O Raspberry Pi 4 é uma atualização inegável em relação aos computadores Raspberry Pi anteriores nas apostas de desempenho, mas o desempenho tem um custo: maior consumo de energia e, portanto, maior geração de calor do SoC BCM2711B0 em seu coração. Sem alguma forma de resfriamento pós-venda, o estrangulamento térmico ocorre em apenas três minutos e meio.
Felizmente, a comunidade Raspberry Pi está pronta com soluções – como o Pimoroni Fan Shim ou o dissipador de calor totalmente passivo, ambos compatíveis com o mais recente design de caixa em camadas Pibow da empresa e com espaço suficiente para suportar o uso da maioria dos Hardware Attached on Top (HAT) complementos. Depois, há a Ice Tower, projetada por 52Pi e vendida via Seeed Studio, que é… bem, chegaremos a isso.
Domar o calor
Para muitos usuários, um Raspberry Pi 4 funciona perfeitamente bem sem nenhum resfriamento adicional. O problema surge quando você está executando uma carga de trabalho que prende a CPU e/ou GPU por mais de três minutos e meio. Após esse período de tempo, o SoC atingiu sua temperatura operacional superior de 80 graus Celsius – nesse ponto, ele reduzirá automaticamente o clock para 1 GHz a partir do estoque de 1,5 GHz. Se a carga de trabalho continuar, o SoC continuará oscilando entre a operação de velocidade total e reduzida até que tenha a chance de esfriar novamente.
Para obter um desempenho máximo sustentado, a temperatura do SoC deve ser mantida abaixo de 80 graus Celsius. Existem abordagens para conseguir isso – se você descartar mergulhá-lo em óleo mineral ou derramar nitrogênio líquido em cima, de qualquer maneira: convecção forçada, como com o Pimoroni Fan Shim, ou área de superfície aumentada, como com o Pimoroni Heatsink. Depois, há a opção nuclear: combinar os dois.
A torre de gelo vem
O 52Pi Ice Tower é inspirado nos conjuntos de dissipador de calor e ventilador (HSF) estilo torre de pilha única que dominam o mercado de PCs de mesa. Quando desembalado da caixa – que inclui um trio de almofadas de material de interface térmica (TIM), caso você precise removê-lo e recolocá-lo novamente no futuro, suportes de montagem e acessórios para o Raspberry Pi 4 e Raspberry Pi 3 Modelo B/ Modelo B+, uma pequena chave de fenda e um manual pequeno, mas colorido – parece, em comparação com suas inspirações de desktop, absolutamente minúsculo.
Uma vez instalado em um Raspberry Pi, porém, a Torre de Gelo parece enorme. Orgulhando-se da placa por nada menos que 60 mm, a Ice Tower inclui um único heatpipe de cobre de 6 mm de diâmetro dobrado em forma de U para passar por uma pilha de dissipador de calor de alumínio de 26 aletas – embora, como atesta a natureza ligeiramente oscilante das aletas, é um simples ajuste de fricção. Na base do U está um bloco de alumínio que serve como placa de contato para o SoC que foi projetado para resfriar, com o heatpipe fazendo contato direto no centro. Na frente está uma ventoinha de 40 mm em plástico transparente, equipada – por algum motivo – com LEDs azuis brilhantes.
A instalação em si é bastante simples: o suporte de montagem de duas peças é preso à base do dissipador de calor com um par de parafusos e, em seguida, quatro pilares de montagem conectados ao Raspberry Pi. O dissipador de calor e os suportes são então abaixados nesses pilares e presos com quatro pequenas porcas antes que os dois cabos de alimentação para o ventilador – 5V e terra – sejam conectados à porta GPIO do Raspberry Pi. Para aqueles que querem usar HATs, então, a Ice Tower não é uma opção fácil: mesmo se você estiver disposto a usar um cabo para mover fisicamente o HAT para fora do caminho da Ice Tower comicamente alta, o cabo de alimentação ficará no caminho, a menos que você queira juntá-lo manualmente.
Desempenho fora da caixa
Se você seguir as instruções ao pé da letra, o Ice Tower executa seu ventilador da fonte de alimentação de 5V do Raspberry Pi através do cabeçalho GPIO. Não há controle de software; ao contrário do Pimoroni Fan Shim: o ventilador da Ice Tower está ativo enquanto o próprio Raspberry Pi tiver energia, assim como seus LEDs azuis surpreendentemente brilhantes. A ventoinha está configurada, como é usual para coolers estilo torre, para empurrar o ar através da pilha de aletas e é claramente audível em uso.
Em uma temperatura ambiente de 28 graus Celsius, quase quatro graus mais quente que o teste original de um Raspberry Pi 4 sem resfriamento adicional, a Ice Tower não tem problemas para manter o SoC frio: em nenhum momento, mesmo no final da corrida, o A temperatura do SoC – medida usando um sensor interno – atinge acima de 46 graus Celsius. É um resultado ainda melhor do que o gerenciado pelo Pimoroni Fan Shim, que atingiu um pico pouco abaixo de 55 graus Celsius no mesmo teste. Os LEDs na ventoinha, no entanto, aumentam o consumo de energia da Ice Tower: a ventoinha consome cerca de 0,7W em comparação com os 0,6W do Fan Shim, que possui apenas um único LED RGB programável pelo usuário.
Uma olhada no Raspberry Pi 4 com Ice Tower instalado sob uma câmera de imagem térmica mostra uma diferença dramática em relação ao mesmo Raspberry Pi sem resfriamento pós-venda. A placa inteira – as partes dela que são visíveis sob a maior parte do dissipador de calor, de qualquer maneira – é visivelmente mais fria, mesmo que o fluxo de ar corra pela pilha de aletas e nunca atinja a PCB. A mensagem é clara: resfrie o SoC, a maior fonte de calor da placa, e você estará resfriando todo o Raspberry Pi.
O som do silêncio
Embora o ventilador da Torre de Gelo não seja muito barulhento, pode ficar um pouco irritante. Existe uma solução rápida: mover o cabo de alimentação vermelho de um pino de 5V no conector GPIO do Raspberry Pi para o pino 3V3. Isso reduz a velocidade da ventoinha e, portanto, seu ruído e o brilho dos LEDs, ao custo de empurrar menos ar pela pilha do dissipador de calor.
Em 3,3 V, a Ice Tower ainda lida com a carga de trabalho de teste intensivo de CPU e GPU de dez minutos. Embora as temperaturas sejam, sem surpresa, mais altas do que com a ventoinha funcionando a toda velocidade, elas nunca ficam acima de 50 graus Celsius – bem abaixo do ponto de aceleração do SoC.
Para aqueles que desejam silêncio absoluto, porém, há outra opção: remover completamente o ventilador. Ele é fixado no dissipador de calor Ice Tower com quatro pequenos parafusos e pode ser removido rapidamente, deixando para trás apenas um conjunto de pontos de montagem que ficam orgulhosos da pilha de aletas.
Evitar o estrangulamento durante o resfriamento totalmente passivo não é fácil: o dissipador de calor Pimoroni não conseguiu, embora tenha tentado bravamente, com as primeiras operações de aceleração registradas em cerca de oito minutos e meio de carga sustentada. A Torre de Gelo, graças à sua área de superfície e massa total dramaticamente maiores, é uma história diferente. Mesmo com a ventoinha removida, a Ice Tower manteve o SoC bem abaixo do ponto de aceleração com um pico de temperatura registrado de 68 graus Celsius. Esse resultado impressionante sugere que uma torre de gelo passiva pode lidar com cargas de trabalho prolongadas e sustentadas e, em testes prolongados, a temperatura do SoC, medida usando sensores internos, nunca atingiu mais de 70 graus Celsius.
Resultado final
A Torre de Gelo 52Pi é inegavelmente impressionante, mas tem suas desvantagens. A perda do cabeçalho GPIO é um problema definitivo, pois o tamanho do dissipador de calor significa que é improvável que você coloque o Raspberry Pi em qualquer um dos casos atuais no mercado. Por US$ 19,90 do Seeed Studio, mais frete da China até que os revendedores no exterior peguem o estoque, este é um ventilador caro para colocar em um computador de US$ 35.
As luzes LED também são uma escolha interessante: teria sido bom poder ligá-las e desligá-las separadamente do ventilador, e o controle do software do ventilador teria sido um bônus extra.
Existem poucas razões para escolher o 52Pi Ice Tower em vez do Pimoroni Fan Shim, que também mantém um Raspberry Pi 4 frio o suficiente para evitar o estrangulamento térmico, mesmo quando em overclock, mas custa metade do preço e deixa espaço para você usar a maioria dos HATs e cases .
Se tudo o que você está preocupado é ter o melhor desempenho de resfriamento possível, há pouco para combinar com a Torre de Gelo 52Pi. Mesmo as cargas de trabalho mais sustentadas não serão motivo para suar a camisa, e há espaço suficiente para lidar com um Raspberry Pi 4 com overclock ou um ambiente operacional mais quente. E se você deseja uma operação silenciosa, o dissipador de calor com a ventoinha desconectada é bom o suficiente para evitar o afogamento.
Créditos da imagem: Gareth Halfacree
Nota do Editor: Uma versão anterior deste artigo afirmava que, por um período de tempo suficientemente longo, o estrangulamento era inevitável ao usar a Torre de Gelo no modo passivo; testes prolongados mostraram que esse não é o caso e, em um ambiente ao ar livre, a Ice Tower evitará o estrangulamento mesmo em cargas de trabalho de várias horas.
