![\"\"](\"https:\/\/u-labs.de\/portal\/wp-content\/uploads\/2023\/12\/rpi4_passiv.jpg\")
<\/a><\/figure>\n<\/div>\nAktiv gibt es zwei Varianten: Entweder wird zus\u00e4tzlich ein L\u00fcfter auf den K\u00fchlk\u00f6rper angebracht, der diesen Effekt durch die Zufuhr von Frischluft verst\u00e4rkt. Oder der L\u00fcfter ist im Geh\u00e4use eingebaut und bl\u00e4st damit mehr oder weniger direkt auf die warmen Bauteile. Am effektivsten ist die Kombination von K\u00fchlk\u00f6rper mit L\u00fcfter, wie es in X86 PCs seit langem Standard ist. Zumindest passive K\u00fchlk\u00f6rper waren schon dort eine sinnvolle Investition, die man f\u00fcr wenige Euro in vielen Shops dazu kaufen konnte. Schon damit wurde der Pi einige Grad k\u00fchler.<\/p>\n
Neu ist allerdings der st\u00e4rkere Prozessor des Raspberry Pi 5. Mehr Leistung f\u00fchrt oft auch zu einer h\u00f6heren Abw\u00e4rme, wie man im X86 PC-Bereich deutlich sehen kann: Dem Intel i486 aus den sp\u00e4ten 1980er Jahren gen\u00fcgte ein K\u00fchlk\u00f6rper, der kleiner als eine Schnitte Hanuta war. Der darauf aufgesetzte L\u00fcfter war noch kleiner. Auch der 1992 vorgestellte i486DX2 hatte einen derart kleinen K\u00fchler, wie man ihn heute h\u00f6chstens noch von aktiven Chipsatzk\u00fchlern kennt.1<\/a><\/sup> Bereits seit Jahrzehnten sind beide deutlich gewachsen. Es ist seit l\u00e4ngerem \u00fcblich, st\u00e4rkere Prozessoren mit 120mm und L\u00fcftern gr\u00f6\u00dfer als eine Faust auszustatten, damit sie unter Last keinen extremen L\u00e4rm verursachen.<\/p>\n Ab 80\u00b0C Prozessortemperatur beginnen alle Raspberry Pis, sich zu drosseln! Eine zweite, st\u00e4rkere Drosselung greift bei 85\u00b0C. Dies soll \u00dcberhitzung verhindern.2<\/a><\/sup>3<\/a><\/sup> Somit k\u00f6nnt ihr ab 80\u00b0C nicht mehr die volle Leistung nutzen, bis sich die CPU wieder abk\u00fchlt. Generell wirken sich (insbesondere dauerhaft) hohe Temperaturen negativ auf Hardware aus und kann deren Lebensdauer verk\u00fcrzen. <\/p>\n Man sollte au\u00dferdem nicht zu knapp kalkulieren und bedenken, dass die Raumtemperatur einen erheblichen Einfluss darauf haben kann. Ein Raspberry Pi im Keller bei ~10\u00b0C wird sich beispielsweise weniger stark aufheizen, als in einer Dachgeschosswohnung. Bei schlechter oder nicht vorhandener D\u00e4mmung sind Temperaturen deutlich jenseits der 30\u00b0C im Sommer keine Seltenheit. Letzteres ist f\u00fcr einen Raspberry Pi ohne K\u00fchlung eine Herausforderung – vor allem, wenn er sich selbst durch Arbeitslast erheblich erw\u00e4rmt.<\/p>\n Es macht daher Sinn, sich vorher Gedanken zu machen, welche Temperaturen am gew\u00fcnschten Einsatzort \u00fcber das Jahr verteilt zu erwarten sind. Und dar\u00fcber, wie f\u00fcr Bel\u00fcftung gesorgt werden kann. Insbesondere wenn der Raspberry Pi irgendwo eingebaut wird, kann sich unter Umst\u00e4nden die Hitze stauen, wenn keine Ma\u00dfnahmen zur K\u00fchlung eingeplant sind. Im Zweifel die Temperatur messen sowie beobachten.<\/p>\n Der Raspberry Pi 5 geht zwei Schritte weiter: Als Zubeh\u00f6r wird ein passiver K\u00fchlk\u00f6rper mit aufgesetztem L\u00fcfter angeboten, also eine aktive K\u00fchlung. Zus\u00e4tzlich besitzt er einen extra Anschluss f\u00fcr den L\u00fcfter, der PWM unterst\u00fctzt.4<\/a><\/sup> Bei inoffiziellem Zubeh\u00f6r f\u00fcr den Raspberry Pi 4 wurde der L\u00fcfter meist \u00fcber die 5V der GPIO-Ports mit Strom versorgt.<\/p>\n Das hat mehrere Nachteile: Der L\u00fcfter muss bei 5V bereits anlaufen, was – je nach Modell – ein Problem sein kann, da diese i.d.R. f\u00fcr 12V ausgelegt sind. Bei 5V erreicht er selbst dann nur einen Teil seiner Drehzahl, die er aber unver\u00e4ndert beibeh\u00e4lt. Per Skript k\u00f6nnte man sich eine rudiment\u00e4re Steuerung selbst bauen, in dem man einen weiteren GPIO-Port als softwaregesteuerten Schalter nutzt. In jedem Falle ben\u00f6tigt all das Platz. Wer ein enges Geh\u00e4use hat oder sich die GPIO-Ports \u00fcber z.B. ein Flachbandkabel nach au\u00dfen holen m\u00f6chte, bekommt Probleme. All das sind Gr\u00fcnde, um beim Raspberry Pi m\u00f6glichst nur auf passive K\u00fchlung zu setzen, falls m\u00f6glich.<\/p>\n Der PWM-Anschluss des Raspberry Pi 5 l\u00f6st viele dieser Probleme: Er ist eigenst\u00e4ndig, d.H. die GPIO-Leiste bleibt komplett frei. Per Pulsdauermodulation kann die Drehzahl gesteuert werden. Vereinfacht gesagt gibt es eine Datenleitung, \u00fcber die man die gew\u00fcnschte Drehzahl an den L\u00fcfter kommuniziert – statt dies eingeschr\u00e4nkt \u00fcber die Spannung zu regeln. Selbst gebastelte Skripte sind daf\u00fcr nicht n\u00f6tig – Eine eingebaute L\u00fcftersteuerung reguliert den L\u00fcfter, je nach Prozessortemperatur.<\/p>\n Au\u00dferdem ist das offizielle Geh\u00e4use darauf ausgelegt, damit der Raspberry Pi 5 inklusive K\u00fchler hinein passt. F\u00fcr den K\u00fchler hat er zudem zwei eigene Befestigungsl\u00f6cher spendiert bekommen<\/a>. Ein HAT (z.B. um M.2 SSDs per PCI-Express anzuschlie\u00dfen<\/a>) soll daher auch mit verbautem K\u00fchlk\u00f6rper m\u00f6glich sein.<\/p>\n Damit du besser einsch\u00e4tzen kannst, ob f\u00fcr dich der K\u00fchler notwendig oder eher optional ist, habe ich mehrere Messungen durchgef\u00fchrt: Auf einem Raspberry Pi 5 wurde der K\u00fchler montiert. Hier habe ich jeweils mit angeschlossenem L\u00fcfter und ohne angeschlossenen L\u00fcfter getestet, d.H. aktiv und passiv gek\u00fchlt. Der zweite Raspberry Pi 5 lief ohne weiteres Zubeh\u00f6r, also keinerlei externe K\u00fchlung. Die Messungen wurden in der Reihenfolge der Szenarien durchgef\u00fchrt. Vor Beginn des ersten Szenarios k\u00fchlte der Pi ab, um die Ergebnisse nicht durch eine st\u00e4rkere Erw\u00e4rmung im vorherigen Lauf zu beeinflussen.<\/p>\n Die Tests fanden auf einem frisch installierten Raspberry Pi OS 12 (Desktop, 64 Bit) unter Verwendung des offiziellen 5A Netzteils statt. Die Raumtemperatur betrug ca. 20\u00b0C. Angeschlossen war jeweils nur ein Ethernet-Kabel f\u00fcr die Netzwerkanbindung und ein USB-Stick der Bluetooth-Tastatur. Alle Tests (mit Ausnahme der im Browser) wurden per SSH von einem anderen PC aus gestartet.<\/p>\n Der kalte Raspberry Pi 5 (lief zuvor nicht) mit installierter Desktopumgebung wurde gestartet, ohne weitere Programme zu \u00f6ffnen – es l\u00e4uft also nur ein leerer Desktop. Nach 5 Minuten Wartezeit habe ich die Temperatur gepr\u00fcft. Der Wert ohne L\u00fcfter ist h\u00f6her, da dieser erst ab 50\u00b0C anspringt. Unter 50\u00b0C wird der Pi somit immer rein passiv gek\u00fchlt. Man kann beobachten, wie die Temperatur im Leerlauf langsam, aber konstant \u00fcber die Zeit ansteigt. Zum Triggern des L\u00fcfters reicht dies jedoch noch nicht, sofern dieser angeschlossen war.<\/p>\n Ohne K\u00fchlung: 49,4\u00b0C\r\nMit K\u00fchlung, L\u00fcfter nicht angeschlossen (passiv): 44,4\u00b0C\r\nMit K\u00fchlung: 46,1\u00b0C<\/p>\n \u00dcber den Chromium-Browser l\u00e4uft der Stream eines Videos in 1080P Qualit\u00e4t. Nach dem Start der Wiedergabe habe ich das Video 5 Minuten laufen lassen und die Temperatur gemessen. Hier droht zwar noch kein Erreichen des Limits. Doch es zeigt sich schon nach kurzer Zeit ein deutlicher Temperaturunterschied von 18,6\u00b0C. Bei h\u00f6heren Aufl\u00f6sungen und\/oder einer gestiegenen Umgebunstemperatur sind wir von der 80\u00b0C Marke nicht mehr weit entfernt. Bereits der passive K\u00fchlk\u00f6rper verbessert das deutlich und reduziert die Temperatur um ca. 12\u00b0C gegen\u00fcber dem Pi ohne externe K\u00fchlung: Die gr\u00f6\u00dfere Fl\u00e4che kann Hitze besser an die Umgebung abgeben, als die recht kleinen Bauteile auf dem Raspberry Pi alleine.<\/p>\n Ohne K\u00fchlung: 70,2\u00b0C\r\nMit K\u00fchlung, L\u00fcfter nicht angeschlossen (passiv): 58,2\u00b0C\r\nMit K\u00fchlung: 51,6\u00b0C<\/p>\n W\u00e4hrend es sich bei Szenario 1 und 2 um allt\u00e4gliche Situationen handelt, laste ich den Prozessor gezielt mit dem Kommandozeilenwerkzeug Beispielaufruf, um 2 Worker zu starten, die 2 Kerne voll Auslasten und damit insgesamt 50% Prozessorlast erzeugen:<\/p>\n Jede Stufe wurde f\u00fcr 2 Minuten gehalten, bevor die Messungen mit <\/a>Wie hei\u00df darf ein Raspberry Pi werden?<\/h2>\n
Was ist der Vorteil vom offiziellen Raspberry Pi 5 K\u00fchler?<\/h2>\n
<\/a><\/figure>\n<\/div>\nRaspberry Pi 5 Temperatur mit und ohne K\u00fchler im Vergleich<\/h2>\n
Szenario 1: Leerlauf<\/h3>\n
Szenario 2: YouTube Videos abspielen<\/h3>\n
<\/a><\/figure>\n<\/div>\nSzenario 3: K\u00fcnstliche Last erzeugen<\/h3>\n
stress<\/code> aus. Es erzeugt k\u00fcnstlich 100% CPU-Last auf der gew\u00fcnschten Anzahl an Kernen (1 Worker belegt 1 Kern), in dem dort endlos Quadratwurzeln berechnet werden. So bekommt man einen Eindruck, wie hei\u00df der Pi bei st\u00e4rkerer, konstanter Auslastung wird. Dies simuliert gr\u00f6\u00dfere Rechenoperationen, wie etwa das Umwandeln eines Videos mit ffmpeg<\/code>. Und wir k\u00f6nnen beobachten, ab wann eine zus\u00e4tzliche K\u00fchlung notwendig wird.<\/p>\n\nstress -c 2\n<\/pre>\n<\/div>\n
vcgencmd measure_temp<\/code> erfolgte. Von den Messungen gab es drei St\u00fcck, jeweils die H\u00f6chste steht in der Tabelle. Davor habe ich jeweils mit vcgencmd get_throttled<\/code> \u00fcberpr\u00fcft, ob der Pi sich wegen drohender \u00dcberhitzung gedrosselt hat. Wurde dort nicht 0x0 (keine Drosselung) ausgegeben, bekam der Datensatz einen Stern (*). Au\u00dfer stress<\/code> und vcgencmd<\/code> zur Temperaturmessungen liefen keine gesondert gestarteten Programme.<\/p>\n<\/a><\/figure>\n<\/div>\n