ラズパイ4のCPUを50℃以下で運用可能なICE Tower Cooling Fan

前回、ラズパイ4の猛暑対策としてラズパイには少し大掛かりなゴツいCPUクーラーを導入するお話でした。それぞれ温度を計測してみましたのでご紹介します。

前回の記事も合わせてご覧ください。

2020.08.07

ラズパイ4の猛暑対策、まるでPCのようなCPU冷却ファンICE Tower Coolerで冷やす

長雨が一転、8月に入ってから全国的にも猛暑や酷暑に身体が堪えます。同様にRaspberry Piも温度が上がりやすいため、いつもよりも気を...

計測はコマンド

計測は非常にシンプルです。Raspberry Pi OSに用意されているコマンドで計測するだけです。

アイドル状態（起動しただけ）で計測を始め、続けてCPUに負荷をかけて測ります。測った時間は十数分間です。

CPU使用率を100％までコマンドを実行しました。（別スレッドで4回実行）

温度の取得はコマンドです。

vcgencmd measure_temp

これだと毎回実行しないとなりませんから、ループさせます。list.txtとして出力させてます。

while true; do vcgencmd measure_clock arm; vcgencmd measure_temp; sleep 10; done > /tmp/list.txt

CPUへの負荷もコマンドで行いました。ターミナル画面は2枚でそれぞれ計測用と負荷を与える用で分けて実行してください。

yes > /dev/null

/dev/nullに”y”を無限に出力するコマンドになっています。

1回のコマンドでCPU使用率をみてみると25%を使用になっています。これを新しいタブまたはウィンドウで4つ実行すると100%の使用率になりました。

どちらも終える時ターミナルで Ctrl + C を押下して強制終了させます。

外気温と室温はおおよそです。

サーマルスロットリングが働くのは80℃以上です。

サーマルスロットリングが発生することを考えないでも済む温度、60℃程度までは普段でも可能なのですが、猛暑ということもあり、なるべく低い温度で運用したいと思います。

初回計測

先ず、最初に気温が約30℃を超えたくらいの午前中に計測しました。
室内はエアコンを付けずに窓での換気のみです。恐らく部屋も同じくらい（温度計がない）だと思ってください。

この温度だと正直、風が無いときは汗が止まりません。このまま室内で過ごすならばエアコンを点けますからラズパイにも良い環境になります。

ただ、常時起動しているサーバーなどは、人が居る居ないを問わずなので、常にエアコンがかかっているワケではありません。

先ずはファンは取り付け、何もさせない状態で計測してみます。

取得した温度リストを確認してみます。

frequency(48)=600169920
temp=39.0'C
frequency(48)=600117184
temp=40.0'C
frequency(48)=600117184
temp=38.0'C
frequency(48)=600169920
temp=40.0'C
frequency(48)=600169920
temp=40.0'C
frequency(48)=600117184
temp=38.0'C
frequency(48)=600169920
temp=40.0'C
frequency(48)=600117184
temp=40.0'C
frequency(48)=600169920
temp=39.0'C

およそ、39℃か40℃です。室温よりも10℃くらい高い状態でした。ちなみにこれはファンが横置きのロープロファイルのCPUクーラーです。

この状態でも、これまで計測してきたケース＆ファンよりも冷えていますね。

室内の気温が高いので、これでも他のケースに比べればかなり低い温度だと思います。一応、これを参考にして、それぞれのCPUクーラーの温度を比べてみてください。

一般的な密閉型ケースだと60℃くらいが多いでしょう。

縦置き型と横置き型は、僅かですがそれぞれ排熱効率は異なります。

横置き型「ICE Tower Coolling Fan」

室温：27℃（エアコン使用）

frequency(48)=600169920
temp=35.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=35.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=35.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=35.0'C
frequency(48)=600169920
temp=36.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=37.0'C
......
frequency(48)=1500398464
temp=49.0'C
frequency(48)=1500398464
temp=49.0'C
frequency(48)=1500398464
temp=50.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=49.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=48.0'C
frequency(48)=1500398464
temp=49.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=49.0'C

エアコンで27℃を保っている涼しい部屋の場合、計測されたのは、アイドル状態で37℃、負荷をかけても50℃程度でした。

アルミ製のケースでもアイドル時で40℃後半、高負荷では60℃近くなるケースもある中、かなり温度が抑えられます。

難点は、ロープロファイルとはいえ、それなりの高さが必要ですから、通常のケースのようにはいきません。

縦型と見た目で決めても良さそうです。

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縦型「NEW ICE Tower Cooler」

室温：27℃（エアコン使用）

frequency(48)=1500345728
temp=36.0'C
...
frequency(48)=1500345728
temp=45.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=46.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=46.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=46.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=48.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=48.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=48.0'C
frequency(48)=1500398464
temp=47.0'C
frequency(48)=1500398464
temp=49.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=47.0'C
frequency(48)=1500398464
temp=48.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=48.0'C
frequency(48)=1500398464
temp=48.0'C
frequency(48)=1500398464
temp=48.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=49.0'C

こちらは負荷をかけても50℃はなかなか現れませんでした。49℃が最高値です。

誤差といえば誤差ですが、同じように見える縦と横の製品でも、冷却用フィンがより面積が大きい縦型の方が効果が高いと思われます。ファン自体が横に向きについているからでしょうか。

室内の温度や設定する環境に依っても変わります。

非常によく冷えることは見た目通りです。横型よりも僅かに温度が低く安定しています。

難点は、取り付けた時の高さでしょう。設置場所は限られてきます。

GPIO接続のYahboom RGB HAT

室温：27℃（エアコン使用時）

frequency(48)=600169920
temp=38.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=40.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=41.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=42.0'C
...
frequency(48)=1500345728
temp=53.0'C
frequency(48)=1500398464
temp=52.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=53.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=51.0'C
frequency(48)=1500398464
temp=51.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=52.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=52.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=51.0'C
frequency(48)=1500398464
temp=52.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=52.0'C
frequency(48)=1500345728
temp=53.0'C

このHAT型もファンがCPUに近いため冷える方だと思います。ICE TOWERに比べると、やはり冷却ファンがないため4〜5℃は高い温度でした。

また、こちらはドライバやプログラムでLED、ファン回転などを制御できるのがウリになっています。

但し、非常に分かりづらい･･･。

プログラムはgithubからダウンロードします。PDFのマニュアルもあります。それでも分かりづらい。Raspberry Pi 専用というわけではないため、余計に分かりづらくなっていますね。

ドライバをあてられる玄人にはオススメします。初心者は避けた方が無難です。

ファンの電源コードの取り回し

縦型の「NEW ICE Tower Cooler」は、個体差に依ると思われますが、取り付けられているファンの状態では電源を取るコードがGPIO端子に届きませんでした･･･。

この場合は仕方ないので、ファンを一度取り外し、固定する向きを変えました。

向かって右下から生えていたコードを左下へ向きを変えて再度固定することで、画像のように上手くGPIO端子へ届きました。

これならコードの長さからして、ちょうど良い位置です。

もしも同じように届かないと思ったら位置を変えましょう。

ファンの音

ファンの音がどうなのか気になるところでしょう。

結論から言えば、ICE TOWERの2つはほとんど音はしません。耳を近づけないと分かりません。音声を撮ろうと思ったら撮れないくらいでした。

RGB HATの方は、気にはならない程度の小さい音はします。プログラムでファンコントロールできますから、通常だと最大の回転数だと思います。小さい音ですけどね。

よく冷える

エアコンが付いていない30℃超えの室内でも、許容範囲の温度だと思います。お手軽なアーマーケースも健闘している中、やはりファンと冷却フィンが付いているのは大きい！

難点は、ユニットがかなり大きいため、既存のケースには収まらないことです。

どうしてもオープンケースタイプで挟む形になるため、設置場所は限られるかも知れません。

それでも暑い夏に、あまり温度の上昇を気にせず、ラズパイのパフォーマンスを最大に発揮できることは安心です。

個人的にはLibreelecなど動画を再生させるために常時稼働させているラズパイに採用したいと思いました。

どれもLEDが光るタイプでしたので、好き嫌いは分かれると思います。LEDが気にならない、または好みだという方は手を出しても良い製品です。

今回使用したCPUクーラー

GeeekPi Raspberry Pi 4ファン、Raspberry PiロープロファイルCPUクーラー

5mmの銅管;極度の熱放散。定格電力0.4W @ 5V、0.08A。スーパークールファン背景ライト。

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猛暑の夏だけではなく、置く場所によってはこういった冷却ファンは有効ですね。