Raspberry Pi 4 : le SoC passe à 1,8 GHz par défaut, et au-delà ?

Raspberry Pi 4 : le SoC passe à 1,8 GHz par défaut, et au-delà ?

Burn baby, burn !

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Raspberry Pi 4 : le SoC passe à 1,8 GHz par défaut, et au-delà ?

Alors que Raspberry Pi OS n'est toujours pas disponible en version 64 bits, le système est désormais basé sur Debian 11 (Bullseye). Avec une surprise que l'on n'attendait pas : 300 MHz de plus pour le Raspberry Pi 4.

Lors de sa mise sur le marché, le Raspberry Pi 4 s'est surtout fait remarquer pour sa capacité à la surchauffe. Vendu sans aucun dissipateur, il était incapable de tenir une charge continue sans finir par baisser drastiquement sa fréquence de fonctionnement. Avec le boîtier officiel, c'était encore pire.

Raspberry Pi 4 : c'est chaud

Loin de répondre au problème, la fondation a montré pendant de nombreux mois sa capacité à être dans le déni. Elle n'en est presque jamais sortie, se refusant par exemple à proposer un dissipateur officiel ou des boîtiers pleinement adaptés. À la place, on a simplement eu droit à un ventilateur « cheap » loin de résoudre le problème.

La solution est pourtant connue et utilisée par de nombreux fabricants d'accessoires. C'est d'ailleurs celle qui est utilisée pour le Raspberry Pi 400 prenant la forme d'un clavier : un large dissipateur surplombe le SoC. Au point que sa fréquence de fonctionnement soit supérieure à celle des autres modèles disponibles : 1,8 GHz plutôt que 1,5 GHz.

Dans un billet de blog, la fondation explique que cette valeur est désormais utilisée par défaut sur certains Raspberry Pi 4 et peut être exploitée par l'ensemble des modèles via la dernière version de son OS maison. Pour quels résultats ? Nous avons effectué de longs tests pour le vérifier.

Une modification matérielle sur les Raspberry Pi 4 récents

Dans son billet de blog, la fondation évoque une nouvelle révision du PCB (1.4 ?), sans la détailler. Elle indique seulement que les versions récentes du Raspberry Pi ont des composants en plus à côté du SoC. « Il s'agit de l'alimentation à découpage (switcher) dédiée fournissant la tension du SoC », est-il néanmoins précisé.

Raspberry Pi 4 Alimentation à découpage
Si ces composants sont présents sur votre Raspberry Pi 4, il sera désormais à 1,8 GHz par défaut

Elle a été introduite dans la version 8 Go où elle était nécessaire, puis adaptée aux autres modèles depuis. Selon les tests de la fondation, elle permet d'assurer un fonctionnement à 1,8 GHz tout en passant l'ensemble des tests de qualification. Cette valeur est donc utilisée par défaut avec la nouvelle version de Raspberry Pi OS

Et pour les modèles antérieurs ? Même les premiers exemplaires peuvent fonctionner à bien plus de 1,5 GHz avec un léger boost de tension indique le billet de blog. « Le dernier firmware (inclut dans l'image Bullseye) fera de son mieux pour trouver la fréquence la plus adaptée à un overclocking donné » apprend-on au passage.

Ainsi, il suffirait de modifier la fréquence dans le fichier de configuration pour que tout le reste suive.

Mise à jour et premiers relevés

Pour le vérifier, nous avons utilisé un Raspbery Pi 4 de 4 Go dans sa version 1.1. Nous l'avons installé dans un large dissipateur que nous avions évoqué lors de précédents tests, que l'on trouve dans les 17 euros

Nous avons mis à jour le système : 

sudo apt update && sudo apt full-upgrade -y && sudo apt autoremove

Une fois le système redémarré on vérifie que la version installée est la bonne :

$ cat /etc/*-release
PRETTY_NAME="Raspbian GNU/Linux 11 (bullseye)"
NAME="Raspbian GNU/Linux"
VERSION_ID="11"
VERSION="11 (bullseye)"
VERSION_CODENAME=bullseye
ID=raspbian
ID_LIKE=debian
HOME_URL="http://www.raspbian.org/"
SUPPORT_URL="http://www.raspbian.org/RaspbianForums"
BUG_REPORT_URL="http://www.raspbian.org/RaspbianBugs"

Pour mesurer ses tensions/fréquences/températures, nous utilisons notre habituel script maison : 

wget -qO- https://gist.github.com/davlgd/07f6288e869519acb695774e146a20b6/raw/09be19d5e96a627a33f444ea8db511245066dc7e/pi_soc_monitor.py | python

Par défaut, dans une pièce à 18 °C, nous relevons une fréquence de 200 MHz pour le CPU, 600 MHz pour le GPU, une tension de 0,84 V et une température stable aux alentours de 32 °C après plusieurs heures de fonctionnement.

Pour tester sa stabilité et ses performances, nous lançons un test OpenSSL en boucle :

while true; do openssl speed --multi $(nproc) rsa4096; sleep 5; done

Avec pour résultat :

                  sign    verify      sign/s      verify/s
rsa 4096 bits 0.026087 s 0.000384 s 38.3 2603.3

La tension du SoC est alors de 0,84 V pour une fréquence de 1,5 GHz, stable du fait de la présence de notre dissipateur. Il maintient d'ailleurs la température du SoC dans les 52 °C. Côté consommation, nous relevons 2,7 watts à la prise au repos, contre 6,0 watts en pleine charge soutenue.

Modification de la fréquence et impact sur la tension

Selon le billet de blog de la fondation, avec la nouvelle version de Raspberry Pi OS, il suffit de modifier la valeur de la fréquence indiquée et le reste suit. Cela se fait en éditant le fichier de configuration :

sudo nano /boot/config.txt

On doit alors décommenter la ligne en charge de la fréquence et la modifier comme suit :

arm_freq=1800

Il suffit de redémarrer la machine. Selon nos constatations, la fréquence et les valeurs au repos sont inchangées. Mais dès que la fréquence grimpe, la tension est adaptée et passe à 0,91 V soit une augmentation de 8,33 %. La température maximale grimpe de quelques degrés (60 °C) et la consommation passe à 7,7 watts (+ 28,33 %).

Côté performances, on obtient le résultat suivant :

                  sign    verify      sign/s      verify/s
rsa 4096 bits 0.031240 s 0.000460 s 46.0 3123.6

La hausse est de 20 % environ dans les deux cas, soit autant que de MHz en plus.

Allez au-delà de 1,8 GHz ?

Nous avons effectué des tests similaires à des fréquences supérieures. Comme on pouvait s'y attendre, la carte tient le coup au-delà de 1,8 GHz, mais pas sur la durée. En effet, après plusieurs dizaines de minutes à 2 GHz, le système s'est figé et nécessitait d'être redémarré. Cette valeur est néanmoins exploitable si l'on sollicite peu le SoC.

  • 1 500 MHz : 0,84 V - 6,0 watts - 52 °C - 38 s/s et 2 603 v/s
  • 1 800 MHz : 0, 91V - 7,7 watts - 60 °C - 46 s/s et 3 124 v/s
  • 2 000 MHz : 0,95V - 9,3 watts - 71 °C - 51 s/s et 3 473 v/s (plantage au bout de plusieurs dizaines de minutes)

Commentaires (25)


Je suis curieux de voir les résultats sans dissipateur voire dans le boîtier officiel, car je doute que leurs tests de qualification ont été réalisés dans ce dernier.


Comme dit dans l’article, déjà à 1,5 GHz il y a du throttling ;) Ce qui serait intéressant c’est de savoir dans quelles conditions et avec quelle charge les tests de qualification sont effectués.


Des tests en chambre froides j’imagine ? :-D


Cette bidouille me rappelle quand je changeais les cavaliers de la carte-mère pour gagner 20 MHz sur mon 486 DX4-100 :D :D



Puis quelques autres processeurs après lui …
Merci les framboises de nous redonner ces bons vieux réflexes.


Le RPI est assez limité niveau puissance, du coup paradoxalement je peux comprendre l’envie de gagner 20% de perf et en même temps si les perfs sont vraiment critiques c’est que cette plateforme n’est pas vraiment le bon choix.


Ah, le coup de crayon gris sur les ponts L1 des Athlon XP :D


Pour 6,5x le prix, encore heureux que ce soit plus performant :D (mais bon il existe déjà pas mal de SBC sur base Intel, pas toujours du Core parce que c’est pas toujours le besoin, mais Intel a une gamme Embed dédiée pour couvrir les solutions spécifiques à ce marché, Canonical est partenaire d’aileurs)


Du coup, je me demande, la modification de la carte en 1.4 joue-t-elle sur le dégagement de chaleur ?

Parce que si c’est le cas, ça pourrait avoir du sens d’augmenter la fréquence.


Ce serait vrai si ça modifie la tension de fonctionnement du SoC à la baisse à même fréquence, à vérifier mais ce n’est pas annoncé comme tel en tous cas.


un PI4 8Go ça vaut 80€ auquel il faut rajouter la carte SD ou un ssd + adaptateur usb et le radiateur
la delta 3 en lien 200€, avec 8Go aussi, 64Go eMMC et le radiateur, on est loin des x6,5 quand même :o



C’est l’un des premiers SBC sur base 11th gen intel, je posait ça là comme ça, si qq’un cherche un truc plus pêchu.
autre point intéressant de la delta, c’est qu’il y a un microcontrôleur leonardo intégré, on peut aussi gérer le ON / off des usb et un watchdog hardware est dispo… + 2 slot pcie pour ssd ou wan.



pour 200€ c’est pas du vol non plus comparé aux autres SBC intel type udoo ou odissey


Jeff Geerling (https://www.jeffgeerling.com/blog/2021/raspberry-pi-4-model-bs-arriving-newer-c0-stepping) parlait également d’un nouveau stepping du CPU, perso j’ai reçu un pi4 4go il y a quelques semaines, j’ai bien les composants d’alimentation supplémentaire mais je suis toujours sur le stepping b0.



De là à vous dire si il tourne à 1800mhz, je ne sais pas, je ne l’ai pas encore branché…


Mon DX4-120 tournait à 150 MHz, et hyper stable ! J’éclatais les premiers pentium à plates coutures !


Tu as déjà pas mal de SBC Intel/x86 sur des architectures récentes, mais comme dit plus haut, ce sont le plus souvent des solutions qui répondent à des besoins spécifiques vendues par des constructeurs spécialisés (plutôt que du KickStarter). Intel propose aussi ses Compute Module pour du clé en main.



Une carte comme celle que tu évoques est intéressante pour son côté “tout en un” et la base x86, mais ça n’a rien à voir avec ce pourquoi un RPi est fait au départ, tout en étant plus gros (125 x 78 mm contre 85 × 56 mm). Différents besoins, différents produits.



Il faut par contre faire attention, ce n’est pas du tout du 11th Gen. Le N5105 est un SoC 4C/4T basse conso (dérivé d’Atom), ce sont les Jasper Lake, qui n’ont rien à voir avec les processeurs Core (11e Gen
= Tiger Lake). On avait testé un modèle 2C ici.


Ok pour le 11th gen (mea culpa je vérifierais les infos par moi même avant de les rapporter)



si c’est le kickstarter qui fait peur, c’est dfrobot qui est derrière ils vendent des caisses de MCU et capteurs / actuateurs https://www.dfrobot.com/ c’est un peu le adafruit / makeblock chinois
ils en sont à la 3eme génération de ce type de cartes toutes lancées sur kickstarter c’est ensuite dispo sur leur site et la précédente a une bonne communauté



je cherche pas a leur faire de la pub, mais c’est qd même du sérieux derrière (j’ai pas mal de produit de chez eux et la qualité est là)


Je suis équipé de la première version du RPI4 avec Ubuntu dessus, et sans modification, j’obtiens ceci :



              sign    verify    sign/s verify/s


rsa 4096 bits 0.010421s 0.000153s 96.0 6523.0



papay0u a dit:


je cherche pas a leur faire de la pub, mais c’est qd même du sérieux derrière (j’ai pas mal de produit de chez eux et la qualité est là)




C’est intéressant mais effectivement c’est plus gros, difficilement fanless, et ça consomme plus que le PI en pointe.
OK, face au pi 4 qui est aussi difficilement fanless et consomme pas mal, l’écart est moindre.



Avec les ports SATA et M2 c’est super en tant que NAS ou proxy/firewall. Le nombre de ports est très intéressant, laminant par exemple un Deskmini x300. Mais ça nécessite encore plus d’alimentation.



Par contre, par rapport au Pi les GPIO ne sont pas tous égaux et pas tous rapides. Le Arduino collé derrière a ses limites, on est sur du produit un peu comme les intel edison.



Bref, ce n’est pas les mêmes produits.



Là où je te rejoins, c’est que la Pi 4 a voulu faire dans la perfs et les gigas de RAM, se rapprochant de SBC de ce type, mais montrant aussi à quel point la pi n’est pas taillée pour les concurrencer.



Mais bon, la fondation continue à essayer d’en tirer le plus.


J’ai le premier lattepanda, il fonctionne plutôt bien, et est fanless. Il chauffe un peu, mais je n’ai pas eu de soucis (après je n’ai pas fait de grosses charges dessus).


Mon hypothèse, basé sur de (très) faibles notions d’électroniques, était que avant la 1.4, soit les composants étaient directement dans le SoC, soit la puissance était moins stable, et pouvait créer de la chaleur par son côté “bruité” dans le SoC.

Et que donc, soit ça déportait une partie du travail, et donc de la chaleur, soit leurs ajouts permettant de réduire la chaleur en tant que tel.



Cette hypothèse est probablement fausse, mais ça aurait été intéressant de comparer le RPi4 <1.4 et le 1.4 pour être sûr :)


Il fait référence à un nouveau stepping du SoC mais ne se base sur rien. Si la montée en fréquence était liée à la montée en stepping, on ne pourrait pas O/C les modèles antérieurs. Et la fondation l’aurait sans doute mentionné clairement dans son billet. Or elle évoque juste des PCB “récents” avec les composants. Au mieux on peut essayer de lier ça à la révision de la carte (ce qui est plus logique), mais sans pouvoir le vérifier à moins d’avoir de nombreux modèles de la carte à dispo dans différentes versions.



Il faudrait avoir un modèle avec ces composants sous la main, et ce n’est pas mon cas :D


Je vais poser une question con, mais on peut mettre ce qu’on veut dans le arm_freq=. Du genre 900? Pour pouvoir faire du fanless qui tourne en continu? Pour faire un peu de DNS / VPN par exemple?


Oui ça peut être à la hausse ou à la baisse. Mais bon tu peux prendre un Pi Zero 2W sinon :D



cedeber a dit:


Je vais poser une question con, mais on peut mettre ce qu’on veut dans le arm_freq=. Du genre 900? Pour pouvoir faire du fanless qui tourne en continu? Pour faire un peu de DNS / VPN par exemple?




Je suis pas sûre que ce soit super intéressant. Quand le RPi est idle, la fréquence baisse. Donc en terme de conso/chauffe, ca ne changera rien la majorité du temps.



Et concernant le fanless, tu peux le faire avec la conf par défaut. Le CPU va throttle comme un grand s’il chauffe de trop.


Oui j’ai vu passer le PI Zero mais j’ai un rPI4 qui prend la poussière et, à choisir, je préfère avec prise réseau, c’est plus stable. Il remplacera son bon vieux grand-frère le rPI1 (suffisent pour un pi-hole)



Ah oui, bons points aussi pour la fréquence. Bah je vais dégager le ventilo, on verra bien après tout.



Merci à vous deux.



(quote:61661:brice.wernet)
C’est intéressant mais effectivement c’est plus gros, difficilement fanless




Ben non, vu la consommation (6 W si j’ai bien lu). J’ai un Celeron 1037U qui a un TDP de 15-17 W et il est fanless, il a juste un radiateur (vendu avec sur une carte mini-ITX) et je n’ai jamais eu de throttling.




face au pi 4 qui est aussi difficilement fanless et consomme pas mal




Ben non, puisqu’il existe le radiateur GeekPi qui fonctionne bien.


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