Kararımız
Raspberry Pi 4 için Pimoroni Fan Shim, hız aşırtmalı hızlarda bile boğulmayı önler, ancak bazı şapkalarla çalışmaz.
İçin
İnanılmaz etkili soğutma
Uzun vadeli performansı artırır
Sessizlik
Karşısında
I2S HAT’larla uyumlu değil
Hareketli parçalar
Düğmenin bekleyen bir GPIO Zero yazılım güncellemesine ihtiyacı var
Raspberry Pi 4, önceki Raspberry Pi kartlarından çok daha sıcak çalışan güçlü bir canavardır. Resmi Raspberry Pi Ethernet Üzerinden Güç (PoE) HAT eklentisi, ortamları soğutabilen yerleşik bir fan içerirken, PoE desteğine ihtiyaç duymayanlar için pasif soğutucu veya aktif Fan gibi daha ucuz seçenekler vardır. Pimoroni’den şim aksesuarı.
Bu uygun fiyatlı aksesuarlar, hız aşırtmış olsanız bile, iş yükü ne olursa olsun Raspberry Pi 4’ünüzden maksimum performans alabilmeniz için termal kısmayı sınırlamanıza veya tamamen ortadan kaldırmanıza olanak tanır. 2,50$ / 2,40 sterlinlik soğutucu kullanışlı ve faydalı olsa da, testlerimiz Pimoroni Fan Shim’in (10$ / 9,60 sterlin) çok daha etkili olduğunu gösteriyor. Aslında, Raspberry Pi 4’ünüzü herhangi bir kısıtlama olmadan 2,147 MHz’e kadar hız aşırtmanıza olanak tanır. Ancak, bazı şapkalarla uyumlu değildir ve tamamen kapalı bir durumda yardımcı olmaz.
Sorun: Termal Kısma
Raspberry Pi 4’ün çip üzerindeki sistemi (SoC) belirli bir sıcaklığa ulaştığında – 80 santigrat derecenin biraz üzerinde – kendisini zarardan korumak için çalışma hızını düşürür. Raspberry Pi 4’ü web’de gezinme, bir belgeyi düzenleme veya Scratch veya Python’da programlama gibi kısa, hesaplama açısından yoğun görevler için kullanan herkes için bu bir sorun değil. Ancak sürekli yük altında, CPU kısıtlaması performans üzerinde gerçek bir etkiye sahip olabilir.
Yukarıdaki grafik, açık havada muhafazasız, on dakika boyunca yoğun bir CPU ve GPU iş yükü çalıştıran bir Raspberry Pi 4’ü göstermektedir. Sıcaklık kısa sürede kısma noktasına ulaşır ve üç dakika 43 saniye sonra CPU frekansının stoktan 1,5 GHz’den 1 GHz’e düştüğü görülebilir – ancak sıcaklık düştükçe hızla tekrar yükselir. Bu yukarı ve aşağı zamanlama davranışı, yük kaldırıldığında ve CPU düzgün bir şekilde kurtarmak için 600 MHz’lik boşta hızına geri düşebildiğinde, testin sonuna kadar devam eder.
Sorun yalnızca Pi’nizi overclock ederseniz daha da kötüleşir: CPU veya GPU saatini artırmak için ekstra güç gerekir ve bu ekstra güç, ekstra ısıya dönüşür. Hız aşırtmalı bir Raspberry Pi 4, her şey eşit olduğunda, stokta çalışan birinden daha hızlı kısmaya başlar ve kısma hızlarında daha fazla zaman harcaması muhtemeldir.
Pasif Çözüm: Pimoroni Soğutucu
Bir soğutucu eklemek – tipik olarak kanatçıklara şekillendirilmiş, ısıyı SoC’den uzaklaştırmak ve çevreleyen havaya daha iyi aktarım için daha geniş bir yüzey alanına yaymak için çalışan basit bir ısı iletken metal parçası – uzun zamandır yaygın bir yükseltme olmuştur. Ahududu Pi meraklıları. Raspberry Pi için özel olarak şekillendirilmiş Pimoroni soğutucu, çoğundan daha büyük bir ayak izine sahiptir – soldaki Ekran Seri Arayüzü (DSI) konektörü ve orta altta Kamera Seri Arayüzü (CSI) konektörü arasında zar zor sıkışır – karşılığında serbest hava akışının çoğunu kaybetme pahasına olsa da, tam boyutlu HAT aksesuarlarının altına sığmasını sağlayan düşük bir yükseklik.
Soğutucu seçeneğinin aktif bir çözüme göre birkaç avantajı vardır: Birincisi, tamamen sessizdir ve 2,52 $/ 2,40 £ gibi son derece düşük maliyetlidir. Fiyata arka kısımda yapışkan bir şerit dahildir, ancak garip bir şekilde Pimoroni gerçek bir termal arayüz malzemesi (TIM) seçmedi; bunun yerine yapışkan şerit 3M Çift Kaplamalı Doku Bandı 9448A’dır – tipik olarak soğutucuları yongalara yapıştırmak için kullanılmaz, ancak üreticisi tarafından yüksek sıcaklıklara karşı iyi dayandığı belirtilmiştir. Pimoroni Pibow Raspberry Pi 4 kasası kullananlar, üst panelde, soğutucunun nefes alması için yer sağlayan yeni bir oyuk bulacaklar.
Soğutucuyu takmak ve yukarıdakiyle aynı kıyaslamayı çalıştırmak kesin bir etki gösterir: Raspberry Pi 4 marjinal olarak daha düşük bir sıcaklıkta başlar ve daha yavaş, daha sığ bir eğride yükselir. En büyük etkinin görülebildiği yer kısmadır: büyük alüminyum yumru ve arttırılmış yüzey alanı sayesinde, Raspberry Pi 4’ün CPU’sunun kısmaya başlaması için yaklaşık sekiz buçuk dakika sürekli yük gerekir – stok birimine göre ciddi bir gelişme 3 dakika 43 saniye.
Yine de, kısmayı tamamen önlemek yeterli değildir – bu, etkin seçeneğin devreye girdiği yerdir.
Aktif Çözüm: Pimoroni Fan Shim
Fan Shim, 30 mm’lik bir fanla birlikte gelen küçük, tuhaf şekilli bir PCB’dir. Bir kez monte edildikten sonra – iki cıvata, dört somun ve fanın güç başlığında PCB üzerindeki bir konektöre klips – tüm montaj Raspberry Pi’nin GPIO başlığının üzerine kaydırılabilir. Fan Shim’in 10.08 $ / 9.60 £’dan daha düşük maliyetli fan eklentilerinin aksine, fanı yazılım aracılığıyla kontrol etmek de mümkündür – dahil edilen bir örnek programla – kartta dokunsal bir düğme ve kullanıcı tarafından adreslenebilir RGB LED varken iyi için güncellenmiş bir GPIO Zero Python kitaplığı kullanıma sunulana kadar düğme Raspberry Pi 4’te çalışmayacak olsa da.
Teorik olarak, Fan Shim’in ince PCB’si, çoğu HAT ile aynı anda kullanılabileceği anlamına gelir – ancak hiçbiri Pimoroni’nin kendi pHAT DAC’si gibi I2S ses bağlantısını kullanan herhangi bir ses eklentisini içeren GPIO Pin BCM18’e dayanmaz. Tam boy bir şapka takmak, yukarıdan fana doğrudan hava akışını engeller, ancak yine de etkili soğutma yapabilmesi için yeterli boşluk vardır; isteğe bağlı bir Booster Header aksesuarı, işleri daha da geliştirmek için HAT’ı yükseltir. Soğutucu seçeneğinde olduğu gibi, yeni Pibow kasası, Fan Shim ve fan için bir oyuk içerir.
Varsayılan olarak, Fan Shim, Raspberry Pi açılır açılmaz tam 4.200 RPM’ye kadar döner. Bu modda soğutma performansı son derece etkileyicidir: SoC, 24,5 derece Celcius ortam ortamında yaklaşık 37 derece Celcius’ta boşta çalışır ve test boyunca 55 derecenin altında kalır. Bu, Raspberry Pi 4’ün BCM2711B0 SoC’sinin 80 derece Celcius gaz kelebeği noktasının oldukça altındadır, bu nedenle hiçbir kısma işlemi kaydedilmez – CPU baştan sona tam 1.5 GHz’de çalışır. Ancak bunun bir bedeli var: Fan çalışırken güç kaynağından 0,6 W daha çekiyor.
Fan Shim’in soğutma performansında da çok fazla boşluk var: Hız aşırtmalı bir Raspberry Pi 4’ün bile termal kısma noktasına çarpması önlenebilir, bu da onu Pi’lerinden en yüksek performansı elde etmek isteyen herkes için olmazsa olmaz bir hale getirir. Aslında, ilk testlerimizden sonra, fan takozu takılıyken 2,147 MHz’e kadar bir Pi 4 elde edebildik ve herhangi bir kısma görmedik.
Yazılım Kontrollü Soğutma
Ancak Fan Shim’in başka bir çalışma modu vardır: Python tabanlı bir uygulama programlama arayüzü (API) aracılığıyla yazılım kontrolü. Bunu kullanarak, bir darbe genişlik modülasyonu (PWM) sinyalini simüle etmek için arka arkaya hızlı bir şekilde açıp kapatmak dışında hızını değiştirmemekle birlikte fanı açıp kapatmak ve dokunsal özelliği kullanmak mümkündür. anahtarı ve RGB LED.
Pimoroni’nin sırasıyla 65 santigrat derece ve 5 santigrat derece olarak ayarlanmasını önerdiği bir üst sıcaklık limiti ve bir histerezis sıcaklığı ayarlayan bir örnek program dahildir. Bu ayarlarla çalışırken, fan açılır – ve RGB LED’i kırmızıdan yeşile döner – 65 santigrat derecede sonra 60 santigrat dereceye ulaşana kadar soğutur ve kapanmadan önce sıcaklığın tekrar yükselmesini bekler.
Burada Raspberry Pi, soğutulmamış stok enkarnasyonu ile aynı sıcaklıkta boşta çalışır: yaklaşık 50 santigrat derece. Fan, sıcaklık 65 santigrat dereceye ulaşana kadar dönmez ve ardından Raspberry Pi 4’ü hedef sıcaklığının altında tutmak için testin geri kalanını açıp kapatarak geçirir. Bunu takdire şayan bir şekilde yapıyor: her zaman açık modunda olduğu gibi, SoC gaz kelebeği noktasından uzakta tutulur ve on dakikalık test, tek bir gaz kelebeği işlemi kaydedilmeden tamamlanır. Aynısı hız aşırtıldığında da geçerlidir, ancak fan ek ısıyı telafi etmek için daha hızlı ve daha sık devreye girer.
Kombine Soğutma
Çoğu masaüstü ve dizüstü bilgisayar, yalnızca bir soğutucuya veya yalnızca bir fana güvenmez; her ikisinin bir kombinasyonunu kullanırlar ve bunu Fan Shim ve soğutucu ile yapmak da mümkündür – kendi testini gerçekleştiren ve sezgisel olarak kombinasyonun Fan Shim’i kullanmaktan daha az etkili bir şekilde soğutulduğunu bulan Pimoroni’nin kendisi tarafından önerilmese de tek basina.
Bunu doğrulamanın tek bir yolu var, aklınızda bulunsun: aynı testi kendimiz yapmak. Üstüne Fan Shim bağlı Pimoroni soğutucu, pin uzantılarının veya Pimoroni’nin Booster Header’ının GPIO başlığına takılmasını gerçekten gerektiren bir kombinasyondur; onlar olmadan, Fan Shim’in kavraması için yeterli pim yoktur ve düşme riski vardır – potansiyel olarak GPIO pimlerini kısa devre yaparak Raspberry Pi 4’e zarar verir.
Bu test için Fan Shim, daha önce olduğu gibi aynı sıcaklık hedefi olan 65 derece Celcius ile yazılım kontrollü modda bırakılır. Sonuç, Fan Shim’in tek başına kullanılmasına oldukça benzeyen, yalnızca uzatılmış bir grafiktir: soğutucu, SoC tarafından üretilen ısıyı etkin bir şekilde depolayarak Fan Shim’in açılması gerekene kadar geçen süreyi yavaşlatır; dezavantajı, daha sonra tekrar kapanması gereken süreyi de yavaşlatmasıdır. Ancak gerçek performans açısından çok az fark vardır: SoC bir kez daha kendini korumak için CPU’yu kısmak zorunda olmadığı noktaya kadar soğutulur.
Performans Etkisi
Raspberry Pi 4’ünüzün kısmasını önleyebilmek, performans üzerinde ölçülebilir bir etkiye sahiptir, ancak ne kadar ölçülebilir olduğu tamamen kısmanın ne kadar kötü olduğuna bağlı olacaktır. Boyunca 24,5 santigrat derece sabit olan test ortamımızda, kısma korkunç değildi: CPU sürekli yük altında sık sık 1 GHz’e düşerken, hızla tekrar 1.5 GHz’e çıkıyordu. Daha sıcak bir ortamda kısma daha erken gerçekleşir ve daha uzun süre devam eder, bu da soğutma aksesuarlarının ölçülen performans üzerinde daha büyük bir etkisi olacağı anlamına gelir.
Bu test için, Raspberry Pi 4’e, bir USB 3.0 SSD’de depolanan 8GB’lık bir dosyayı, çok iş parçacıklı lbzip2 sıkıştırma yardımcı programını kullanarak sıkıştırması talimatı verilirken, süre ölçülür. Bu kadar büyük bir dosyayı Raspberry Pi 4’te sıkıştırmak tipik olarak yaklaşık yirmi dakika sürer, gaz kelebeği testindeki sentetik yükün kabaca iki katıdır ve soğutulmamış bir Raspberry Pi’de termal kısma tetiklenir.
Aralarında çok büyük bir miktar yok, ancak Fan Shim’in kesinlikle bir etkisi var: sıkıştırma işlemi, soğutulmamış bir Raspberry Pi 4’te 22 dakika 14 saniye sürdü, ancak Fan Shim takılıyken 20 dakika ve dört saniyede tamamlandı, iki dakikadan fazla tasarruf sağladı – sadece yüzde on performans artışından utangaç. Operasyon daha uzun sürseydi veya daha sıcak bir ortamda yapılsaydı, fark daha büyük olurdu.
Raspberry Pi 4’lerine dönen bir fan ekleme fikrinden hoşlanmayanlar için, soğutucu gerçekçi bir alternatiftir: sadece soğutucu takılıyken kıyaslama 20 dakika 23 saniyede tamamlandı – soğutulmamış stoka göre yüzde sekizlik bir artış , Fan Shim’in biraz gerisinde kalıyor. Bununla birlikte, Fan Shim’den farklı olarak, soğutucunun, ilettiği ısıyı yeterince hızlı bir şekilde tahliye edemediği veya yirmi dakikayı aşan sürekli iş yükleri için sıcak bir ortamda aynı kazanımları sunması pek olası değildir.
Bu arada birleşik Fan Shim ve soğutucu seçeneği, Fan Shim’in tek başına kullanılmasıyla aynı hata payı içinde gerçekleştirildi – yani, fanın açıp kapatmak için harcadığı süreyi azaltmak istemiyorsanız, bunu yazılımda da yapabilirsiniz. histerezis sıcaklığını arttırmak, ikisini birleştirmenin gerçek dünyada pek bir anlamı yok.
Sonuç olarak
Raspberry Pi 4’ünüz sürekli iş yükleri için kullanılıyorsa, bundan en iyi şekilde yararlanmak için bir tür soğutmaya ihtiyacınız olacak. Pasif soğutucu seçeneği basit ve ucuz olsa da, yalnızca kısmi bir çözümdür; Fan Shim, aksine, sorunu tamamen çözer – veya en azından, çoğunlukla Pi 4’ünüzü 2 GHz’den fazla overclock etmenize izin verirken.
Gerçekten “tamamen” çözülmesini engelleyen uyarı: Fan Shim yalnızca nispeten açık bir ortamda veya Pimoroni’nin kendi Pibow’u gibi onu açıkta tutan durumlarda kullanıldığında etkilidir. Resmi Raspberry Pi 4 Kasası gibi kapalı bir kasaya takılırsa, Fan Shim yalnızca bu kadarını yapabilir ve sürekli iş yükleri altında kısma işlemi yine de sorun olabilir. Çözüm: havalandırmalı kasaları arayın veya kendinizinkini oluşturmak için Resmi Kasaya gidin.
Bazı ağır iş yükleri ve kapalı ortamlar bir yana, Raspberry Pi 4’te ne aktif ne de pasif soğutma aksesuarları kesinlikle gerekli değildir: termal kısma noktasına geldiğinde bile, öncekilerden etkileyici bir şekilde güçlü bir yükseltmedir ve ısınması pek olası değildir. herhangi bir kalıcı hasar – 80 santigrat derece gaz kelebeği noktası, bileşenlerin maksimum nominal çalışma sıcaklıklarının rahatça altındadır.
Raspberry Pi 4 Soğutucu ve Fan Shim artık Pimoroni’den temin edilebilir.
Raspberry Pi 4 Soğutucu
Raspberry Pi 4 Fan Shim
Resim Kredisi: Gareth Halfacree
