作者：陸向陽
為了推廣與增加晶片的知名度，有時候常會用一些「特技」來製造話題，例如過去ESP8266晶片推出後就有人試煉它的收發距離極限，最後實測得到366公尺（使用PCB印刷電路板天線）、479公尺（使用外接天線），遠超過一般Wi-Fi設定的100公尺，有時實務上更只有40～80公尺。
類似的， Raspberry Pi Pico所用的RP2040晶片正規是跑133MHz時脈頻率，這在一般的MCU微控制器上也算是快的了，因為有許多Cortex-M系列的MCU也只跑在24MHz～72MHz間，但偏偏有人覺得不夠，希望榨出RP2040的極限，因此對其超頻（overclocking），結果最高可以到驚人的1GHz（1,000MHz）頻率。
樹莓派基金會的實習生David Bell就同時動用了多種技術讓RP2040晶片達到1GHz，並且還跑了效能標竿（Benchmark）測試，而後將測試數據跟其他樹莓派板進行比較，包含跑1GHz的Raspberry Pi Zero W、跑700MHz的第一代Raspberry Pi Model B，以及正規跑125MHz的RPi Pico，在同樣跑1GHz下RP2040的效能測試還勝過RPi Zero W呢！
把Raspberry Pi Pico的RP2040晶片抄頻到1GHz後，效能還勝同為1GHz運作的Raspberry Pi Zero W（圖片來源：樹莓派官網 ）
David Bell使用Dhrystone來進行效能測試，Dhrystone從1984年由Reinhold Weicker撰寫出來後至今都是業界標準，常用來對晶片運算效能進行初步評判。不過Dhrystone需要改寫才能跑在RP2040上，這方面有資深標竿測試人士Roy Longbottom用RP2040 C/C++ SDK改寫出來，改寫成的標竿程式除了跑在RP2040上也跑在RPi Zero W跟第一代RPi Model B上，以便用相同基準來比較。
接著David Bell透過三個面向讓RP2040能超頻，即頻率、電壓、溫度。首先是頻率，David Bell捨棄一般尋常使用的石英（crystal）振盪器而改用環形（ring）振盪器，這樣可以隨著溫度、電壓等條件的改變而持續讓時脈頻率最大化，為了達到最大化David Bell也對振盪器參數進行設計設定，包含把除頻器設為1、把狀態數設為2。
另外，RPi Pico上的SPI介面程式記憶體並不耐操，頻率大約到260MHz～270MHz後就無法再正常運作，所以David Bell是把程式轉移到RP2040內部的RAM記憶體上來跑，如此才能用更高的頻率跑，跑的程式與相關內容也放在GitHub 上供人參考。
其次是電壓，一般而言加電壓可以增高頻率，標準RP2040使用1.1V，David Bell刻意斷開RP2040晶片上的VREG_OUT接腳與DVDD接腳間的連動性，直接焊接外部供電給DVDD，並加電壓加到3V，遠高過原有的1.1V，強制把更高的電壓送入晶片的核心電路內。
其三是溫度，David Bell運用致冷器（Peltier Cooler）把RPi Pico凍結到零下攝氏40度，溫度愈低愈有超頻空間，事實上David Bell是先降溫後才開始加電壓，以此激出晶片的極限潛能。
已經被致冷器凍結的Raspberry Pi Pico然後用外部強加電壓方式進行超頻（圖片來源：樹莓派官網）
超頻到1GHz雖然很讓人激賞，但其實也無法長久運作，David Bell僅僅在跑了幾次Dhrystone後又過了幾分鐘RPi Pico/RP2040就掛了，之後即便恢復正常條件也無法使用。
上述屬於極端的超頻方式，但其實打從第一代的RPi就允許「適度」的超頻，第一代的RPi正規是跑700MHz，然後在開機設定的選單中就允許用戶選擇另外四種加速模式，分別是Modest、Medium、High以及Turbo，超頻的頻率分別是800MHz、900MHz、950MHz以及1GHz，有趣的是，這個官方原廠直接以選單方式提供的超頻功能是在保固之內的，選擇四種超頻模式如果操壞了是可以要求維修或換新的。
小結
最後補充說明兩點，一是致冷器在過去的各種晶片超頻中就曾用過，致冷器的散熱效果勝過散熱片、電動風扇，但缺點是耗電，以及過冷時可能會在致冷的接面上把周遭的空氣凝結成水，水滴反而有可能影響到電路板運作。
所以，現在一般的電腦散熱不會去使用致冷器，只有非常要求低溫與精準溫度控制的地方會用上，例如光纖交換設備。而除了致冷器外也有其他同樣屬於極端少數使用的降溫手法，例如使用液態氮冷卻，或直接把電路板泡入液體槽去運作。另一是對控制器晶片超頻的意義不大，因為控制器多數時候只用來執行一件工作或少數工作，工作量固定，超頻通常是為了同時執行多個工作或時多時少的工作才能獲得效益，此即是為何要對處理器晶片進行超頻，而鮮少有人對控制器超頻。
(責任編輯：唐育琪)
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