Koel je Raspberry
De nieuwe vierde generatie Raspberry Pi’s beschikt over een rappe SoC. En die wordt ook al snel warm. Niet handig, want daardoor wordt het systeem trager.
Ronald Smit
De Raspberry Pi 4 is een rap micro-systeempje. Sinds vrij kort is de single board-computer ook met maar liefst 8GB RAM leverbaar, wat ‘m nog weer beter als energiezuinig desktop-alternatief geschikt maakt. Plak een Pi achterop je tv of een HDMI-monitor en je hebt – mits alles is aangesloten – een weinig ruimte innemende computer waar de meeste kantoor-desktop-apps als bijvoorbeeld Libre Office, Thunderbird, Firefox en noem maar op prima op draaien. Dat alles is niet alleen te danken aan de ruimere hoeveelheid RAM die de vierde generatie te bieden heeft (kies uit 2, 4 of 8 GB), maar ook aan de rappe quadcore SoC. Waarbij SoC staat voor System On a Chip. In die SoC tref je niet alleen de vier CPU-kernen aan, maar ook een GPU die onder meer gamen mogelijk maakt. Verder is voorzien in (écht) Gigabit LAN, dual band ac wifi en bluetooth. Dat alles zit verpakt in een akelig kleine hoeveelheid chips, het meeste in de SoC zelf. En die wordt dus best warm, heet zelfs als hij eens stevig op z’n start wordt getrapt. En dat levert een wat verraderlijk gedrag van je Raspberry op. Je merkt er aan de buitenkant niet zo heel veel van, maar je systeem gaat – zeker bij wat zwaardere software – wat stroperiger aanvoelen. Dat komt omdat de kloksnelheid van de SoC snel naar beneden gaat als de temperatuur oploopt. Voor veel embedded toepassingen zonder grafische gebruikersinterface meestal wel te overleven, maar als je net wat meer wilt loop je dus telkens weer tegen een onder de maat presterend systeempje aan. Zonde!
Koelen maar!
Gelukkig is de SoC zelf op het moederbordje van de Raspberry Pi van een metalen bovenkant voorzien. Dat biedt perspectieven, want nu kan immers een koelblokje gemonteerd worden. Zo’n goedkoop vierkant blokje biedt je al wat extra ademruimte. Maar er zijn meer mogelijkheden onder de zon. Waarbij je moet bedenken dat goede koeling de micro-computer betrouwbaar en continu snel maakt en houdt.
De simpelste manier
Er zijn zoals gezegd diverse oplossingen. Geen van allen kosten ze heel veel geld en we hebben ze hier bijna allemaal in handen gehad (of nog altijd in gebruik). Bij de Raspberry Pi 3 (en eerder) komt je nog weg met het klassieke koelblokje. Zoek op bijvoorbeeld eBay naar Raspberry Pi x heatsink (waarbij je voor x het versienummer van jouw Pi invult) en je wordt getrakteerd op een lange lijst. Let goed op de prijs, want meer dan een euro of vier hoeft deze oplossing in principe niet te kosten. Bestellen in China levert momenteel (nóg, want dat gaat dankzij Brusselse bemoeienis vanaf januari volgend jaar helaas veranderen) nog de laagste prijzen op, maar je moet dan wat levertijd betreft iets meer geduld hebben. Let op dat er een thermisch geleidend dubbelzijdig stukje tape wordt meegeleverd. Daarmee plak je het koellichaampje op de SoC. Meestal krijg je een setje met koelblokjes voor alle chips die warmer worden, twee of drie is gebruikelijk. Check goed welk koelblokje op welke chip hoort. Fout plakken is een probleem, want de tape is maar eenmalig bruikbaar (maar ook dat spul is gewoon op rollen te koop, misschien maar meteen een rol mee bestellen als je weet dat je soms net de verkeerde combinatie kiest in dit soort situaties…). Als je opnieuw gaat plakken, is het zaak om zowel koelblok als chip helemaal vrij te maken van plakresten! Zitten de blokjes eenmaal op hun plaats, dan kun je de Raspberry Pi vervolgens gebruiken als normaal. Let op dat de blokjes flink heet kunnen worden.
Koelblokjes zijn de simpelste en goedkoopste manier om je Raspberry wat koeler te houden.
Actieve budget-koeling
Een meer efficiënte koeling is actieve koeling. En die bestaat in z’n meest simpele vorm uit een koelplaat met daarop een of zelfs twee ventilatoren. Ook hier wordt het geheel weer met dubbelzijdig thermisch geleidend (dat laatste is wel heel essentieel, gebruik nooit standaard dubbelzijdige tape) op de SoC en meestal ook meteen de naastliggende chip gemonteerd. De fans krijgen hun voeding via pinnen op de GPIO-connector, wel zo makkelijk. Na monteren en aanzetten zul je nu op een aanzienlijk koeler blijvende Raspberry getrakteerd worden. Nadeel van deze methode is dat het geheel vaak niet meer in een standaard behuizing voor de Raspberry past. Vooral interessant dus voor zelfbouwprojecten waarbij de Raspberry ruimte genoeg heeft om een plekje te vinden.
Sandwich voor het betere koelwerk
Weer een stapje verder gaat een uitgebreidere koel-module die vooral voor de Raspberry Pi 4 interessant is. Deze bestaat uit twee helften die op elkaar worden geschroefd. Ook meegeleverd zijn – deze keer enkelzijdig plakkende – thermische geleiders. Lees goed in de meegeleverde handleiding waar je die pleegt te plakken! Zodra je de beide helften van de module op elkaar schroeft, maken de warmtegeleiders contact met de behuizing. Voilà: de warmte van de chips kan nu afgevoerd worden naar het koellichaam. Om de zaak helemaal compleet te maken zitten er op het koellichaam ook weer een of twee ventilatoren, die hun voeding van de GPIO-connector krijgen. Feitelijk is een op deze manier gemonteerd systeem een soort van hybride; ofwel een mix tussen inbouw en los bruikbaar. Inbouwen is ideaal, want de GPIO-connector is bijvoorbeeld vrij toegankelijk (maar niet afdekbaar). Gebruik als losse module is eveneens een optie, maar dan vooral als je veel experimenteert en je regelmatig zaken op de GPIO-connector aansluit. Doe je dat niet, dan is het toch wat riskant. De pinnen van de connector blijven zoals gezegd blootliggen, en er is dus altijd een risico op een onbedoelde sluiting waardoor de Raspberry defect kan raken.
En hier een Raspberry voorzien van een ‘sandwich-koelmodule’. Let – zo leert de ervaring – trouwens op dat de voedingsdraadjes van de fans een of beide mini-ventilatortjes niet blokkeren of afremmen.
Hippe behuizing met ingebouwde koeling
En daarmee komen we bij de laatste categorie koeloplossingen aan: de behuizing met geïntegreerd koellichaam én een of meer fans. Die zijn het ‘duurst’, maar zeker niet onbetaalbaar. Je hebt ze als setje bestaande uit een simpele plastic behuizing, de eerdergenoemde koelblokjes en een ingebouwde fan. Werkt, maar is niet ideaal. De mooiste behuizing (tot nu toe) die we tegenkwamen op bijvoorbeeld Amazon is de Argon One, die je voor minder dan €25 moet kunnen scoren. Hier wordt gebruik gemaakt van hetzelfde principe als de ‘sandwich-module’, ofwel metalen onderdelen van de behuizing maken – via een thermische geleider – contact met de behuizing. Daarin zit een fan verwerkt die voor afdoende koeling zorgt. De benodigde aansluitingen zijn via een eveneens meegeleverd extender-printplaatje naar buiten gevoerd. Aardig detail is verder een aan/uit-knop. Het geheel is ideaal om je Raspberry-project netjes afgewerkt mee in gebruik te nemen. Dit past prima naast je Hifi, bijvoorbeeld (als audiostreamer op basis van Volumio bijvoorbeeld). Of je gebruikt ‘m als videostreamer bij je tv. Of retro-gameconsole. Of… Ach, vul zelf maar in. Het eindproduct oogt in ieder geval professioneel, waarbij de GPIO-connector ook nog eens keurig achter een klepje verborgen is.
