Raspberry Pi 4 は、以前の Pi 3B+から優れたアップグレードを提供しますが、新しいモデルを過熱から守ることは困難な場合があります。ユーザーは、Piを屋外で稼働させることから、ファンを取り付けた冷却装置を利用することまで、この問題に対処するためにさまざまな方法を試してきました。しかし、これらの方法はどれほど効果があるのでしょうか?プロセッサ (Broadcom BCM2711B0クアッドコアA72 SOC (システム オン チップ)) を冷却するために、「ICEタワー」と呼ばれるものを入手することが本当に必要ですか。それとも、上部にフィンが付いたアルミニウムのブロックで十分でしょうか。
何が機能し、何が機能しないかを把握するために、ファン付きとファンなしの両方で、さまざまなラズベリーパイ ヒートシンクと冷却ソリューションをテストしました。私は、SOCを限界までストレスをかけるように設計された「cpuburn」というプログラムを使用して、Piがどれくらい熱くなるかをテストしました。
システム設定
対照群: 屋外、追加冷却なし
最初の実験では、Raspberry Piの動作条件をシミュレートする「stress」というプログラムを実行しました。数分後、温度は75 〜 77 ℃ の間で変動し始めました。かなり高温ですが、まだ機能しています。° °少なくとも短時間はこの負荷に耐えられることがわかったので、CPUバーン プログラムを実行しました。80°Cに達するまでに3分13秒かかり、Piが損傷を避けるために自らスロットルを絞り始める温度に近づきました。両方のプログラムのインストールおよび使用手順はオンラインで確認できます。
私はそこで停止し、他のテストを3分間実行し、10分後にいくつかの追加テストを実行するつもりでした。私は、このテストと他のテストを、室温が約21℃の部屋で行いました。° C、または70° F、通常変動は最大-5° F、または -3° C.
Raspberry Piテスト1: ヒートシンク、ファンなし、サーマルテープ
結果: 74° 3:00にC
SOC開始温度: 44° C.おそらく最も基本的な冷却方法として、私は15mm x 15mmの小さな ヒートシンク ボードのメインSOC上。The results were about what you would expect: things improved, but not dramatically.
Raspberry Pi Test 2: 15x15x6.7mm Heat Sink, Fan, Thermal Tape
Result: 46°C at 3:00
SOC start temperature: 38°C.For the second test, I put an underpowered fan from an old PC (12V fan, running on 5V USB power) next to the Pi with its previous setup.This small change made a huge difference, reducing the 3:00 temperature by nearly 30°C.
Raspberry Pi Test 3: 15x15x6.7mm Heat Sink, No Fan, Thermal Paste
Result: 72°C at 3:00
SOC start temperature: 39°C.For the third test, I used thermal paste instead of thermal tape.While the resulting temperature was lower than the thermal tape measurement, the starting temperature was also lower.In this specific case, the difference between thermal tape and thermal paste seemed insignificant.
Raspberry Pi Test 4: Oversized (44 x 25 x 30mm) Scrap Heat Sink, No Fan, Thermal Paste
Result: 47°C at 3:00
SOC start temperature: 32°C.I had on hand a comically large heat sink from a previous project and decided to see how it would perform on this test using thermal paste.This test produced a 3:00 temperature of 47°C, which is a significant improvement over the previous passive solutions, though the starting temperature was also quite low.Size matters, at least as far as heat dissipation is concerned.
Raspberry Pi Test 5: Case with Built-in Fan, Small Heat Sink, Thermal Tape
Result: 44°C at 3:00; 45°C at 10:00
SOC start temperature: 28°C.Now we move on to the "more involved" solutions, this case included small heat sinks for multiple chips, but I only applied one to the main SOC with the thermal material that came stuck to it.With a 3:00 time of 44°C, this solution produced the best temperature yet.Still, it was only a few degrees cooler than the oversize passive solution from Test 4 (note that the starting temperature was also lower in this test).
While the case I used allowed access to the ports, my USB-C cable with its plastic material didn't fit without loosening the case significantly.This annoyance shouldn't affect thermal performance, but it was less than ideal.
In this test, the fan plugs into the Pi's 5V and ground connectors, providing power without any extra hardware.I used the same setup in the ICE Tower cooler in Test 6 below.
Raspberry Pi Test 6: ICE Tower
The ICE Tower stands guard against Raspberry Pi thermal damage.
I ran three trials with this interesting cooling solution:
- Trial 1: Included thermal tape, fan on
SOC start temperature: 28°C.
Result: 40°C at 3:00; 42°C at 10:00 - Trial 2: Included thermal tape used, fan off
SOC start temperature: 28°C.
Result: 45°C at 3:00; 53°C at 10:00 - Trial 3: Used thermal paste used instead of thermal tape, fan on
SOC start temperature: 25°C.
結果: 3:00に33°C、10:00に34°C
ファンをオフにすると、このソリューションは、開始温度が低い場合でも、これまでのところ最良の結果を生み出しました。サーマルテープとの併用も効果的ですが、サーマルテープの代わりにサーマルペーストを使用すると、パフォーマンスがさらに大幅に向上します。
Raspberry Piテスト7: パッシブ アルミニウム冷却ケース
パッシブアルミニウムヒートシンクケース: 強力、暗く、効果的。
結果: 3:00に43°C、10:00に51°C
SOC開始温度: 29°C。このケースには、Piにボルトで固定する上部と下部の部品が付属しており、3つのチップの上に金属製の「パッド」が置かれています。ケースにはサーマルテープも付属していますが、代わりにサーマルペーストを使用しました。このテストは、ヒートシンクに複数のチップを接続した唯一のテストでもありました。
このケースは、巨大なヒートシンク領域を備えており、私のテストで最高のパッシブ冷却ソリューションを提供します。テスト5では、3:00の時点ではアクティブ ソリューションよりもパフォーマンスが優れていましたが、10:00の時点ではより高温でした。私の推測では、周囲の質量が熱くなるにつれて、ケースがチップから熱エネルギーを素早く引き離す能力は低下すると思われます。
Raspberry Pi 4の冷却ソリューション: 最終的な考察
安価な解決策でも違いを生み出すことができます。
1つの記事で、 Raspberry Pi に使用できる膨大な数の熱ソリューションを網羅することはできませんが、最も一般的な方法のいくつかを取り上げました。Piを冷却するデバイスをより自信を持って選択するためのコンテキストと情報が得られることを願っています。結果とテストプロセスに関する最終的な考察をいくつか紹介します。
- サーマルペーストとサーマルテープ: 最も基本的なサーマルパッドの場合、テープとペーストのどちらを選択するかはそれほど重要ではないようです。しかし、ICEタワーの場合、サーマルペーストの性能ははるかに優れていました。私の理論では、低温ではペーストまたはパッドの相対的な熱伝導率を評価することがより困難になります。また、最初の実験とICEタワーでは異なる種類のサーマル テープを使用したため、品質の問題がある可能性もあります。
機械的には、サーマルペーストはヒートシンクをチップに接着しますが、サーマルテープはコンポーネントを一緒に保持するのに優れています。用途に応じて、ペーストとテープにはそれぞれ利点があります。
- HAT: テスト1から3のような非常にスリムなヒートシンクを使用している場合を除き、適切な熱ソリューションにより、多くの Raspberry Pi HAT (上部にハードウェアが取り付けられている) が除外されます。Piの外側にファンを配置することもできます。また、一部のハードウェアでは、より回りくどい構成でこれを可能にする可能性がありますが、検討する価値はあります。
- 開始温度とテスト手順: SOC開始温度は、これら7つのテスト全体で変化することにお気づきかもしれません。この差異は意図的なものではありませんが、いくつかの要因によって生じました。
- 以前のテスト
- デバイスを安定させるのにどれくらい時間がかかるか
- cpuburnプロセス開始前の冷却ハードウェアの効率
私は 使用手順に従い、次のコマンドを実行しました。
trueの場合、vcgencmd measure_clock armを実行し、vcgencmd measure_tempを実行し、10分間スリープし、完了しました。./cpuburn-a53。
「a53」の部分はRaspberry Pi 3B+ を意味しますが、Pi 4でも動作します。テストを通じて一貫性を保ったので、各冷却ソリューションの相対的なパフォーマンスは依然として意味を持ちます。
- 最高のRaspberry Pi冷却ハードウェア: 結局のところ、お金で買える最高の冷却装置が欲しい場合 (水冷装置に頼ったり、Raspberry Piを鉱油に埋め込んだりしなくても)、 ICE Tower が断然のチャンピオンです。特典として、点滅するライトとかすかなファンの回転により、周囲の人々にあなたの素晴らしさを知らせることができます。優れた冷却特性を備えた、より控えめなソリューションを求めるなら、Test 7の金属製ケースが私の次の選択肢です。Piを冷却する優れた機能を備えているだけでなく、静かで余分な電力を消費せず、かなり大きな人間が踏んでもPiが耐えられるほど頑丈であるように見えます。
何を選択したとしても、メインSOCに取り付ける単純なヒートシンクであっても、Raspberry Pi用の何らかのヒートシンクがあると非常に役立ちます。Raspberry Pi 4を使い始める方法 について詳しくは、こちらをご覧ください。