RasPi 入門 (9) - RasPi4をオーバークロックする方法

以下の記事を参考に書いてます。

・How to overclock Raspberry Pi 4

前回

1. はじめに

「Raspberry Pi 4」の心臓部には、最大クロック速度1,500MHz（1.5GHz）で動作する「ARM Cortex-A72 CPU」（中央処理装置）があります。クロックは、プロセッサ内のすべてのコンポーネントを同期するために使用される電子パルスです。最大クロック速度1.5GHzは、プロセッサが1秒あたり15億回更新することを意味します。これをさらに増やすことができます。

2. 必要なもの

・Raspberry Pi 4
・Raspberry Pi 4 Stand (または冷却ケース)
・Raspbian OS
・Config.txt code

3. 警告！クラッシュします！

安定したオーバークロックを見つけるための実験には、「Raspberry Pi 4」がつきものです。microSDを破損する可能性があります。Raspbianのクリーンインストールを試して、重要なデータが危険にさらされていないことを確認してください。

4. 入門

1.5GHzは最大速度ですが、「Raspberry Pi」は通常600MHzでアイドル状態になり、必要に応じて最大速度に切り替わります。オーバークロックは、コンピューターコンポーネントの最高速度を高く設定する処理です。「config.txt」の設定を調整して、CPUとGPUの両方をオーバークロックできます。

CPUで最大2.147GHz、GPUで750MHz（デフォルトの500MHzから）までの速度で実験しました。これらは、ハイエンドデスクトップコンピューターで見られる種類の速度です。

走行距離はさまざまで、「Raspberry Pi」が熱くなりすぎると速度が低下します。オーバークロックを試すとRaspbianがクラッシュし、「Raspberry Pi」がある時点で起動を拒否する可能性が高くなります。プログラムがクラッシュし始めたり、Raspbianが起動を拒否した場合は、速度を設定し直す必要があります。しかし、オーバークロックは楽しく、「Raspberry Pi」の活用の幅が広がります。

5. Raspberry Pi 4スタンドを使用する

まず、「Raspberry Pi 4」を縦置きにします。これにより、コンポーネントの周囲の空気の流れが改善され、温度を下げるのに驚くほど効果的です。

「The MagPi issue 90」の印刷版の前面にある「Raspberry Pi 4スタンド」を使用して、「Raspberry Pi」を縦置きで実行します。「Raspberry Pi 4スタンド」をお持ちでない場合は、GitHubのファイルを使用して、独自の3Dプリントまたはレーザーカットを行うことができます。

または、CPU温度を管理するために設計されたケース内に「Raspberry Pi」を配置します。

6. Raspberry Pi 4を更新する

「Raspbian OS」の最新バージョンを実行していることを確認してください。パフォーマンスの微調整は常に行われているため、最新のソフトウェアを使用するとより高速になります。

ターミナルを開き、次のコマンドを入力します。

$ sudo apt update
$ sudo apt dist-upgrade

そして、システムを再起動します。

$ sudo reboot

7. 速度に注意する

オーバークロックを開始する前に、デフォルトのCPU速度を確認してください。ターミナルを開き、次のコマンドを入力します。

$ cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_cur_freq

ターミナルはおそらく600000を返します。この結果を1000で除算すると、MHz単位の速度が得られます。これは基本速度の600MHz（または0.6GHz）です。これは、カーネルが要求する速度です。低電圧または過熱のために「Raspberry Pi」が調整されている場合、実際のCPU速度が低下する可能性があります。

実際の速度を取得するには、次を入力します。

$ vcgencmd measure_clock arm

「Raspberry Pi」を使用すると、要求された速度はその上位レベルである1500000になります。現在の場所を確認するには、ターミナルでvcgencmdを入力し続けることができますが、watchコマンドを使用して速度を監視することをお勧めします。

$ watch -n 1 vcgencmd measure_clock arm

これにより、vcgencmdがプロセスとして実行され、1秒に1回結果が更新されます（-n 1オプションは秒単位の間隔です）。「Raspberry Pi」の使用を開始すると、すぐに結果が1500000（または1.5GHz）をわずかに上回ります。

8. オーバークロックを設定する

「config.txt」を使用して、クロック周波数の新しい上限を設定します。
別のターミナルウィンドウを開き、次のコマンドを入力します。

$ sudo nano /boot/config.txt

マークされたセクションまでスクロールします。

#uncomment to overclock the arm. 700 MHz is the default.
#arm_freq=800

設定を次のように変更します。

#uncomment to overclock the arm. 700 MHz is the default.
over_voltage=2
arm_freq=1750

「Ctrl+O」でファイルを保存し（Enterキーを押します）、「Ctrl+X」を使用してNanoを終了します。Raspberry Piを再起動します。

$ sudo reboot

システムが再び起動したら、vcgendcmdをもう一度監視して、動作中の新しい高速クロック速度を確認します。

$ watch -n 1 vcgencmd measure_clock arm

Webページ閲覧などいくつか処理を実行すると、1750000000（または1.75GHz）前後の速度が表示されます。

9. 過電圧を理解する

「over_voltage」は、CPU/GPUの電圧を調整し、-16〜8の数値を指定します。デフォルト値は0です。

より速いCPU速度にはより高い電圧が必要です。「Raspberry Pi」が十分な電圧を取得できない場合、ウィンドウの右上に小さな稲妻が表示されます（この時点で、CPUは700MHzのデフォルト速度に低下します） 。

10. クランクアップ

少し速く物事を試してみましょう。「over_voltag」e設定を6に設定し、「ARM CPU」を2.0GHzに設定します。次の設定で「config.txt」を編集します。

over_voltage=6
arm_freq=2000

「Raspberry Pi」を再起動すると、2.0GHzで実行されます。「watch -n 1 vcgencmd measure_clock arm」を再度実行して、新しい上限を確認してください。

11. 最大限に活用する

ここで、「gpu_freq」をブーストし、CPUを最高の設定にします。これにより、「Raspberry Pi」は現在の最大速度で実行できます。Nanoを使用して「config.txt」を再度編集します。

今回は「arm_freq」を2147に、「gpu_freq」を750に設定します。

over_voltage=6
arm_freq=2147
gpu_freq=750

「gpu_freq」は、「core_freq」「h264_freq」「isp_freq」「v3d_freq」の設定範囲を監視します。「core_freq」は、GPUプロセッサの周波数を調整します。L2キャッシュとメモリバスを駆動するため、CPUパフォーマンスに影響します。

デフォルト値は500で、750が設定可能な最高値です。また、「Raspberry Pi 4」はこの速度で起動できず、他のボードは過熱または低電圧により急速に減速しました。

ファイルを保存してNanoを終了します（CTRL + OおよびCTRL + X）。
再起動すると、「Raspberry Pi」が可能な限り高速で実行されます。

12. 黒い画面から回復する

最大2.147GHzの速度で「Raspberry Pi」を起動しましたが、一部のデバイスは起動に失敗し、他のデバイスは低電圧警告を表示しました（そのため速度が低下しました）。最終的に、「config.txt」で「arm_freq = 2000」としました。エンジニアリングチームは、gpu_freqの利点はせいぜいわずかであり、「Raspberry Pi 4」の起動に失敗した場合は削除する必要があると語っています。

「Raspberry Pi」は、おそらくオーバークロック時のある時点で起動に失敗します。リカバリの詳細については、「オーバークロックの問題」（以下）を参照してください。それ以外の場合は、楽しんでください。

13. 電圧の監視

信頼性の高い性能を得るには、供給電圧を4.8 V以上に維持することが不可欠です。一部のUSB充電器/電源からの電圧は4.2 Vまで低下する可能性があることに注意してください。これは通常、コンピューターに5Vを供給するのではなく、3.7V LiPoバッテリーを充電するように設計されているためです。

「Raspberry Pi」のPSU電圧を監視するには、マルチメーターを使用してGPIOのVCC（5V）とGNDピンの間を測定する必要があります。詳細については、Raspberry PiのWebサイトを参照してください。

14. オーバークロックの問題

ほとんどのオーバークロックの問題は、起動時に発生し、起動失敗となります。この問題が発生した場合は、次の起動時にShiftキーを押したままにします。これにより、すべてのオーバークロックが一時的に無効になり、正常に起動してから設定を編集できるようになります。

または、「Raspberry Pi」からmicroSDを取り外し、別のコンピューターに挿入します。「config.txt」にアクセスして、そこから設定を調整できます。

15. ファームウェア警告アイコン

特定の状況では、「Raspberry Pi」のファームウェアは、問題を示す警告アイコンをディスプレイに表示します。これらのアイコンが定期的に表示される場合は、オーバークロック速度を下げる必要があります。
現在、表示されるアイコンは3つあります。

◎ 低電圧警告
「Raspberry Pi」への電源が4.63 V（+/- 5％）を下回ると、この稲妻アイコンが表示されます。

◎ 過熱警告（80–85°C）
SoCの温度が80°C〜85°Cの場合、このアイコンが表示されます。コアの温度を下げるために、ARMコアが抑制されます。

◎ 過熱警告（85°C以上）
SoCの温度が85°Cを超える場合、このアイコンが表示されます。コア温度を下げるために、ARMコアとGPUは抑制されます。

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