Ora che abbiamo a disposizione il nostro nuovo Raspberry PI 4, cerchiamo di vedere in che modo procedere ad un overclock massiccio.

Succede sempre così. Ci punge vaghezza di avere un oggetto, lo acquistiamo, ci giochiamo un po’, e alla fine lo lasciamo, dimenticato, in un angolo. Il piacere della novità consiste nel desiderio che precede l’acquisto, non nel possesso vero e proprio.

Fortunatamente chi lavora con i computer e l’elettronica non ha di questi problemi: esisterà sempre un sistema operativo da aggiornare, un software da ottimizzare o un progetto da estendere.

Oggi, ad esempio, prendiamo in considerazione la possibilità di aumentare la frequenza di clock del nostro nuovo Raspberry PI 4. Il piccolo mostro viene venduto con una frequenza già piuttosto alta, che gli fa automaticamente guadagnare un 20-30 per cento di prestazioni rispetto al modello precedente. E se volessimo di più?

To speed, or not to speed?

Come accade per tutte le cose piacevoli, anche le istruzioni per accelerare il nostro PI sono semplici. Si tratta di modificare in tutto due righe nel file di configurazione

che si trova nella solita cartella /boot, e contiene le opzioni di configurazione hardware dal PI.

Premuriamoci innanzi tutto di controllare se abbiamo il nuovo firmware che gestisce il VLI in modo più consono. Utilizziamo la solita sequenza di comandi

quindi apriamo il file config.txt con il nostro editor preferito, e aggiungiamo le righe seguenti:

Modificare la linea relativa al turbo comporterebbe un aumento del rischio di invalidazione della garanzia a causa delle sovratensioni implicite. Per tale ragione lo terremo a zero.

E non dimentichiamo di eseguire un reboot.

Avremo un sistema che in situazione ottimale ripartirà velocissimo. Oppure si rifiuterà di partire. Nel secondo caso occorrerà portare l’over_voltage a 6 e iniziare a diminuire la frequenza massima arm_freq a step di 50/100 MHz sino a raggiungere un comportamento stabile del sistema. La maggior parte dei problemi di overclock si manifestano infatti con un blocco al boot. Se questo è ciò che capita, basterà tenere premuto il tasto shift al boot successivo. Tale procedura disabiliterà temporaneamente tutti gli overclock, consentendo all’utente di partire senza problemi  e modificare i settaggi.

La fortuna aiuta gli audaci?

Qualche volta sì, ma in questo caso il successo dell’operazione è legato ad una serie di variabili aleatorie. Ferma restante la necessità di dotare il Raspberry PI di un opportuno sistema di raffreddamento, occorre ricordare che le specifiche di progettazione del Raspberry PI 4 prevedevano un funzionamento con clock a 1.5GHz. Far lavorare la scheda alla frequenza di 2GHz comporta diversi rischi.

Come accade in tutti i processi produttivi industriali, le specifiche di progetto rappresentano il livello minimo di configurazione che garantisca un funzionamento corretto. Ovviamente Scotty, il capo-ingegnere di Star Trek, ci informa che “se vuoi davvero apparire come un ingegnere che sa fare i miracoli, dovrai scrivere i manuali di specifiche tenendoti un po’ più basso del massimo possibile“. A questo punto, migliorare su richiesta il progetto sarà una passeggiata. Ciò accade più o meno anche nella realtà, ma i margini di manovra sono piuttosto bassi per mantenere contenuti i costi di produzione. In altre parole, non tutti i chip BCM2711B0 saranno compatibili con un simile scriteriato overclock. Non occorre stupirsi quindi se la manovra di incremento del clock non funzionerà correttamente sulla vostra macchina.

Ma se la fortuna ci assiste, avremo davvero un incremento di prestazioni del 33%?

Olismo, riduzionismo… e costruzionismo

Secondo la posizione teorica dell’olismo, “Le proprietà di un sistema non possono essere spiegate esclusivamente tramite le sue singole componenti“. Ciò significa che l’aumento del clock di sistema non garantirà in ogni situazione un corrispondente boost delle prestazioni. Oltre al processore abbiamo infatti numerosi canali di comunicazione tra le periferiche, che producono colli di bottiglia nel trasferimento delle informazioni. Riducendo il fenomeno alla somma delle proprie parti, è facile rendersi conto che l’aumento di prestazioni è tanto più marcato quanto più il codice è tightly coupled nella CPU, richiedendo un numero di accessi a memoria fisica e di massa il più basso possibile.

In questi casi è possibile operare poche modifiche sul sorgente e garantire una gestione del flusso informativo ottimale. L’aggiornamento delle opzioni software unito all’utilizzo di trucchi hardware come un adeguato sistema di raffreddamento del processore potrà portare i più abili a presentarsi come veri “miracle workers“.

Conclusioni

I metodi per overcloccare un Raspberry PI sono piuttosto semplici, e basati sulla modifica di parametri del file config.txt. Occorre ricordare inoltre che qualsiasi parametro venga impostato in configurazione perde automaticamente valore non appena il processore raggiunge gli 85°. A tale temperatura viene infatti lanciata automaticamente la procedura di throttling, che abbassa la frequenza di lavoro del processore. In tal modo decresce la potenza ed il calore dissipato. Overclocking ed overvoltage vengono anch’essi automaticamente disabilitati non appena si verifichi una situazione di  undervoltage. Da ciò la necessità di un valido ed efficiente sistema di raffreddamento della CPU.

La variabile che maggiormente influisce sulle prestazioni del Raspberry PI 4 in fase di overclock sembra essere la temperatura. In un prossimo articolo presenteremo un semplice sistema di monitoraggio della tempertura a bassissimo impatto di prestazioni.

Link utili:

• Raspnberry PI 4 4 GB
• Raspberry PI 4 Official Premium Kit 4 GB
• Raspberry PI 4 2 GB
• Ventola raffreddamento per Raspberry PI 3-4
• Kit dissipatore termico per Raspberry PI
• Kit dissipatore ICE Tower per Raspberry PI