Mehr geht nicht: Raspberry erreicht 3,6 GHz mit flüssigem Stickstoff
Bei 3,6 GHz ist Schluss. Das ist das Ergebnis eines Versuchs, den Raspberry Pi 5 auf eine Taktrate von 4 GHz zu bringen. Schon die Grenze von 3 GHz zu überschreiten, stellte die Übertakter von Skatterbencher vor Herausforderungen.
In einem Blogbeitrag(öffnet im neuen Fenster) beschreiben die Bastler, wie sie sich, neben dem Einsatz von flüssigem Stickstoff und einer Anpassung der Energieversorgung, dazu gezwungen sahen, auch den Quarzoszillator auszutauschen.
Mithilfe eines angepassten Kühlsystems konnte der Takt des Raspberry Pi 5 (Testbericht) relativ leicht von 2,4 GHz auf 3 GHz angehoben werden. Ab diesem Punkt wurde der integrierte Schaltkreis für die Regelung der Spannungsversorgung zum limitierenden Faktor, da dieser nicht nur die mögliche elektrische Spannung begrenzt, sondern den Pi 5 bei zu hohen Verbräuchen herunterfährt.
Mit Numa-Patch und flüssigem Stickstoff zu mehr als 3 GHz
Bevor man dieses Problem löste, wurde zunächst der Numa-Patch auf dem Pi-OS installiert. Dieser erlaubt es dem BCM2721-Speichercontroller parallele Vorgänge im physischen Speicher besser abarbeiten zu können, was sich in deutlich besseren Benchmark-Ergebnissen widerspiegelt.
Da eine höhere Leistungsaufnahme und höhere Frequenzen zu einer Steigerung der Wärmeentwicklung führen, wurde der Pi 5 mit einem auf flüssigem Stickstoff basierendem Kühlsystem auf die weitere Übertaktung vorbereitet.
Mit diesem Aufbau konnten bereits 3,6 GHz erreicht werden. Weitere Versuche zeigten, dass der Raspberry bei höheren Taktraten abschaltete. Auch eine Reduzierung der Temperaturen im Kühlsystem auf -40 Grad Celsius änderte nichts an diesem Verhalten. Nebenbei stellten die Übertakter fest, dass der Pi 5 ab -90 Grad Celsius Probleme mit zu niedrigen Temperaturen bekommt.
Auch der Quarzoszillator hilft nicht weiter
Letztendlich sollte mit einer Elmorlabs-Ample-X1-Power-Card eine noch feinere Anpassung der elektrischen Spannung erreicht werden, mit der aber ebenfalls keine Frequenzen über 3,6 GHz erreicht werden konnten. Als Grund dafür kamen mehrere Ursachen infrage, von denen lediglich ein mögliches Problem mit der Frequenzanpassung des Phasenregelkreises (PLL) von den Bastlern bei Skatterbencher angegangen werden konnte. Der Standard-Quarzoszillator des Pi 5 hat einen Takt von 54 MHz, wurde ausgelötet und gegen einen externen Taktgeber ausgetauscht, der auf 46 MHz eingestellt wurde.
Auch mit dieser Modifikation konnte der Raspberry Pi 5 allerdings nicht mit mehr als 3,6 GHz betrieben werden und zeigte das gleiche Verhalten wie zuvor. Als Resümee nimmt man bei Skatterbencher die Erkenntnis mit, dass ein Raspberry Pi 5 nicht mit mehr als 3,6 GHz betrieben werden kann. Die Erfahrung und der Umgang mit der verwendeten Hardware sei aber ein wertvoller Lernprozess gewesen.