라즈베리파이 쿨러 장착 - lajeubelipai kulleo jangchag

Question

전부 이런지는 모르겠지만, 적어도 제가 가지고 있는 라즈베리파이4는 발열량이 상당합니다.
아직 입문 단계이고 24시간 작동할 코드도 완성되지 않아서 제 라즈베리파이4는 기초적인 세팅만 되어있기 때문에 쿨러는 커녕 방열판조차 장착되어있지 않은데요.

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방열판과 쿨러를 장착하지 않은 라즈베리파이4의 발열량
라즈베리파이의 측정 온도와 쓰로틀링
1. Aluminum Case with Dual Cooling fan
3. argon one
4. LP ICE TOWER
5. ICE TOWER

초기 세팅을 진행하면서 측정한 라즈베리파이4의 cpu 온도는 다음과 같이 60~70℃는 가볍게 넘나드는 것을 확인할 수 있었습니다.
라즈비안 OS에서 cpu 온도를 확인하는 방법은 터미널창에 다음 명령어를 입력하면 섭씨 기준 온도를 출력해줍니다.

vcgencmd measure_temp

방열판과 쿨러를 장착하지 않은 라즈베리파이4의 발열량

라즈비안 OS 업데이트를 설치할 때의 온도

apt-get upgrade 명령을 수행할 때의 온도

팀뷰어 프로그램을 설치할 때의 온도

다행(?)스럽게도 이런 발열 문제는 저 혼자만의 문제가 아닌지 해외에도 라즈베라파이4의 발열 관련 문서들이 다수 작성되어 있는 것을 찾아볼 수 있습니다.

라즈베리파이의 측정 온도와 쓰로틀링

다음은 라즈베리파이4를 열화상카메라로 촬영한 사진입니다.
좌측은 펌웨어 업데이트 전, 우측은 펌웨어 업데이트 이후입니다.

이미지 출처 : twitter.com/ghalfacree/status/1146174000093126659

펌웨어 업데이트 이후 발열량이 상당히 감소한 것을 확인할 수 있지만, 여전히 발열에 대한 대책은 필요해보입니다.

라즈베리파이4에 방열대책이 필요한 이유는 바로 쓰로틀링때문인데, cpu 부하가 지속되어 온도가 섭씨 80도를 넘어가게 되면 손상을 방지하기 위해 cpu 출력을 저하시키는 쓰로틀링 현상이 생긴다고 합니다.

다음은 여러 케이스들을 사용했을 때의 온도와 작업 시간을 측정한 사진입니다.
온도 상승으로 인해 쓰로틀링이 걸릴 경우 작업 속도가 심하게 저하되는 것을 알 수 있습니다.

이미지 출처 : youtu.be/AVfvhEJ9XD0?t=849

불행인지 다행인지 라즈베리파이4의 발열을 잡기 위한 쿨러와 쿨링 케이스가 몇 개 존재하는 것을 확인할 수 있었고, 해당 악세사리들의 효과도 데이터로 만들어놓은 자료들을 찾아볼 수 있었습니다.

라즈베리파이4의 온도 유지를 위한 케이스와 쿨러들 중에서 반응이 괜찮았던 것들을 모아봤습니다.

1. Aluminum Case with Dual Cooling fan

구매 링크 : ko.aliexpress.com/af/Aluminum-Case-with-Dual-Cooling-fan-raspberry-pi-4.html?d=y&origin=n&SearchText=Aluminum+Case+with+Dual+Cooling+fan+raspberry+pi+4&catId=0&initiative_id=SB_20210311200159

장점 : 저렴한 가격 대비 준수한 쿨링 효과

단점 : 저렴한 만큼 부족한 내구성

라즈베리파이4 관련 케이스를 찾아보면 가장 많이 언급되는 케이스인 알루미늄 케이스(듀얼 쿨링팬 포함)입니다.
가격이 많이 저렴하면서도 쿨링 효과가 준수하기 때문에 많은 사용자들이 이 케이스를 사용하는 것 같습니다.

다만, 낮은 가격에는 이유가 있듯이 케이스에 부착된 쿨러가 몇 달 지나지 않아 망가져 큰 소음을 유발해 새롭게 교체해줘야 하는 상황이 자주 발생하는 것 같습니다.

2. FLIRC

구매 링크 : www.amazon.com/Flirc-Raspberry-Pi-Case-Silver/dp/B07WG4DW52

장점 : 쿨링 팬이 없음에도 불구하고 뛰어난 방열 효과

단점 : 여름이 되면 자체 찜질방을 만들것만 같은 구조

이 케이스는 많은 언급은 없었지만, 온도 측정 결과를 보고 나서 쿨링 효과가 매우 뛰어나서 알게 되었습니다.
FLIRC 케이스의 구조는 정말 단순한데, 케이스 전체가 알루미늄으로 구성되어 있으며 내부에 쿨링을 위한 팬이 존재하지 않음에도 불구하고 상당한 수준의 방열 효과를 보여줍니다.

케이스 내부에는 cpu와 접촉하는 부분 말고는 모두 비어 있는데, 케이스 전체가 알루미늄이다보니 쿨러가 없음에도 불구하고 준수한 방열 효과를 보여줍니다.

이미지 출처 : www.jeffgeerling.com/blog/2019/best-way-keep-your-cool-running-raspberry-pi-4

다만, 우리나라의 계절 특성상 덥고 습해지는 여름에도 쿨러 없이 제대로 된 방열이 될까 하는 생각이 드는 케이스입니다.

3. argon one

구매 링크 : ko.aliexpress.com/af/argon-one-raspberry-pi-4.html?d=y&origin=n&SearchText=argon+one+raspberry+pi+4&catId=0&initiative_id=SB_20210311200329

장점 : 멋이 느껴지는 디자인, 히트싱크 + 쿨러로 인한 준수한 방열 효과

단점 : 자체적인 전원이 제공되지만 kr plug 전원 어댑터는 제공하지 않아 돼지코와 같은 별도의 어댑터 플러그가 필요

아마 라즈베리파이4 사용자들 중 argon one 케이스의 존재를 알게 된다면 사용을 고려해보지 않은 사람이 드물 거라고 생각됩니다.
그만큼 디자인이 깔끔하고, 멋이 나며, 거기에 더해 FLIRC 케이스와 같이 케이스 전체가 히트 싱크 역할을 함과 동시에 내부에 환기를 위한 쿨링 팬이 존재하기 때문에 FLIRC보다 더 준수한 방열 효과를 기대할 수 있습니다.

이미지 출처 : www.jeffgeerling.com/blog/2021/argon-one-m2-raspberry-pi-ssd-case-review

또한 케이스를 장착하면 GPIO 사용이 곤란해지는 FLIRC와는 다르게 케이스에서 GPIO 연장 단자를 제공하기 때문에 케이스를 장착하다고 하더라도 추가적인 악세서리 장착에 부담이 없습니다.

그 인기를 반영하는 것인지 argon one 케이스는 M2 ssd 장착용 케이스와 hi-fi용 케이스 모델이 존재합니다.

다만, 케이스 제작 업체에서 전용 전원 어댑터를 판매하고 있는데 플러그 규격이 us, eu 규격 뿐이어서 변환 플러그의 사용이 필수로 보입니다.

비슷한 출력의 전원 어댑터를 찾아보려고 했으나 5.25V, 3.5A의 출력을 가지는 ks 규격의 전원 어댑터를 찾아볼 수 없었습니다.
eu 규격이 ks 규격과 비슷하기는 하지만, ks규격보다 플러그가 얇기 때문에 그대로 사용하기에는 불안합니다.

4. LP ICE TOWER

구매 링크 : ko.aliexpress.com/af/LOW-ICE-TOWER-raspberry-pi-4.html?d=y&origin=n&SearchText=LOW+ICE+TOWER+raspberry+pi+4&catId=0&initiative_id=SB_20210311200423

장점 : 구리 히트 파이프 + 타워 조합의 뛰어난 방열 효과, 저소음 팬

단점 : ON/OFF 기능이 없는 LED

방열 효과에서는 가히 선두 주자라고도 할 수 있 ICE TOWER의 Low Profile 버전 모델입니다.
타워와 쿨러 팬의 크기 때문에 전용 케이스가 없는 줄 알았는데, 찾아보니 전용 케이스가 존재하는 것을 발견할 수 있었습니다.

단점은.. 쿨링 팬의 LED 기능을 ON/OFF할 수 없다는 것입니다.
타워에 연결된 쿨링 팬을 교체하는 것으로 해결이 가능하긴 합니다.
LED 기능이 포함된 쿨링 팬은 비교적 큰 쿨러지만 쿨링 시 소음이 아주 작다고 합니다.

5. ICE TOWER

구매 링크 : ko.aliexpress.com/af/ICE-TOWER-raspberry-pi-4.html?d=y&origin=n&SearchText=ICE+TOWER+raspberry+pi+4&catId=0&initiative_id=SB_20210311200439

장점 : 구리 히트 파이프 + 타워 조합의 뛰어난 방열 효과, 저소음 팬

단점 : ON/OFF 기능이 없는 LED, 먼지와 정전기 대책 따위는 갖다 버린듯한 외관

LP ICE TOWER가 라즈베리파이4 보드에 납작하게 붙은 형태였다면, ICE TOWER(아이스 타워)는 다른건 다 필요없고 오직 방열 효과에만 목적을 둔 듯한 모습니다.

그 정도로 방열효과가 뛰어나지만, 아이스 타워를 라즈베리파이4에 장착하게 되면 이를 넣어둘만한 마땅한 케이스가 없기 때문에 전용 케이스를 제작하거나, 혹은 그대로 사용하는 방법도 있습니다.

방열 효과는 실로 놀라운데, 섭씨 50도 밑으로는 내려가지 못했던 다른 쿨러 및 케이스들과는 다르게 아이스 타워는 라즈베리파이의 온도를 섭씨 50도 이상으로 상승하는 것을 허락하지 않는 모습을 보여줍니다.

이미지 출처 : www.jeffgeerling.com/blog/2019/best-way-keep-your-cool-running-raspberry-pi-4

LP ICE TOWER와 마찬가지로 쿨링 팬의 LED 기능을 임의로 ON/OFF할 수 없습니다.
LP ICE TOWER와 마찬가지로 비교적 큰 쿨링 팬이지만 소음은 매우 적다고 합니다.

처음에는 디자인에 끌려 argon one 케이스를 구매할까 싶었지만.. 전원 어댑터 문제를 해결하지 못해 어떤 케이스를 사야 할지 고민입니다.

저렴한 알루미늄 듀얼팬 케이스를 구매할까 했는데 쿨링 팬의 내구성이 좋지 않다는 글이 너무 자주 보이고, FLIRC의 경우 앞서 말했던 것처럼 여름에 덥고 습해지면 24시간 에어컨이 켜진 환경에 둘 것이 아니라면 자체 방열도 딱히 힘을 못 쓸 것 같기 때문에.. 쿨링 팬의 소음이 거슬리는 사람이라면 이를 감안하고도 구매하겠지만, 쿨링 팬의 소음 정도는 견딜만해서 딱히 메리트가 느껴지지는 않습니다.

LP ICE TOWER는 좀 더 상위 버전인 아이스 타워가 있기 때문에 약간 망설여지고, 그렇다고 아이스 타워 쿨러를 사용하자니 마땅한 케이스를 구할 수 없으니 손가락만 빨고 있네요.