Почему Raspberry Pi 4 нужен вентилятор и как его поставить



    Недавно Raspberry Pi Foundation представила Raspberry Pi 4 и заявила, что одноплатный компьютер «обеспечивает производительность уровня PC для большинства пользователей». Организация даже предложила настольный комплект Raspberry Pi 4.

    Настольный комплект включает в себя официальный корпус Raspberry Pi 4 — закрытую пластиковую коробку без вентиляции.

    Появление Raspberry Pi 4 с высокой производительностью и ценой всего лишь 35 долларов вызвало немалый энтузиазм у умельцев, которые давно полюбили эти одноплатники. Один из таких умельцев Джефф Гирлинг (Jeff Geerling) пишет, что использует «малинки» в различных проектах с момента их появления в 2012 году. Он говорит, что для многих моделей, включая крошечные Pi Zero и различные версии A+, вообще не нужен вентилятор или радиатор.

    И тепловые изображения, и точечные измерения с помощью ИК-термометра обычно показывают, что больше всего тепла выделяет SoC. И если присутствует хоть немного места для естественной конвекции (то есть в отсутствие вентилятора), то можно загружать Pi почти любыми задачами и не беспокоиться о нагреве.

    Но с Pi 4 совсем другая ситуация. Мало того, что процессор заметно нагревается даже при нормальной нагрузке, но и некоторые другие части платы тоже нагреваются до такой степени, что к ним трудно прикоснуться. Это и понятно, учитывая технические характеристики Pi 4:

    • четырёхъядерный 64-битный процессор ARM Cortex-A72 с частотой работы ядра 1,5 ГГц;
    • 1, 2 или 4 ГБ памяти (LPDDR4 SDRAM);
    • гигабитный Ethernet;
    • 802.11ac;
    • Bluetooth 5.0;
    • два порта USB 3.0 и два USB 2.0;
    • поддержка двух мониторов с разрешением до 4К;
    • графика VideoCore VI, поддержка OpenGL ES 3.x;
    • аппаратный кодек 4Kp60 для HEVC.
    • и т. д.

    Ниже тепловое изображение, сделанное с помощью тепловизора Seek. Здесь видны части платы, выделяющие максимум тепла после пяти минут работы без нагрузки:



    CPU/SoC нагревается примерно до 60°C, но металлический корпус хорошо распространяет это тепло по периметру. На инфракрасном изображении тепло от верхней части процессора несколько маскируется отражающей металлической поверхностью. Однако можно заметить яркие белые области в левом нижнем углу. Это схемы питания от входа USB-C. Данная область платы почти всегда сильно нагревается, а компоненты в этой области не отдают тепло как следует, в отличие от процессора в металлическом корпусе.

    Наконец, это изображение снято без нагрузки. Но если у вас появляется какая-то активность на USB-портах, то чип USB-контроллера (маленькое красное пятно справа) загорается ярким белым и тоже нагревается до 60-70°C. Обновление прошивки для Pi 4 помогает чуть охладить этот чип, но он всё равно сильно нагревается под нагрузкой.

    Итак, представьте, что вы действительно используете Pi 4 в качестве замены настольного компьютера, по крайней мере, с одним внешним жёстким диском USB 3.0, подключенным WiFi и прокачкой больших объёмов данных, с клавиатурой USB и мышью, несколькими открытыми окнами браузера (средний веб-сайт в наше время нагружает процессор не хуже топовой видеоигры), текстовым редактором и музыкальным плеером. Такой нагрузки достаточно, чтобы процессор начал дросселировать (троттлить) и снижать тактовую частоту менее чем через десять минут, как показало тестирование Джеффа.

    Почему дросселирование плохо? Две причины. Во-первых, оно не даёт использовать процессор на полной скорости: любые задачи займут больше времени. Во-вторых, это признак того, что отдельные компоненты Pi (обычно только CPU, но могут быть и другие компоненты) нагрелись настолько сильно, что это угрожает внутренним лимитам безопасности. При длительном использовании оборудования на такой температуре неизбежно ускоряется износ комплектующих.

    Если вы просто читаете Википедию и открываете простые веб-странички, то можете не достичь предела троттлинга. Но просмотр видео, прокрутка более сложных сайтов и переключение приложений довольно быстро доводят процессор до 80°C, особенно если он заперт в пластиковой коробке без вентиляции.



    Моддинг официального корпуса Pi




    Без какой-либо вентиляции компьютер в корпусе превращается в своего рода маленькую печку. Теплоотвод может немного помочь, но этому теплу некуда идти! Поэтому Джефф Гирлинг решил последовать примеру этого пользователя Reddit и вставить вентилятор в верхнюю крышку.

    Автор купил вентилятор Pi Fan на Amazon (продаётся комплектами по две или четыре штуки): он удобно ставится сверху над платой и поставляется с соответствующими винтами для монтажа. Вентилятор подключается непосредственно к контактам GPIO Pi и не нуждается в модификациях.



    Затем Джефф Гирлинг сделал отверстие в корпусе для вентилятора с помощью кольцевой пилы 1 1/8".

    Потом зачищаем отверстие наждачной бумагой (до 600 grit для действительно хорошей отделки), чтобы сгладить разрез после сверления. Вставляем вентилятор, рядом высверливаем четыре отверстия 7/64" для винтов, подключаем вентилятор к GPIO для питания: пин 4(5 вольт) и пин 6 (земля), см. диаграмму распиновки.



    Температура после установки вентилятора


    После установки вентилятора автор загрузил Pi, снова запустил stress --cpu 4 и оставил стресс-тест на час. Всё это время температура процессора держалась на уровне 60°C или ниже, что на 20°C ниже точки дросселирования (троттлинга).


    Джефф Гирлинг говорит, что запускал кластер Kubernetes с четырьмя Raspberry Pi 4 (подробнее см. в статье про Raspberry Pi Dramble), и со встроенными вентиляторами процессоры на этих платах тоже не показали признаков дросселирования, даже после запуска набора тестов, который нагружает всю систему в течение часа или более. Область вокруг плат немного нагревается (так как вентиляторы перемещают тепло), но это даже хорошо — тепло может рассеиваться в окружающий воздух, а не скапливается у самой платы.


    Raspberry Pi Dramble

    Автор говорит, что вентилятор шумит на уровне 50 дБ на расстоянии 30 см, это вполне терпимый звук. При работе вентилятор непрерывно потребляет 80 мА, так что имейте это в виду при подсчёте общего энергопотребления, например, если плата запитывается от солнечной батареи.

    Pi 4 нужен вентилятор


    Радиатор внутри официального корпуса Pi 4 практически не эффективен против троттлинга процессора (и, вероятно, других компонентов, поскольку все они очень сильно нагреваются). Металлические корпусы немного помогают, но по-прежнему предлагают только пассивное рассеивание тепла. По словам Гирлинга, он впервые использовал вентилятор с платой Pi 3 B+ для интенсивных вычислений (например, кластера Kubernetes), но для простых нагрузок её можно было использовать без вентилятора. Четвёртая модель — совсем другое дело. При установке в корпус ей практически постоянно нужен вентилятор, и даже удивительно, что в официальном корпусе изначально не сделано отверстие для лучшей естественной конвекции тепла.

    Есть и другие варианты. Вместо моддинга официального корпуса можно купить стороннюю модель уже со встроенным вентилятором. Но на самом деле моддинг тут совсем простой: достаточно всего лишь купить вентилятор за четыре доллара и сделать отверстие нужного диаметра. Можно ещё купить кольцевую пилу за семь долларов (которая пригодится в будущем) или просверлить отверстие другим способом.

    В любом случае, в настольном варианте без вентилятора никак: Raspberry Pi 4 очень сильно греется в пластиковом корпусе.
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 38

      +4
      Может есть смысл на обратной стороне и по бокам коробки сделать прорези, чтобы тёплому воздуху было куда уходить? А то тут он, скорее всего, еле-еле просачивается в совсем небольшие щели в местах, где разъёмы выведены. Да хотя бы и в самой этой же верхней крышке сделать выход — уже лучше будет, чем вот так.
        +3
        дросселирование

        Нет, серьезно?
          +1
          Видимо автор руководствовался википедией.
            0
            предлагается переименовать в Пропуск тактов.
            Недоруководствовался.
              0

              Я думал популярен термин "троттлинг", который, кстати, есть на скринах.

            +4
            Потом зачищаем отверстие наждачной бумагой (до 600 grit для действительно хорошей отделки)
            Текст переводил прораб-строитель.
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                +2
                Throttle — буквально и означает дроссель. Почему "троттлинг" в английском вас не смущает, а "дросселирование" в русском смущает?
                  0

                  Потому что есть устоявшаяся терминология.

                    0
                    Дросселированию лет на сто больше. Впрочем, и то, и это — де-факто, одно и то же слово, просто в разном произношении (обрусевших английском и верхненемецком, но языки оба германской группы).
                0
                для Raspberry Pi Dramble проще поставить с одной из сторон 12025 вентилятор, он по ширине 4-5 малин закроет
                  0
                  Не думаю, что мне нужен такой пи. Лучше уж я более простенькую старую версию возьму.
                    +1

                    А смысл? Ладно бы на старые модели цены упали. А так новый лучше по всем (ну, почти по всем) статьям и стоит столько же, а если проблема нагрева так беспокоит, можно просто на меньшей частоте гонять.

                      0
                      Но высокий нагрев-то, как пишут, в основном не только от процессора идет. Да и насколько андерклогинг уменьшит нагрев исследований пока нет.
                      0
                      С одним гигабайтом оперативки? Как по мне, лучше будет присмотреться к аналогам, многие из них ушли вперёд в техническом плане задолго до выхода Pi 4.
                      +1
                      вот и ложечки дегтя подоспели
                        +2
                        Не то, чтобы я был экспертом в техническом английском, но вроде дросселирование (индуктивностью) переводится как choking, а снижение тактовой частоты процессора для уменьшения тепловыделения — throttling, и в оригинальной статья речь идет как раз про второе. Устоявшиеся термины. Обычно так и пишут — throttling, не пытаясь обогатить русский язык, всем понятно, о чем речь.
                          +2
                          Вполне себе нормальный термин, устоявшийся в автомобильной тематике. «Дроссельная заслонка» например, больше отражает его смысл, чем «индуктивность». Странно, что применимо к процессорам его не стали переводить и подсунули уродский «троттлинг».
                            0
                            Да, жаль, но по всей вероятности, пользующие «троттлинг» недостаточно компетентны в бензиновых двигателях :)
                          0
                          Итак, представьте, что вы действительно используете Pi 4 в качестве замены настольного компьютера, по крайней мере, с одним внешним жёстким диском USB 3.0, подключенным WiFi и прокачкой больших объёмов данных, с клавиатурой USB и мышью, несколькими открытыми окнами браузера (средний веб-сайт в наше время нагружает процессор не хуже топовой видеоигры), текстовым редактором и музыкальным плеером.
                          Такое мог написать только человек, который никогда не использовал RPi в качестве настольного компьютера.
                          Я RPI3 один раз поставил сыну, чтобы он научился закрывать неиспользуемые вкладки браузера — там открыть больше 5 вкладок означает надолго подвесить систему. Возможно, с RPI 4 дела обстоят получше, но сомневаюсь, чтобы даже в 2 раза — память та же, шина памяти та же. Да, объем памяти больше — так он и не свопит особо.
                            +2

                            Память там теперь ддр4. Ну и тут размер решает, да. На 4гб уже можно как-то жить.

                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                              +2
                              если поискать, то есть
                              image
                              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                  0
                                  Стояла адская жара. Мы выживали как могли.

                                  image
                                  0
                                  Притом что есть пятивольтовые вентиляторы и в «настольном» исполнении у Pi свободны GPIO-пины, включая два пина с аппаратным ШИМ.
                                    0
                                    Прошу прощение за вклинивание, но я как раз стараюсь использовать 12 вольтовые вентиляторы в данной ситуации. При питании от 12 вольт они создают достаточный воздушный поток и шума от них практически нет. И да, на крупные чипы клею радиаторы. Практически везде вижу вместе с одноплатником в продаже сопутствующие компоненты, среди которых и радиаторы с самоклеющейся теплопроводящей пластинкой.
                                    image
                                  0
                                  Ну, во-первых, не нужно пихать Малинку в коробку. Это же кощунственно.

                                  Во-вторых, с вентилятором увеличивает и энергопотребление, и шумность, что не очень-то и весело.

                                  В-третьих, зачем этот изврат, если можно просто срезать верхнюю часть корпуса, и заменить ее на такую же алюминиевую? Правда потом придется подбирать условный медный брусок между процессором и алюминиевой пластиной, но бесшумность и энергопотребление того стоят.
                                    0
                                    Зачем подбирать медную прокладку? Есть же терморезина, для таких мощностей — более чем.
                                      0
                                      А если компаундом заливать, потянет?
                                        0

                                        Я не в курсе технологий и стоимости термопроводящих компаундов. С ходу — опасаюсь, что усаживающийся компаунд потянет за собой компоненты на плате и керамические конденсаторы потрескаются. Или то же самое может произойти из-за температурного расширения компаунда. Брать справочник и прикидывать надо, я не специалист в этой области. Я лично не слышал про применение термопроводящих компаундов в электронике, но это не значит, что они не применяются.
                                        Терморезина проще, на мой взгляд.

                                          0
                                          В банку с маслом.
                                      0
                                      А большой пассивный радиатор не спасёт?
                                        0
                                        Спасет, но пока его не будут выпускать массово — он будет дорогим. Туда нельзя тупо кусок меди над всей платой впихнуть — ухудшится охлаждение остальных компонентов, они тепло в воздух отводят, а циркуляции воздуха теплоотвод будет мешать. Можно, конечно, тупо плюхнуть большой кусок толстой терморезины между платой и теплоотводом, чтобы охлаждать всю плату контактным способом, но дорого такая конструкция встанет, все равно больше половины стоимости малинки.
                                        Чтобы мои слова не казались Вам абстрактным теоретизированием — сравните в инете цены на активные и пассивные радиаторы одинаковой отводимой мощности для процессоров.
                                        0
                                        В общем, ситуация как и с 3b+: под нагрузкой нужен кулер, в обычном режиме использования достаточно маленьких радиаторов.
                                        Я пока не успел попользоваться 4 версией, но уже ясно что для пк она не подходит. Для пк нужно что-то уровня пеньков, хотя бы.
                                          +1
                                          Мне недавно пришла рассылка от Seeed, и я сначала подумал, что по ней уже написали статью
                                          image
                                          20 баксов, зато ну точно не будет троттлить.
                                            +3

                                            Ок, проц вы так охладите, а остальные чипы: usb, питание?..

                                              +1
                                              Вангую, что пятой малине понадобится водоблок :)

                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                            Самое читаемое