Nejprve si vyzkoušíme tepelné chování samotného Raspberry Pi 4B. K tomu použijeme stejný test jako u předchozího modelu. Připomeňme si, že při něm bude zatížen procesor (SoC) Raspberry Pi na plný výkon a bude pravidelně zaznamenávána jeho teplota a frekvence.
Měření bez chladiče
U desky položené jen tak na stole bez jakéhokoli chladiče dosáhla teplota procesoru velmi rychle kritické teploty 82,5 °C a pak už se jen se držela okolo této hodnoty. Procesor se začal bránit přehřátí snižováním svého taktu, tzv. throttlingem.
To je velice dobře patrné z grafu průběhu frekvence procesoru. Zpočátku se její hodnota držela na nominálních 1,5 GHz, ale po dosažení kritické teploty 82,5 °C kolísala mezi 750 MHz a 1 GHz.
Propad pracovní frekvence procesoru je tedy u Raspberry Pi 4B v tomto testu mnohem výraznější, než u předchozího modelu 3B.
Měření s pasivním chladičem
Podívejme se jak byly ovlivněny výsledky stejného testu, když byl procesor Raspberry Pi 4B opatřen malým pasivním chladičem? Deska opět zůstala bez krabičky, položená jen tak volně na stole.
Při měření došlo stejně jako v prvním případě k dosažení kritické teploty 82,5 °C, ale trvalo to přece jen o něco déle.
Z průběhu grafu frekvence procesoru je patrné, že pasivní chladič trochu pomohl. K throttlingu sice došlo ale frekvence se nepropadla pod 1GHz. Z měření je ale jednoznačně patrné, že malý pasivní chladič nestačí k uchlazení Raspberry Pi 4B při plném výkonu.
Zkusme se ještě podívat na hodnoty průběhu teploty s tímtéž chladičem při běžném provozu, který zahrnuje kopírování souborů, prohlížení webových stránek a vytváření dokumentů v LibreOffice.
Teplota se při tomto méně náročném testu udržela v rozmezí od 69 °C do 75 °C. Za běžného provozu, se tedy Raspberry Pi 4B opatřený malým pasivním chladičem nepřehřívá, ale příliš velké rezervy zde nejsou. Stačí spustit na delší dobu něco náročnějšího a pracovní frekvence půjde spolu s výkonem dolů. Raspberry Pi Foundation sice slíbila novou verzi firmware, která by problém s přehříváním měla zlepšit, ale pro dosažení stabilního výkonu při vysoké zátěži to stačit určitě nebude. Nabízí se dvě možná řešení chlazení – aktivní nebo pasivní.
Aktivní chlazení pomocí chladicí sady Zonepi
Chladicí sada Zonepi Galaxy, která doplňuje stejnojmennou krabičku, se skládá z pasivního chladiče a malého 5V ventilátoru vloženého do plastového stojánku.
Její montáž je jednoduchá. Stačí nalepit pasivní chladič na procesor, vložit stojánek na správné místo do krabičky a připojit koncovky kabelů ventilátoru na příslušné piny GPIO sběrnice.
Ačkoli jsou možná dvě různá zapojení, doporučuji pouze to, při němž je ventilátor napájen napětím 3,3 V tj. je připojen na piny 1 (červený drát) a 6 (černý drát). Při něm je jeho provoz mnohem tišší, než u 5V zapojení a k uchlazení Raspberry Pi 4B bez problémů stačí. Při plném výkonu v dříve popsaném testu teplota procesoru nepřesáhla 61 °C.
Aktivní chlazení tedy má značnou rezervu odvedeného tepla a proto může být použito i při vašich pokusech s přetaktováním Raspberry Pi 4B. V uzavřené krabičce Zonepi není ventilátor skoro vidět a pokud krabičku umístíte tak, aby její okolí nezesilovalo jeho jemné bzučení, nebude ho ani moc slyšet.
Pasivní chlazení pomocí krabičky KKSB
Ti, kdo upřesnostňují dokonale tichý provoz Raspberry Pi 4B, raději sáhnou po některé z kovových krabiček s integrovaným chladičem. Dobrou volbou bude jistě krabička Flirc o které jsem se už zmínil v článku Několik krabiček pro Raspberry Pi. Samozřejmě je nutné použít její verzi pro model 4B.
Pro následující test byla zvolena velmi podobná krabička KKSB, která je vyfrézována z masivního hliníku. Její tělo je stejně jako u krabičky Flirc opatřeno vystouplým chladičem, který se při montáži dokonale spojí s procesorem Raspberry Pi pomocí oboustranné tepelně vodivé pásky.
Toto spojení umožňuje vynikající odvod tepla z procesoru na celý povrch krabičky. Díky tomu byla nejvyšší dosažená teplota při testu v plné zátěži pouze 73 °C. Rezerva odvedeného tepla je sice nižší než u aktivního chlazení, ale přesto výborně dostačuje i pro nasazení s velkými výkonovými nároky.
Drážka pro zajištění nízkého útlumu signálu WiFi a Bluetooth spolu s červeně zářícím světlovodem kontrolní diody propůjčují průčelí krabičky vzhled, který mi připomněl Cylona ze seriálu Battlestar Galactica. Šedostříbrný matný povrch krabičky spolu s dokonalým zpracováním naznačují, že krabičku rozhodně nebude nutné nikam schovávat. Za luxusní frézované provedení se ale platí. Cena krabičky KKSB je zhruba na úrovni dvojnásobku ceny krabičky Flirc.
Shrnutí
Z průběhu měření je zřejmé, že pro nenáročné použití lze u Raspberry Pi 4B vystačit s nalepením malého pasivního chladiče. Ovšem všude tam, kde chceme zaručit, že výkon sestavy nebude degradován jejím přehříváním, se bez kvalitně provedeného chlazení neobejdeme. Dvě možnosti, které zde byly uvedeny, chladicí sada Zonepi Galaxy a krabička KKSB, naznačují dva možné směry řešení. Na otázku, zda zvolit aktivní nebo pasivní chlazení si už ale musí odpovědět každý sám.