Přetaktování Raspberry Pi 4

Přetaktování Raspberry Pi 4 je vítaná vymoženost. Není ale bez zádrhelů. K maximalizaci pracovní frekvence a spolehlivosti je potřeba dobré chlazení. To je důvod, proč vznikl CooliPi 4B, aby to byl nejlepší chladič s krabičkou který to umožní.

K dosažení co nejlepšího kontaktu mezi čipy dotýkajícími se chladiče (BCM, ETH, USB) je potřeba teplovodná pasta nebo podložka. Udělali jsme testy s starou, bílou a levnou teplovodivou pastou kterou můžete vidět na čipech. Má výrazně horší teplovodné vlastnosti než značková kvalitní pasta od renomovaných výrobců. Při použití pasty MX-2 od Arctic Cooling šla teplota níže ještě o 3-4˚C v porovnání s běžnou bílou pastou.

Přenos tepla je nejlepší díky přímému kontaktu mezi chladičem a čipy BCM, USB HUB a ETH PHY. Má to ale háček, čipy na různých kusech Raspberry Pi mohou mít lehce různé výšky a naklonění díky variací ve výrobě. Teplovodná pasta vyplňuje hluchá místa a vytváří dobrý kontakt. Nejlepší je sice přímý kontakt kov-kov pod velkým tlakem, ale ten si nemůžeme dovolit. Některé kusy Raspberry Pi 4 model B mají dobrý kontakt i bez teplovodivých médií, ale nedá se na to spolehnout. Dá se použít i co nejtenčí teplovodivá guma. Paměťový čip DDR4 je asi o 0.05mm dále od chladiče než ony hlavní tři čipy. Má ale menší spotřebu, takže stačí vyplnit toto místo nad ním teplovodivou pastou i když tam bude tlustší vrstva.

Když jsme zkoumali chladicí výkonnost, přišli jsme na horké místo hned pod čipem PMIC (měnič napětí). Hned zpočátku jsme uvažovali o prodeji setu pro přetaktování, který by obsahoval teplovodný můstek mezi chladičem a zbytkem hřejících čipů - PMIC čipem, tlumivkami které ho obklopují, paměti DDR a dokonce i kleci WiFi čipu. Čip PMIC se dokáže pořádně ohřát, hlavně když se přetaktovává.

Pohled zespodu na horká místa na desce bez přídavného chlazení měniče PMIC je nalevo a úplně bez chladiče napravo. Po spojení čipu PMIC s chladičem přes malou měděnou destičku se zvětšila stabilita při zátěži všech 4 jader na 1850MHz. Vyšší frekvence měly za následek restarty při over_voltage=3, ale ne při over_voltage=2. Tak jsme dospěli k závěru, že limitem není jen samotný BCM čip, ale i PMIC čip (měnič). Vysoké teploty a výstupní proud ho tlačí až na hranu jeho proudových možností.

Napravo můžete vidět jak se ohřívá deska bez chladiče. Absolutní barevná škála může být rozdílná, ale nemáme to ověřeno. Hlavní je ale rozdílné rozložení horkých míst, což je dobře viditelné.

Plánujeme nabídnout malý, laserem vyříznutý teplovodivý můstek k PMIC čipu v budoucím přetaktovacím setu. Obrázky z termokamery s instalovaným můstkem bohužel ještě nemáme, ale dosavadní testování ukázalo, že hodně pomáhá.

Po instalaci chladného 60mm větráku Noctua na chladič a spuštění na sníženém napětí 3.3V se teplota celé sestavy rychle snížila, viz obrázky směrem doprava. Teplý pruh na druhém obrázku je LCD monitor.