Jak rozwiązać palący problem Raspberry Pi 4B?

24 czerwca 2019 roku miała miejsce premiera nowego Raspberry Pi w wersji 4B. Pisaliśmy o tym na naszym blogu. Szybszy procesor, więcej złącz czy możliwość wyboru ilości pamięci RAM nawet do 4 GB. Zapowiadało się, że nowa malinka będzie naprawdę szybkim minikomputerem. Od chwili premiery minęło już trochę czasu, pierwsze sztuki trafiły do swoich nabywców i… tutaj okazało się, że nowe RPi 4B to gorący towar nie tylko w przenośni, ale i dosłownie. Internet zalała fala testów, których wyniki były jednoznaczne – Malina bardzo się grzeje, nawet w spoczynku. Temperatury w tzw. idlu dochodzą nawet do 60°C. Żeby je choć trochę ustabilizować bez wątpienia przyda się dobre chłodzenie.

Jak można się domyślić, przy czynnościach wymagających trochę więcej zasobów Raspberry, niż samego wyświetlania pulpitu, komputer zwiększy swoją temperaturę, aż do progu 80°C. Po jego przekroczeniu wpadnie w tzw. Throttling temperaturowy. Czym jest owe zjawisko i jakie są jego objawy? Throttling to rodzaj zabezpieczenia temperaturowego, które zapobiega przegrzaniu się elementów elektronicznych. Objawia się on spowolnieniem sprzętu, co związane jest ze zmniejszeniem wydajności procesora. Nie inaczej jest w przypadku Raspberry Pi 4B. Tutaj zegary procesora „zbijane” są z 1,5 GHz do około 1 GHz, co niestety jest odczuwalne i przekłada się negatywnie na płynność działania Maliny. W tej sytuacji z pomocą przychodzą producenci różnych akcesoriów do Raspberry, oferując radiatory, czy obudowy z chłodzeniem aktywnym. W naszej ofercie posiadamy szereg tego typu akcesoriów więc postanowiliśmy przeprowadzić testy na jednej z obudów wyposażonych w niewielki wentylator.

Raspberry Pi 4B zamontowany w testowanej obudowie.

Pasywne testy temperaturowe Raspberry Pi 4B

Testy były przeprowadzone w różnych konfiguracjach. Dla każdej z nich były wykonywane dwa pomiary wywoływane komendą w shellu oraz robione dwa zdjęcia kamerą termowizyjną w czasie 15 i 20 minut od włączenia Raspberry. Przy czym należy dodać, że odczyty z shella były bezpośrednio z procesora, a kamera badała temperaturę w obudowie. Pierwsza konfiguracja miała na celu zbadanie, jak mocno zwiększy się temperatura Raspberry bez użycia żadnego chłodzenia, przy zamknięciu maliny w obudowie. Wentylator był wyłączony. Jak się okazało, umieszczenie komputera w zamkniętej obudowie poskutkowało szybkim wzrostem temperatury do poziomu, który zaskoczył nawet nas.

Zamknięcie Maliny w obudowie powoduje, że płytka mocno się nagrzewa, a to tylko spoczynek. Sprawdźmy więc następną konfigurację, dołóżmy radiatory i zobaczmy, czy pomogą rozwiązać problem.

W teście użyte zostały dwa rodzaje radiatorów - aluminiowy i miedziany.

Standardowo pierwszy pomiar wykonaliśmy po 15 minutach.

Drugi pomiar po 20 minutach.

Wyniki są dość zaskakujące. Odczyty temperatur z radiatorami wyższe niż dla konfiguracji bez nich. Szczególnie było to widoczne w shellu. Było to związane prawdopodobnie z tym, że Raspberry Pi 4B było zamknięte w dość zwartej i szczelnej obudowie. Radiatory odprowadzając ciepło nagrzewały jej wnętrze, a gorące powietrze nie miało dostatecznego ujścia. Ot takie błędne koło. Nie chcielibyśmy żeby po przeczytaniu tego wpisu wyszło, że radiatory są nieprzydatne, wręcz przeciwnie były one w stanie ustabilizować temperatury na określonym poziomie, podczas gdy Malina pozostawiona sama sobie cały czas zwiększała swoją temperaturę – sprawdziliśmy to w innym teście, po czasie większym niż 20 minut temperatura dobijała do 75°C. Mają one jednak pewien wymóg. Żeby było widać ich „pracę” potrzeba czegoś, co odprowadzi ciepło poza obudowę, np. wentylatora. Znacznie lepiej stosować je wtedy, gdy Raspberry używane jest z przewiewną otwartą obudową.

Aktywne chłodzenie Raspberry Pi 4B

Przejdźmy do meritum testu i wykorzystajmy sto procent funkcjonalności obudowy. Podłączyliśmy wentylator (podłącza się go bezpośrednio do Malinki do pinu 4 i 6 GPIO) i rozpoczęliśmy testy. Wyniki były… no właśnie, zobaczcie sami.

Shell po 15 minutach.
Wnętrze obudowy po 15 minutach.

Widać doskonale co potrafi niewielkich rozmiarów wentylator ale sprawdźmy, czy temperatura się ustabilizuje, czy jednak wzrośnie.

Shell po 20 minutach.
Wnętrze obudowy po 20 minutach.

Mamy to! Temperatura ustabilizowała się na akceptowalnym poziomie. Około 30 stopni mniej to świetny wynik, zważywszy na to jakim piecykiem jest nowa Malinka. Wentylator zamontowany był w konfiguracji wtłaczającej zimne powietrze do wnętrza obudowy. Sprawdziliśmy również konfigurację wyciągającą gorące powietrze na zewnątrz, ale wyniki były gorsze o średnio 6-7°C, dlatego odpuściliśmy tę konfigurację. Połączmy więc możliwości obudowy i jej aktywnego chłodzenia z możliwością lepszego odprowadzenia ciepła z procesora przy pomocy radiatorów.

Dodatkowo zamontowany radiator pomógł zmniejszyć temperaturę o dodatkowe 2 stopnie. Jak na tak małe konstrukcje to całkiem sporo. Po 20 minutach temperatura ustabilizowała się na poziomie 40°C w obu przypadkach.

Podsumowanie testu

Raspberry Pi 4B to świetnie zaprojektowana pod kątem odprowadzania temperatury płytka. Goła malinka świetnie rozprowadza ciepło od procesora, niestety boryka się z jego nadmierną „produkcją”. Na całe szczęście producenci akcesoriów czuwają i co trochę prezentują ciekawe rozwiązania, które pomagają schłodzić RPi 4B. Na przykładzie testowanej obudowy widać, że wychodzi to całkiem nieźle. Miejmy nadzieję, że fundacji Raspberry Pi uda się rozwiązać problem temperatur maliny bez konieczności wypuszczania nowej wersji płytki. Na koniec załączamy jeszcze zbiorczą tabelkę wyników.

Tabela 1. Podsumowanie zbiorcze temperatur.

Testowaną przez nas obudowę oraz inne akcesoria potrzebne do ochłodzenia Raspberry Pi 4B można znaleźć w naszym sklepie. Dla osób posiadających oryginalną obudowę FORBOT mamy dobrą wiadomość. Do naszego sklepu dotarł dodatkowy pakiet rozszerzający w postaci wentylatora i dedykowanej klapki, dzięki któremu można schłodzić Raspberry Pi 4B bez konieczności kupowania dodatkowej obudowy.

14 Komentarzy

  • Ciekawy test, sam uzyskuje podobne wyniki na miedzianym radiatorze. Ciekawy jestem chłodzenia przy wiatraku od FORBOTa, i jaka była by różnica między tym zestawem 🙂 Pozdrawiam

    • Czy da się korzystając z tej obudowy z wentylatorem skonfigurować to tak alby wentylator włączał się dopiero przy określonej temperaturze a nie pracować w systemie ciągłym ?

  • Fajny wpis, szkoda tylko, że linki do obudowy i akcesoriów w sklepie nie działają 😉

  • Zachęcony powyższym tekstem kupiłem testowaną obudowę i przyznaję – temperatury podczas obciążenia spadły o 25-30 stopni!

  • A czy mozna w malinie obnizyc taktowanie procesora? Zalezy mi na usb3 ale chce ja uzywac do audio (volumio) gdzie wielkie moce procka nie sa potrzebne a zejscie z taktowania powinno zmniejszyc temperature a tym samym szumy urzadzenia 🙂

  • Poczytaj o OC. W pliku config.txt musisz wpisać odpowiednią linijkem aby ustawić taktowanie procesora na odpowiednim dla siebie poziomie

    • Można ewentualnie podłączyć do pinu 2 i dowolnej masy, ale wtedy wymagane jest rozdzielenie przewodów na dwie oddzielne wtyczki. Sam moduł Z-Wave zajmuje niestety piny aż do 10.

  • Czy wentylator działa cały czas czy włącza się tylko przy wzroście temperatury?
    Czy działa cały czas, czy można go np. programowo wyłączyć

    • Działa cały czas, jest podpięty do pinu odpowiadającego za dostarczanie zasilania 5V i nie można tutaj niestety zmienić nic programowo. Ale nakładka FanShim dostępna w naszym sklepie jest już sterowana programowo.

  • To teraz pytanie, jaka jest żywotność takiego wentylatora przy pracy 24/7/365 ?

Dodaj komentarz