, SoC będzie nadal podskakiwać między działaniem z pełną i zmniejszoną prędkością, dopóki nie będzie szansy na ponowne ochłodzenie.
Aby uzyskać stałą najwyższą wydajność, temperatura SoC musi być utrzymywana poniżej 80 stopni Celsjusza. Są sposoby, aby to osiągnąć – jeśli wykluczysz zanurzenie go w oleju mineralnym lub wlanie ciekłego azotu na wierzch, tak czy inaczej: wymuszona konwekcja, jak w przypadku podkładki wentylatora Pimoroni, lub zwiększona powierzchnia, jak w przypadku radiatora Pimoroni. Jest też opcja nuklearna: połączenie tych dwóch.
Nadchodzi lodowa wieża
Wieża lodowa 52Pi jest inspirowana zespołami radiatora i wentylatora z pojedynczym stosem w stylu wieży (HSF), które dominują na rynku komputerów stacjonarnych. Po rozpakowaniu z pudełka – które zawiera trzy podkładki z materiału termoprzewodzącego (TIM), na wypadek konieczności wyjęcia i ponownego podłączenia w przyszłości, wsporniki montażowe i akcesoria do Raspberry Pi 4 i Raspberry Pi 3 Model B/ Model B+, malutki śrubokręt i niewielka, ale kolorowa instrukcja – wydaje się, w porównaniu do swoich stacjonarnych inspiracji, absolutnie malutki.
Jednak po zainstalowaniu na Raspberry Pi Ice Tower wydaje się masywna. Stojąc dumny z płyty o nie mniej niż 60 mm, Ice Tower zawiera pojedynczą miedzianą rurkę cieplną o średnicy 6 mm wygiętą w kształt litery U, aby przejść przez 26-lamelowy aluminiowy stos radiatora – choć, jak świadczy o lekko chwiejnym charakterze żeberek, jest proste pasowanie cierne. U podstawy U znajduje się aluminiowy blok, który służy jako płyta kontaktowa dla SoC, który ma chłodzić, z rurką cieplną bezpośrednio stykającą się pośrodku. Z przodu znajduje się 40-milimetrowy wentylator z przezroczystego plastiku, wyposażony – z jakiegoś powodu – w jasnoniebieskie diody LED.
Sama instalacja jest dość prosta: dwuczęściowy wspornik montażowy jest przymocowany do podstawy radiatora za pomocą pary śrub, a następnie czterech słupków montażowych przymocowanych do Raspberry Pi. Radiator i wsporniki są następnie opuszczane na te słupki i zabezpieczane czterema małymi nakrętkami, zanim dwa kable zasilające wentylatora – 5 V i uziemienie – zostaną podłączone do portu GPIO Raspberry Pi. Dla tych, którzy chcą używać HAT, Ice Tower nie jest łatwą opcją: nawet jeśli chcesz użyć kabla, aby fizycznie przenieść HAT z drogi komicznie wysokiej Ice Tower, kabel zasilający będzie dostępny w drodze, chyba że jesteś zadowolony z ręcznego łączenia.
Wydajność po wyjęciu z pudełka
Jeśli postępujesz zgodnie z instrukcjami co do litery, Ice Tower uruchamia swój wentylator z zasilacza 5 V Raspberry Pi przez złącze GPIO. Nie ma kontroli oprogramowania; w przeciwieństwie do podkładki pod wentylator Pimoroni: wentylator Ice Tower jest aktywny tak długo, jak samo Raspberry Pi ma zasilanie, podobnie jak jego zaskakująco jasne niebieskie diody LED. Wentylator jest skonfigurowany, jak zwykle w przypadku chłodnic typu wieżowego, tak, aby przepychał powietrze przez stos żeber i jest wyraźnie słyszalny podczas użytkowania.
W temperaturze otoczenia 28 stopni Celsjusza, prawie o cztery stopnie wyższej niż w oryginalnym teście Raspberry Pi 4 bez dodatkowego chłodzenia, Ice Tower nie ma problemu z utrzymaniem niskiej temperatury SoC: w żadnym momencie, nawet pod koniec biegu, nie Temperatura SoC – mierzona wewnętrznym czujnikiem – sięga powyżej 46 stopni Celsjusza. Jest to wynik nawet lepszy niż osiągnięty przez podkładkę Pimoroni Fan Shim, która w tym samym teście osiągnęła szczyt tuż poniżej 55 stopni Celsjusza. Diody LED w wentylatorze zwiększają jednak pobór mocy Ice Tower: wentylator pobiera około 0,7 W w porównaniu z 0,6 W podkładki pod wentylator, która ma tylko jedną programowaną przez użytkownika diodę LED RGB.
Spojrzenie na Raspberry Pi 4 z Ice Tower zamontowanym pod kamerą termowizyjną pokazuje dramatyczną różnicę w stosunku do tego samego Raspberry Pi bez chłodzenia na rynku wtórnym. Cała płytka – w każdym razie jej części widoczne pod radiatorem – jest wyraźnie chłodniejsza, mimo że przepływ powietrza przebiega przez stos żeber i nigdy nie dociera do płytki drukowanej. Wiadomość jest jasna: ochłodź SoC, pojedyncze największe źródło ciepła na płycie i chłodzisz całe Raspberry Pi.
Dźwięk ciszy
Chociaż wentylator Ice Tower nie jest zbyt głośny, może być trochę irytujący. Jest szybkie rozwiązanie: zamiast tego przesuń czerwony kabel zasilający z pinu 5V w gnieździe GPIO Raspberry Pi na pin 3V3. W ten sposób zmniejsza się zarówno prędkość wentylatora, a tym samym jego hałas, a także jasność diod LED, kosztem przepychania mniejszej ilości powietrza przez stos radiatora.
Przy napięciu 3,3 V Ice Tower nadal obsługuje 10-minutowe obciążenie testowe procesora i karty graficznej. Chociaż temperatury są, co nie dziwi, wyższe niż przy pracy wentylatora na pełnych obrotach, nigdy nie przekraczają 50 stopni Celsjusza – znacznie poniżej punktu przepustnicy SoC.
Jednak dla tych, którzy pragną absolutnej ciszy, jest inna opcja: całkowite usunięcie wentylatora. Jest mocowany do radiatora Ice Tower za pomocą czterech małych śrub i można go szybko usunąć, pozostawiając tylko zestaw punktów mocowania, które są dumne z właściwego stosu żeber.
Unikanie dławienia przy całkowicie pasywnym chłodzeniu nie jest łatwe: radiator Pimoroni nie był w stanie sobie z tym poradzić, chociaż próbował dzielnie, a pierwsze operacje przepustnicy zarejestrowano przy około ośmiu i pół minuty ciągłego obciążenia. Wieża Lodowa, dzięki znacznie większej powierzchni i całkowitej masie, to zupełnie inna historia. Nawet z usuniętym wentylatorem Ice Tower utrzymywał SoC znacznie poniżej punktu przepustnicy, a maksymalna zarejestrowana temperatura wynosiła 68 stopni Celsjusza. Ten imponujący wynik sugeruje, że pasywna wieża lodowa poradzi sobie nawet z długotrwałymi, długotrwałymi obciążeniami, a po długich testach temperatura SoC mierzona za pomocą wewnętrznych czujników nigdy nie przekroczyła 70 stopni Celsjusza.
Dolna linia
Wieża lodowa 52Pi jest niezaprzeczalnie imponująca, ale ma swoje wady. Utrata nagłówka GPIO to zdecydowany problem, podobnie jak fakt, że rozmiar radiatora oznacza, że jest mało prawdopodobne, aby wcisnąć Raspberry Pi w którąkolwiek z obecnych na rynku obudów. Przy cenie 19,90 USD od Seeed Studio plus wysyłka z Chin do momentu, gdy sprzedawcy zagraniczni odbiorą towar, jest to drogi wentylator do zainstalowania na komputerze za 35 USD.
Ciekawym wyborem są również światła LED: fajnie byłoby móc je włączać i wyłączać oddzielnie od wentylatora, a sterowanie wentylatorem za pomocą oprogramowania byłoby dodatkowym bonusem.
Jest kilka powodów, aby wybrać wieżę lodową 52Pi zamiast podkładki wentylatora Pimoroni, która również utrzymuje Raspberry Pi 4 wystarczająco chłodno, aby uniknąć dławienia termicznego, nawet po przetaktowaniu, ale kosztuje połowę ceny i pozostawia miejsce na użycie większości czapek i obudów .
Jeśli martwisz się tylko o najlepszą możliwą wydajność chłodzenia, niewiele może się równać z wieżą lodową 52Pi. Nawet najbardziej długotrwałe obciążenia nie sprawią, że będziesz się pocić, a zapas miejsca jest wystarczający, aby poradzić sobie z podkręconym Raspberry Pi 4 lub cieplejszym środowiskiem operacyjnym. A jeśli potrzebujesz cichej pracy, radiator z odłączonym wentylatorem jest wystarczająco dobry, aby zapobiec dławieniu.
Kredyty obrazkowe: Gareth Halfacree
Uwaga redaktora: Wcześniejsza wersja tego artykułu stwierdzała, że przez wystarczająco długi czas dławienie było nieuniknione podczas korzystania z Wieży Lodowej w trybie pasywnym; rozszerzone testy wykazały, że tak nie jest, a w środowisku otwartym Ice Tower zapobiegnie dławieniu nawet przy wielogodzinnych obciążeniach roboczych.
