覆盆子PI 4可以安全地超频到2.15 GHz
目前市场上有三种不同版本的Raspberry Pi 4：“普通的”Pi 4 Model B，Compute Module 4，以及刚刚发布的Raspberry Pi 400电脑键盘。他们都在唱同一首曲子，但他们之间有足够多的不同之处，让你在选择时可能会更富有。
PI 4B最容易集成到项目中，如果你正在设计自己的PCB，CM4最容易突破系统的所有功能，PI 400似乎是针对消费者市场的，但它有一个黑暗的秘密：它是一个超频怪物，能够在2.15 GHz的库存配置中无限运行。
回想起来，到处都是暗示。在Model B上运行该节目的片上系统是Broadcom 2711ZPKFSB06B0T，而CM4和PI 400上的SOC是2711ZPKFSB06C0T。如果你眯着眼睛看得恰到好处，你就能分辨出修订版本从“B”变成了“C”。在CM4的数据表中，有一句话是关于它的运行效率比Model B更高的。当我在PI 400内部查看时，SOC上有一个巨大的铝制散热器，大概是为了防止它在紧凑的键盘壳内过热。但还有一条线索：PI 400的默认频率为1.8 GHz，而不是其他两款的1.5 GHz，后者出售时没有散热片。
加一点铝，CM4能跟上Pi 400吗？较新的兄弟姐妹会把Pi 4 Model B抛在脑后吗？到了玩超频游戏的时候了！
给覆盆子PI超频基本上是没有痛苦的。在大多数情况下，只需编辑/boot/config.txt文件并输入所需的最大速度和CPU核心电压即可。如果它不能启动，你会选择一个较低的CPU速度，直到你得到一些可以工作的东西。但这并不意味着你将获得完全的性能提升-主CPU与运行ThreadX RTOS的GPU一起运行，或者可能在GPU下面运行，并在主CPU变热时进行节流。
这种热节流意味着，你可以在2.15 GHz的上限下，尽可能快地释放产生的多余热量来运行树莓PI。对于一个标榜为1.5 GHz或1.8 GHz的系统来说，这并不算太糟糕。但这也是派的阿喀琉斯之踵；当我们自己的乔纳森·班尼特(Jonathan Bennett)尝试将派4B用作台式机一周(没有散热器)时，他发现它偶尔会被扼杀。在这里的所有三个测试型号上，节流发生在82.5摄氏度左右。
我们的测试套件包括运行Stress-ng in--Matrix 0模式以完全加载CPU，然后记录来自Linux系统的时间和温度，并使用vcgencmd MEASure_CLOCK ARM测量CPU速度。简单！
对于一个全新的Raspberry Pi 4B来说，最糟糕的事情就是买一个不通风的盒子，比如官方的Raspberry Pi盒子，然后把它放在里面，即使是在库存1.5 GHz的情况下。这是一个全新的Raspberry Pi 4B可以承受任何负载的情况。正如你所看到的，在下面的红色图中，它在满载10分钟后就开始节流，一段时间后，平均速度就会降到大约1.1 GHz左右。
打开箱子呼吸凉爽的微风会给你带来很多好处：有证据表明，开足马力仅25分钟后，标称的1.5 GHz就会有最小的节流，而且并不是那么糟糕。这就是为什么PI 4B的宣传速度是1.5 GHz的原因：如果不公开的话，它就在它满意的地方的边缘。
将其与同样为1.5 GHz的计算模块(黄色)进行比较，您会发现它产生的热量更少--也就是数据手册中提到的节能效果。毫无疑问，计算模块在没有散热器的情况下会变热。但它在露天的温度稳定在75摄氏度左右，可能比节流阈值低7摄氏度。
相比之下，看看蓝色的圆周率400。那个巨大的铝制散热器可以做它应该做的事情，而且还可以做更多的事情。在库存1.8千兆赫，这已经比其他任何一个模块快了20%，它没有流汗-将它保持在60摄氏度以下。夏天，你可以在我的阁楼上永远全速运转PI 400。
所以，如果圆周率400在库存速度下运行良好，如果我们提高速度会发生什么？为此，我编辑了/boot/config.txt文件，并设置ARM_freq=2000和OVERVAL=6，然后重新启动。为什么是六个？因为这是现有的最高过电压水平，而不会把芯片推到设计范围之外，也不会使保修失效--你可以再调高一些，但可能不会有什么好处，而且可能会烧毁一切。
(奇怪的是：PI 400出厂时默认的OVERVAL=0x11170，供电电压为0.95V，而不是默认的0.86V，但低于OVERVAL=6时的1.03V。我不理解新格式，所以我没有玩弄它。)。有人吗？)。
在2.0 GHz下，PI 400升至60°C以上，并显示出持续升温的迹象，即使在50分钟后也是如此，但远未达到节流。所以我试了2.2 GHz，这个速度CPU拒绝完全启动。倒退到2.15 GHz，它运行得很好，所以我让它停了三个小时。它在舒适的62.5摄氏度安顿下来，这是温暖的，但完全在规范之内。我的猜测是，这大概是PI 400的性能极限，但请注意，这完全是库存，而且它连续几个小时100%地敲打着所有四个内核。
考虑到所有PI 4系列都使用动态CPU速度，并在空闲时将速度调低至600 MHz以节省电能，我完全没有理由不超频。当你需要它的时候，它会更快，但当你不需要的时候，它不会使用更多的电力。
但是计算模块和PI 400有相同的、效率更高的SOC。你能在稍微散热的情况下从CM4得到同样的结果吗？我买了一些便宜的散热器来看看。
首先，我认为在CM4上增加小散热器至少会让它上升到PI 400库存的1.8千兆赫范围内。答案是肯定的“有点”。在它处于1.5 GHz的节流边缘之前，这个小小的铝制奇迹让它以1.8 GHz的速度运行，处于节流的边缘。当然，这是一种进步，但对于SOC来说，这并不是一种美好的生活。
为了科学，我在Pi 4B上安装了另一套便宜的散热器，并以1.8 GHz的频率运行。这是对SOC的两个修订版(“B”和“C”)进行的尽可能接近于苹果对苹果的测试--两个主板都有自由的空气流通，相同散热器的翅片垂直朝向。但超频对圆周率4B可不好。仅仅五分钟后，它就达到了节流温度。更糟糕的是，它的速度如此之快，以至于它的平均运行速度为1.5 GHz，尽管它消耗了更多的电力，并使我的办公室变暖，但速度并不快。
罪魁祸首是提高核心电压以促进超频，也许有可能找到一个运行效率更高的较低电压设置，但在这一点上，我的结论是，廉价的散热器充其量只是一个边际优势。
为了不被打败，我在我的垃圾箱里找了一款既适合CM4又适合PI 4B的散热器。我从散热片的地窖里挑选了一管陈年的浆糊，和两条游戏级超频拉链，依次将铝材贴在CM4和PI 4B上。他们现在将如何运行？
首先，我用较大的散热器在1.8 GHz下运行了CM4，以提供一些与廉价散热器进行比较的基础。一大块铝能带来多大的不同啊！它稳定在68摄氏度左右的舒适温度。即使把它推到2.15 GHz并放置几个小时，它也只保持在70摄氏度以下(这是节流门槛上的安全裕度)，而且只比PI 400中的巨大散热器高出几度。这招奏效了！
当我试图复制PI 4B的成功时，我在运行中期遇到了前两次自发停机，由于内置的散热管理，我没有想到会出现这种情况。(倒叙到超越赛扬的时代！)。对于4B和垃圾箱散热器来说，2.15 GHz似乎有点太快了。我把它调低到2.1 GHz，它在粗糙的边缘上运行了几个小时，散热器的方向是垂直的。但它真的处于边缘：在第一次2.1 GHz的运行中，我在几个小时后将电路板平放在桌子上，这意味着散热器不再是垂直的，它上升了几度，完全崩溃。这不是生活的方式。
整个实验一直在玩弄两种效应。首先，CM4和PI 400有一个稍微更节能的芯片组，可以让它们运行得更冷或更快--随你选。而且这种效果是非常真实的，CM4在库存1.5 GHz下运行大约10°C的冷却器，在关键的地方提供了一个很好的余地来对抗热量节流。或者，如果你愿意在同样的温度和冷却解决方案下生活在边缘地带，你可以在1.8 GHz下运行CM4，而Pi 4B的运行频率是1.5 GHz，而且没有散热器。
但是，除了效率提升之外，如果你安装足够好的散热器，Pi 4系列的任何成员都可以毫不费力地进入2 GHz的范围。多大才算够大？这将取决于你所处的环境、你对节流和/或缩短SOC寿命的容忍度，以及你有多想把散热器放在一个很小的空间里。根据我对垃圾箱散热器的测试，你应该能够想出一种被动冷却解决方案，除了最合适的方案外，它可以适用于任何东西。
确定无疑的是，树莓的工程师们用圆周率400设计出了一个很好的设计。一块足够大的铝给了他们充足的热开销，可以在不流汗的情况下全速运行内部的四个CPU，最重要的是，它运行的是更节能的芯片组。我仍然对Pi 400散热器如此有效感到惊讶，它只不过是一个塑料盒里的一大块铝板，但它已经足够了。我要把我的圆周率400调到2.15 GHz，因为-有何不可？
这一切有什么意义吗？归根结底，你谈论的是一台功能适中的小型单板计算机，而不是一台液体冷却的巨型计算机。它的内存有限，GPU一般。超频涨幅在10%到30%之间，因此也是温和的。所涉及的配置工作(编辑配置文件)确实很少，但您将花费一定数量的时间和金钱来寻找合适的散热器。
对于一般工作负载，您可能不需要超频，而对于核心工作负载，Raspberry PI可能无论如何都不是正确的选择。但如果你需要的是一个中等大小的减速带，你可以得到它。在我们看来，你也可以。
我们认为，树莓团队拿到了一个更好的硅片版本，并将其应用到他们的两款最新产品中，这很酷。如果Broadcom的“C”系列SOC是“B”的替代产品，我们不会介意在未来的PI 4B中看到更新的版本。为什么不行？它的能效似乎提高了约10%，虽然这可能不是惊天动地的，但肯定不是小巫见大巫。同时，只要在你的4B上再增加一点铝表面积，你就完全可以了。
