纯小白也能学会的降压超频教程——理论+实操 来自 iPisy – 酷安

#MIUI14#

前天开始学习、折腾降压超频。今天大成归来,写一篇教程或者说经验分享。其实既是为了分享,也是为了在写的过程中,理清自己的思路。行文中所提到的处理器是装载在小米平板5pro 12.4上的骁龙870,其他处理器的原理与操作同理。

本文5000+字,大体分为三个部分:有效性的证明、由理论到具体方法的推演、降压超频后的实际表现。侧重于介绍理论部分,以形成一个逻辑自洽的体系。如果你不想看理论部分,那么直接看3.2和4这两节,也大概能知道怎么操作。如果通篇读完,那肯定能学会操作。

先上结果。降压超频后,低频能效提升约5%,中高频能效提升约15%。极限性能也有一定的提升。实测原神画质几乎拉满的情况下,帧数大幅提升(57-59fps,具体取决于在游戏中的位置)。

解bl、获取root权限是前提。除此之外这篇文章只针对骁龙处理器。如果设备不支持或者不会这两步,可以划走了,除非你比较好奇理论部分,那就接着看下来。

目录写在前面,便于查找、理清思路。

1 GPU的部分工作原理

2 理论分析:降压超频有什么效,为何有效

2.1 概念

2.2 回答本节标题提出的问题

3 降压超频的策略

3.1电压——频率表

3.2 回答本节标题提出的问题

4 实际操作

5 细枝末节

6 实际效果

7 作业

1 GPU的部分工作原理

处理器的GPU有17档可调的电压与几乎无限级可调的频率。出厂时,厂商会调试出一张电压——频率表。这张表由7档电压和与之对应的7档频率组成。电压越高,频率就越高,这意味着处理器的性能更强。在使用中,GPU会根据负载的轻重,选择合适的电压,从而完成计算的任务。

2 理论分析:降压超频有什么效,为何有效

2.1 概念

先界定一些概念,以便演绎。

能效=帧率/GPU功率,也即处理单位任务所需能量。在任务量不变的情况下,能效越高,耗费的能量越少,这意味着续航更好,发热也会更低,发热降频的可能性更小。

帧率(衡量性能的指标)=帧数/时间,也即单位时间能够处理任务的量。

2.2 回答小标题2提出的问题:降压超频有什么效,为何有效

我在一开始也是啥都不知道,但经过初步测试可以发现两条规律

① 电压对GPU的影响:频率定,电压变,帧率几乎不变,功率与电压成正相关,能效与电压成负相关。

② 频率对GPU的影响:电压定,频率变,帧率与频率成正相关,功率与频率成正相关,能效几乎不变。

先讨论提高性能(帧率)的问题。从①中可以发现,降压不改变性能。从②中则有,超频会提升性能。

再讨论续航的问题。根据2.1的阐述,能效好续航就好。根据①,降压提升能效。根据②,超频不改变能效。

这样说来,只要降最猛的压,超最猛的频就行了。

但是经过试验可以发现:

③ 在一定电压下,过高的频率会导致花屏(工作异常)甚至无法开机(无法工作)。

这也是降压超频唯一的缺点:降低稳定性。事实上,厂商为了统一配置并追求绝对稳定,会在拟定电压——频率表时非常保守。我们只要做到相对保守,就能避免不稳定的问题。

电压和其对应的最大频率可以画成如下的图:

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VF Curve

即使是同一型号的处理器,这条曲线也不一致。这就是平常所说的“芯片体质”。再退一步,即使是一个特定的处理器,在不同环境下,这条曲线还会变化。

而我们要达到降压超频的结果,就要测试自己芯片的体质,并自己拟定这个表,这就是降压超频的过程了。

厂商的表其实就是基于体质最差的处理器与最极端的环境作出的。

上述三条规律都是普适性的。可以说是芯片的构造决定了这些结果。

3 降压超频的策略(不是实操。实操在4中会讲)

从0开始拟定电压——频率表,任务量太重,厂商的表已经有六七档了,我们最终的结果是四档左右(3.1末尾会讲为什么)。所以不妨直接在厂商的表格上微调并删去部分档位。

3.1 电压——频率表

在调整电压——频率对照表之前,我们先研究明白它的意义。你会发现2.2对于降压超频有效性的分析就是在讲这样一个问题:已知一档电压和一个对应的频率,我们可以通过降压超频来优化这一档。

但厂商给的是一个表。表也就意味着不止一档。很自然地发问:为什么要有这么多档电压和对应的频率?

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官方的电压——频率表,低电压对应低频,高电压对应高频

这个表的存在就表示,在处理任务的时候,GPU有很多电压选项。从最低的电压到最高的电压都可以。

先来看一个简单的问题。现在给定了很轻松的任务,就比如120Hz刷新率下滑动屏幕(这个任务很轻松),一秒钟要计算出120帧的图像,也就是1/120秒之内算出一个图。

低电压和高电压的区别有两点。

一,从完成任务的角度来看。

低电压对应了低频率(为什么?因为2.2的③,频率太高了会花屏、不开机)。由2.2的②,频率低性能弱,假设需要花1/240秒算完1帧,这时候,GPU可以在1秒算出240帧,但是因为1秒只需要算出120帧,所以工作1/240秒,休息1/240秒,GPU占用率是50%,也足够完成任务。高电压性能强,假设1/480秒就能算完了,那么工作1/480秒,休息3/480秒,GPU占用率25%。

这时候无论高电压还是低电压,都能完成任务。

二,从耗费能量的角度来看。

由2.2的①,低电压对应高能效,所以更节能。高电压对应低能效,所以更费电。

所以,如果有很多档电压都能完成任务,GPU就会选电压低的那档来达到节能的效果。

现在假设负载变大,我们来看看会发生什么。

同上,频率低性能弱,假设此时需要花1/70秒算完1帧,就算不休息一直算(占用率100%),也只达到了70帧。为了避免掉帧,GPU不得不升压升频(即使这样能效变差),升到高电压,才能算得更快,完成不掉帧的任务。

这样来看,设置多档电压——频率是合理的。根据负载的大小,GPU自动匹配能效最佳,且能完成任务的那个档位,达到既不掉帧也省电的效果。

但为什么GPU支持17档电压,厂商却不设置17个档位呢?因为实际使用中,场景是复杂的,负载时高时低,如果档位过多,GPU升档降档过于频繁,也会导致掉帧。在降压超频的过程中,近似等频率间隔地设置3-5档为佳。(由2.2的②,频率决定性能,且近似成正比关系,等频率间隔就是近似等性能间隔)

3.2 回答小标题3提出的问题:降压超频的策略

870的17档可调电压并非以数值给出,而是只给出了档位名称。从低到高依次是(上低下高):

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870的电压档位,第一档和第二档电压其实一样

官方的第一档直接从LOW_SVS开始,对应频率305MHz。

我们可以自己新增最低电压的档位:MIN_SVS。但是为了方便,实际操作中采取直接降低官方最低档对应电压的方法。建议一档一档降,以防花屏或不开机。如果降到MIN_SVS还稳定(稳定性的判断属于实操,会在4里讲),就可以开始超频了。

你可能会怀疑这里超频的意义:根据2.2的②,超频是为了提高性能,它不改变能效,简单来说就是提高极限性能。极限性能的提升不应该交给高压档吗?为什么要在低压档上超频?

其实3.1已经回答了这个问题。低压超频虽然不会让GPU的极限性能变强,但会让这一个电压档足以完成它超频前本不能完成的任务。如,低压档超频前只能跑110帧,超频后能跑120帧。如果不超频,GPU肯定就直接升压了。超频后,GPU用这个档位完成任务足矣,电压低,更加节能。

所以这里慢慢超频(建议一次20MHz,不放心就一次10MHz),如果稳定就继续超。超到花屏为止,开始降频,最后寻找出恰好不花屏的那个频率(不用很精确,因为没必要,建议精确到10MHz就够了)。这个恰好不花屏的频率-20MHz(也有说15MHz的),作为最后写入电压——频率表的值。你可能看到过一些“极限降压超频”,选择一点不减,直接写入。但2.2在介绍VF Curve的时候提到,即使是一个处理器,在不同环境下,这条曲线还会变化。要是哪天因为电池电压不稳,或者天气极端热、冷,或者湿度极端等等因素,导致曲线下移,可能会导致花屏,甚至不开机。所以该减还是要减。我属于怂中怂,直接减了30MHz。唯一没怂的地方翻车了:因为870最高只能超到683MHz,再高超不上去,不能确定那档电压是否能稳定跑700+MHz,但我还是冒险,经过一轮测试就选择683MHz和对应的电压,结果在几个小时后喜提花屏。其余档位操作完全类似。

调完电压——频率表后,降压超频基本结束。只剩最后一个小问题。

你容易发现,降压超频所用到的降压软件KonaBess中,调整频率表时,除了频率,还有bus(-freq/-min/-max -ddr7/8)和acd-level,这两个属于比较玄学的东西。因为软件开发者也明确表示模棱两可根据bus(总线)、freq和ddr7/8首先可以猜测这个跟内存频率控制有关。另外有大佬说ddr8表示lpddr5,ddr7表示lpddr4x。至于freq肯定是频率(frequency),min大概指的是频率下限,freq就是默认频率,max是频率上限。Acd的话,根据开发者的猜想是automatic clock distribution,但我也不知道这是啥,他也不知道。官方的acd-level只有两个值,0xa02b5ffd和0x802b5ffd。

但经过简单的测试还是能发现更佳的配置策略。(测试样本较少,可能不够精确。)

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对bus/acd作用的测试

根据测试数据和以上对于缩写的猜测,可以猜想bus与acd控制内存频率并与之成正相关。更低的bus-frequency(以及max、min)和acd=0xa02b5ffd会带来更低的空载功率。而更高的bus-frequency(以及max、min)和acd=0x802b5ffd利于GPU的性能释放,但整机能效可能会下降(因为内存频率高了,但这与亮度也有关,难说)。至于内存+GPU的总能效如何变化、如何调试,根据现有数据难以知晓。不过根据已知我们还是可以得出一个较为稳妥的策略:低频使用前面保守的策略保证续航,高频使用后面激进的策略利于性能爆发。至于什么是低,什么是高,参考官方各档频率对应的bus与acd配置。

4 实际操作

首先要解bl,而后获取root权限。因为修改电压——频率表需要root权限。

下载#KonaBess#,打开后,先点击备份旧镜像,镜像会被储存在/sdcard中。电压——频率表存储在这个镜像里,出问题的时候就可以用镜像还原。可以刷入降压超频救砖模块,并将旧镜像拖入到data/adb/modules/降压超频救砖模块/tool/vendor_boot中(不同模块位置可能不同),出问题了就会自动还原。或者将旧镜像拷贝至电脑,卡米后用fastboot命令还原。建议后者一定要做一下,以防万一。实在没做但出事了,去下载对应机型的卡刷包,解包得到vendor_boot,或许也能用。

然后就可以按照3.2操作了,修改电压就点“编辑GPU电压表”,在改变配置后,马上点击“保存电压表修改”。修改频率就点“编辑GPU频率表”,在改变配置后,也要马上点击“保存频率表修改”,但是要多一步,就是去GPU电压表中,把那档电压对应的频率也改掉并保存,否则,电压表和频率表不统一,必定不能开机。确定无误后,刷入镜像重启即可。一档一刷,慢慢来。

已经有酷友作出了870电压与频率的大致范围。参考图如下。雷表示体质差,雕表示体质好。可以根据这个图大致确定花屏的频率点。

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每档电压对应的频率的大致范围

最后介绍一下如何测试稳定性。也就是3.2所提及的“不花屏”。下载3DMark,跑3DMark WILD LIFE EXTREME测试,如果测试过程(1分钟)不花屏,就代表初步稳定。最后你得到的“不花屏的最高频率”,需要跑一次3DMark WILD LIFE EXTREME STRES TEST(20分钟),如果稳定度在99%以上,证明它确实比较可靠(但也不太可靠,参见我683MHz,SVS_L2的数据),再在这个基础上减去约20MHz作为最终频率。

需要注意的地方:

1.骁龙888以及之后的骁龙处理器,在KonaBess中只会显示一个合并的电压—频率表。而这之前的处理器(如870)会显示两个表。操作的时候注意一下就行了,不影响原理。

2.2021年3月后生产的骁龙870的上限频率:683MHz。超过此频率无法开机。

3.压力测试稳定度就算达到99%以上,依旧有可能在某些条件下花屏。参见我第四档683MHz、SVS_L2的测试过程。所以定频应当保守。(前面说了,再强调一下)

4.日用党,是否可以把高频删了。答案是最好不要。MIUI桌面打开应用、切后台等操作需要短时间的性能爆发(代码欠优化),删掉容易导致掉帧。对于870,至少也得留一个550MHz以上的档位。

5.某些降压超频作业会有“一个电压对应两个频率”的做法,如果改了bus和acd还好,但如果没改,根据上面的论述已经可以看出没必要了(看不出来评论区问我)。反而可能因为档位数过多导致频繁升降档,引起掉帧。

6.不提倡抄作业。不同GPU体质不同。

5 细枝末节

这部分其实已经可以不用看了。因为你只需要接受2.2给出的结论①-③,就可以接受降压超频的理论依据与操作依据了(后面也都是通过这三个结论演绎得到的)。但这些结论是我是根据测试结果,结合一些大佬的文章大意得到的,所以也就顺便贴出我的实验条件和数据。闲的没事可以自己做一下。

测试条件:

平板电量控制在70±10%,测试前电池温度22±3°C,飞行模式,亮度用小爱同学跳到50%。

建议打开yc调度的节能模式, A-SOUL Games Optimization这个模块不要开,否则测试过程中CPU对功率的干扰较大。lz在测第三档的过程中不慎修改了scene的“CPU控制”中的CPU频率,导致yc调度直接被关闭,后续进行复核测试的时候,无法复现之前的结果,找了几个小时才发现问题所在。好在是否打开yc调度只会影响功率与能效比的准确性,并不影响超频降压的结果。所以只用最后重新打开yc调度,做降压超频前后能效比的对比就好了。

测试流程:刷入镜像,开机后进入#scene7#,在“CPU控制”里锁定GPU频率至待测档位,等待功率稳定,打开功率悬浮窗(用于观察是否降频,实际上在整个测试流程中没有观察到)和帧率悬浮窗,scene挂后台,进入3DMark,等待功率稳定(还是会波动0.1w左右),记录大概的平均值作为空载功率。然后进入3DMark WILD LIFE测试。加载完成恰好开始时,点击scene帧率悬浮窗开始记录功率,测试恰好结束前点击scene帧率悬浮窗结束记录,宁可少记两秒,不要多计,因为测试开始前与结束后的功率与测试中的功率相差较大。而后帧率通过3Dmark直接读取,总功率通过scene读取。

前面电压、频率较低时,带壳立着测试还能保持恒温。后面电压、频率拉上去之后,温度可能会过高。我选择把平板贴在大理石地面上散热,可以压住温度。

WILD LIFE的测试分数与帧数折算:166.945points-1fps。在压力测试的时候可以用分数折算出帧率。

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测试数据

6 实际效果

先用3DMark+scene测了能效。

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能效测试

后来测了一个多小时原神。画质、屏幕亮度、声音如图。打开yc调度极速模式,打开A-SOUL Games Optimization模块。数据直接贴在下面。蒙德、璃月、稻妻、须弥、枫丹各跑了10分钟。具体测试内容看图中备注。

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画质

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屏幕亮度和声音

结果如下。

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7 作业

不提倡抄作业。但是给出我的作业供学习交流吧。我这颗870体质算中等水平。

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