Perbandingan Solusi Pendingin Raspberry Pi 4

 

Raspberry Pi 4 menawarkan peningkatan yang sangat baik ke Pi 3B+ sebelumnya, tetapi menjaga model baru agar tidak terlalu panas dapat menjadi tantangan. Pengguna telah mencoba banyak metode untuk mengatasi masalah ini, mulai dari menjalankan Pi di udara terbuka hingga menggunakan rig pendingin dengan kipas terpasang. 

Tetapi seberapa efektifkah metode-metode ini? Apakah benar-benar perlu untuk mendapatkan sesuatu yang disebut "ICE Tower" untuk menjaga prosesor SOC (system on chip) Broadcom BCM2711B0 quad-core A72 (sistem pada chip) keren, atau akankah blok aluminium dengan sirip di atasnya cukup?

Untuk mengetahui apa yang berhasil dan apa yang tidak, saya menguji berbagai solusi pendinginan, baik dengan maupun tanpa kipas. Saya menggunakan program yang disebut "cpuburn" yang dirancang untuk menekankan SOC hingga batasnyauntuk menguji seberapa panas Pi.

Grup Kontrol: Udara Terbuka, Tanpa Pendinginan Tambahan

Untuk percobaan pertama, saya menjalankan program yang disebut "stres", yang mensimulasikan kondisi kerja Pi. Setelah beberapa menit, suhu mulai meningkat sekitar antara 75° dan 77°C cukup panas, tetapi masih berfungsi. 

Setelah saya tahu itu setidaknya bisa mengambil beban ini untuk waktu yang singkat, saya menjalankan program pembakaran CPU, yang memakan waktu tiga menit dan tiga belas detik untuk mencapai 80 ° C, mendekati suhu di mana Pi mulai mencekik sendiri untuk menghindari kerusakan . Anda dapat menemukan prosedur penginstalan dan penggunaan untuk kedua program secara online.

Saya berhenti di sana, berniat menjalankan tes lainnya hingga tiga menit, dengan beberapa pengujian tambahan pada sepuluh menit. Saya melakukan ini dan pengujian lainnya di ruangan dengan suhu sekitar ~21°C, atau 70°F, dengan variasi normal hingga -5°F, atau -3°C.

Tes 1: Pendingin, Tanpa Kipas, Pita Termal

Hasil: 74°C pada 3:00

Suhu awal SOC: 44°C. Mungkin dalam bentuk pendinginan paling dasar yang tersedia, saya memasang heat sink kecil 15mm x 15mm di SOC utama papan. Hasilnya adalah tentang apa yang Anda harapkan: segalanya membaik, tetapi tidak secara dramatis.

Tes 2: Wastafel Panas 15x15x6.7mm, Kipas Angin, Pita Termal

Hasil: 46°C pada 3:00

Suhu awal SOC: 38°C. Untuk pengujian kedua, saya meletakkan kipas yang kurang bertenaga dari PC lama (kipas 12V, berjalan dengan daya USB 5V) di sebelah Pi dengan pengaturan sebelumnya. Perubahan kecil ini membuat perbedaan besar, mengurangi suhu 3:00 hampir 30°C.

Tes 3: Wastafel Panas 15x15x6.7mm, Tanpa Kipas, Pasta Termal

Hasil: 72°C pada 3:00

Suhu awal SOC: 39°C. Untuk pengujian ketiga, saya menggunakan pasta termal sebagai pengganti pita termal. Sementara suhu yang dihasilkan lebih rendah dari pengukuran pita termal, suhu awal juga lebih rendah. Dalam kasus khusus ini, perbedaan antara pita termal dan pasta termal tampak tidak signifikan.

Tes 4: Wastafel Panas Scrap Berukuran Besar (44 x 25 x 30mm), Tanpa Kipas, Pasta Termal

Hasil: 47°C pada 3:00

Suhu awal SOC: 32°C. Saya memiliki heat sink besar yang lucu dari proyek sebelumnya dan memutuskan untuk melihat bagaimana kinerjanya pada pengujian ini menggunakan pasta termal. Tes ini menghasilkan suhu 3:00 dari 47°C, yang merupakan peningkatan yang signifikan dari solusi pasif sebelumnya, meskipun suhu awal juga cukup rendah. Ukuran penting, setidaknya sejauh menyangkut pembuangan panas.

Tes 5: Kasing dengan Kipas Internal, Heat Sink Kecil, Pita Termal

Hasil: 44°C pada pukul 3:00; 45 ° C pada 10:00

Suhu awal SOC: 28°C. Sekarang kita beralih ke solusi "lebih terlibat", kasus ini termasuk heat sink kecil untuk beberapa chip, tetapi saya hanya menerapkan satu ke SOC utama dengan bahan termal yang menempel padanya. 

Dengan waktu 3:00 pada 44°C, larutan ini menghasilkan suhu terbaik. Namun, itu hanya beberapa derajat lebih dingin daripada solusi pasif kebesaran dari Tes 4 (perhatikan bahwa suhu awal juga lebih rendah dalam tes ini).

Sementara kasing yang saya gunakan memungkinkan akses ke port, kabel USB-C saya dengan bahan plastiknya tidak muat tanpa melonggarkan kasing secara signifikan. Gangguan ini seharusnya tidak mempengaruhi kinerja termal, tapi itu kurang ideal.

Dalam pengujian ini, kipas dihubungkan ke konektor 5V dan ground Pi, memberikan daya tanpa perangkat keras tambahan. Saya menggunakan pengaturan yang sama di pendingin ICE Tower di Test 6 di bawah ini.

Tes 6: Menara ICE

Menara ICE berjaga-jaga terhadap kerusakan termal Raspberry Pi.

Saya menjalankan tiga percobaan dengan solusi pendinginan yang menarik ini:

Percobaan 1: Termasuk pita termal, kipas pada

suhu mulai SOC: 28°C.

Hasil: 40°C pada pukul 3:00; 42°C pada 10:00

Percobaan 2: Termasuk pita termal yang digunakan, kipas mati

suhu mulai SOC: 28°C.

Hasil: 45°C pada pukul 3:00; 53°C pada 10:00

Percobaan 3: Digunakan pasta termal yang digunakan sebagai pengganti pita termal, kipas pada

suhu awal SOC: 25°C.

Hasil: 33°C pada pukul 3:00; 34°C pada 10:00

Dengan kipas mati, solusi ini memberikan hasil terbaik hingga saat ini, bahkan dengan suhu awal yang lebih rendah. Penggunaan aktif dengan pita termal juga sangat baik, tetapi menggunakan pasta termal sebagai pengganti pita termal menghasilkan lompatan kinerja besar lainnya.

Tes 7: Kotak Pendingin Aluminium Pasif

Casing heat sink aluminium pasif: kuat, gelap, dan efektif.

Hasil: 43°C pada pukul 3:00; 51°C pada 10:00

Suhu awal SOC: 29°C. Kasing ini dilengkapi dengan bagian atas dan bawah yang dibaut ke Pi, dengan "bantalan" logam yang diletakkan di atas tiga chip. Kasingnya juga dilengkapi dengan pita termal, tetapi saya menggantinya dengan pasta termal. Tes ini juga merupakan satu-satunya saat saya menghubungkan lebih dari satu chip ke unit pendingin.

Dengan area heat sink yang sangat besar, casing ini merupakan solusi pendinginan pasif terbaik dalam pengujian saya. Performanya lebih baik pada pukul 3:00 daripada larutan aktif dalam Tes 5 tetapi lebih panas pada pukul 10:00. Dugaan saya adalah ketika massa di sekitarnya memanas, kemampuan kasing untuk dengan cepat menarik energi panas dari chip berkurang.

Solusi Pendinginan Raspberry Pi 4 & Kesimpulan

Satu artikel tidak akan dapat membahas sejumlah besar solusi termal yang tersedia untuk Raspberry Pi , tetapi kami membahas beberapa metode yang paling umum. Semoga, Anda memiliki konteks dan informasi untuk lebih percaya diri memilih perangkat yang akan membuat Pi Anda tetap dingin. Berikut adalah beberapa pemikiran akhir tentang hasil dan proses pengujian:

• Thermal paste vs. thermal tape: Untuk thermal pad paling dasar, memilih tape atau paste sepertinya tidak terlalu menjadi masalah. Tetapi dalam kasus menara ICE, pasta termal berkinerja jauh lebih baik. Teori saya adalah bahwa lebih sulit untuk mengevaluasi konduktivitas termal relatif pasta atau pad pada suhu yang lebih rendah. Saya juga menggunakan berbagai jenis pita termal untuk percobaan pertama dan menara ICE, jadi mungkin ada masalah kualitas juga.
• Secara mekanis, sementara pasta termal akan menempelkan heat sink ke sebuah chip, pita termal lebih baik dalam menyatukan komponen. Tergantung pada aplikasi Anda, baik tempel maupun selotip memiliki kelebihannya masing-masing.
• HAT: Kecuali Anda menggunakan heat sink yang sangat tipis, seperti yang ada dalam pengujian 1 hingga 3, solusi termal yang tepat akan mengesampingkan banyak HAT Raspberry Pi (Perangkat Keras Terpasang di Atas). Anda dapat menempatkan kipas di bagian luar Pi dan beberapa perangkat keras mungkin memungkinkan hal ini dalam konfigurasi yang lebih bundartetapi ini adalah sesuatu yang perlu dipertimbangkan.
• Suhu Mulai dan prosedur pengujian: Anda mungkin telah memperhatikan bahwa suhu awal SOC bervariasi selama tujuh pengujian ini. Varians ini tidak disengaja, tetapi diakibatkan oleh beberapa faktor:

1. Tes sebelumnya
2. Berapa lama saya membiarkan perangkat stabil
3. Efisiensi perangkat keras pendingin sebelum proses cpuburn dimulai

Saya mengikuti prosedur penggunaan , dipasangkan dengan perintah berikut:

sementara benar; lakukan vcgencmd measure_clock lengan; vcgencmd measure_temp; tidur 10; selesai& ./cpuburn-a53.

Bagian "a53" akan menyiratkan Raspberry Pi 3B+, tetapi juga berfungsi pada Pi 4. Saya menjaga semuanya tetap konsisten melalui pengujian, sehingga kinerja relatif setiap solusi pendinginan masih berarti.

• Perangkat keras pendingin terbaik: Pada akhirnya, jika Anda menginginkan pendinginan terbaik yang dapat dibeli dengan uang (tanpa menggunakan rig berpendingin air atau bahkan memasukkan Pi Anda ke dalam oli mineral), ICE Tower adalah juara praktis. Sebagai kegembiraan, lampu yang berkedip dan deru kipas yang halus akan membuat orang yang melihatnya tahu betapa hebatnya Anda. Untuk solusi yang lebih halus dengan sifat pendinginan yang mengesankan, casing logam dari Test 7 adalah pilihan saya berikutnya. Tidak hanya melakukan pekerjaan yang baik untuk menjaga Pi tetap dingin, tetapi juga diam, tidak menggunakan daya ekstra, dan tampaknya cukup tangguh untuk membantu Pi bertahan diinjak oleh manusia yang agak besar.

Apa pun yang Anda pilih, bahkan jika heat sink sederhana untuk muncul di SOC utama, memiliki semacam heat sink untuk Pi Anda bisa sangat membantu.