Gehäuse / Kühler für den Raspberry 4

Mehr Leistung und mehr Stromverbrauch … dafür ist der Raspberry 4 mit seinem Quadcore Prozessor bekannt. Wie geht der Raspberry mit verschiednen Kühlern während eines Stresstest der CPU um?

Doch gemäß dem Energieerhaltungssatz löst sich die Energie, die man aus der Steckdose zieht nicht in Luft auf. Was passiert also mit dem Strom, den wir im vorherigen Beitrag gemessen haben?

Richtig! Es entsteht Abwärme die wiederum abgeführt werden sollte. Durch die geringe Fläche und den bescheidenen Wärmeleitwert der aufgelöteten Prozessoren steigen die Temperaturen, in Bereiche in denen gerne das sogenannte Derating auftritt. Das Derating beschreibt den Prozess der Drosselung einer Leistung um ein System vor Überhitzung zu schützen. Dieser Prozess startet beim Raspberry 4 ab etwa 85°C.

Ob ein Kühler nötig ist und welcher hilft habe ich in einem kleinen Selbstversuch getestet. Der Versuch lief im Keller bei konstanten 20°C Umgebungstemperatur ab mit einer Raspberry Debian Installation und laufendem FHEM, Webmin und PiHole im Idle Hintergrund.

Stressberry – die “Stress App”

Dazu kam ein Stresstest via Stressberry der folgendermaßen installiert und ausgeführt werden kann:

pip3 install stressberry --user

Ausgeführt wird mit folgendem Befehl. Dabei kann der Name der ausgebenden Datei natürlich nach belieben verändert werden. Dies ist vor allem nützlich, wenn mehrere Messreihen gefahren werden.

/home/pi/.local/bin/stressberry-run out.dat

Nach erfolgtem Stresstest kann geplottet werden. Auch hier ist der Dateiname frei wählbar. Das geplottete Bild befindet sich dann im User Ordner

/home/pi/.local/bin/stressberry-plot out.dat -o out.png

Die Messreihe

Durchgeführt werden vier Messreihen:

  • Alugehäuse aus Vollmaterial mit laufendem Lüfter
  • Alugehäuse aus Vollmaterial ohne laufenden Lüfter
  • Mini Alukühler direkt auf der CPU
  • Raspberry “Nackt”

Die Ergebnisse

Was sieht man auf der Auswertung? Ich habe die vier “Rohdaten” der Messreihe in Excel eingelesen und ein Diagramm inkl. der Prozessorfrequenz erstellt. Auf dem Stressberry Plott wäre nämlich jede Messung einzeln und ohne Frequenz zu sehen. Die Frequenz ist in diesem Falle wichtig, um das oben erwähne “Derating” zu erkennen.

Zu sehen ist, dass der Mini Kühler und der nackte Raspberry ohne jeden Kühler nahezu gleich reagieren. Die rote Kurve kratzt an der 75°C Marke und wäre sicherlich ins Derating gekommen, wenn der Raspberry nicht im schattigen Keller liegen würde.

Das schwarze und massive Gehäuse gönnt sich ohne Lüfter die gleiche Starttemperatur, reagiert jedoch deutlich träger auf die einwirkende Hitze des Raspberrys. Das Beste Ergebnis liefert natürlich das Gehäuse mit laufendem Lüfter.

Fazit

Die kleinen Kühler zum aufkleben können fast keine Wärme an die Umwelt abgeben und sind während der kurzen Lastphase bereits auf 70°C. Hier droht definitiv ein Derating, sollte der Raspberry an einem warmen oder Luftdichten platz sein und rechenintensive Aufgaben durchführen. Das Gehäuse aus Vollmaterial reagiert deutlich träger und flacht bei circa 63°C ab. Hier droht kein Derating.

Wer den Raspberry dauerhaft mit wichtigen Aufgaben im Betrieb hat und der Stromverbrauch keine Rolle spielt sollte sich ein Gehäuse aus Vollmaterial inkl. Lüfter anschaffen. Der Lüfter gönnt sich 1 Watt. Somit steigt natürlich der Stromverbrauch, der bei Akkubetrieb nicht zu vernachlässigen sein sollte.

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