树莓派4B性能实测,有史以来最好的树莓派
发布时间:2019-06-26
分享到:
树莓派4B性能实测,有史以来最好的树莓派
发布时间:2019-06-26
分享到:

树莓派长期以来一直是廉价单板计算的黄金标准,为机器人,智能家居设备和数字信息提供各种服务。备受期待的树莓派4B将Pi带到了另一个层次,其性能足以用作台式PC,还能输出60Hz的4K 视频或电源双显示器。文章开头,我们不卖关子,首先来总结下这次的树莓派4B优缺点。

优点:

  • 比以前的树莓派要快得多
  • USB 3端口
  • 能够以60 Hz输出4K视频
  • 双显示器支持

缺点:

  • 关键软件在发布时不起作用
  • 高分辨率视频播放效果不佳

结论:

有史以来最好的树莓派,功能、性能更强,而不会提高价格。

对于与之前型号相同的35美元的起始价格,你可以获得两到四倍的速度,支持USB3.0和真正的千兆以太网。

本文将测试4GB RAM版本的树莓派4B。值得注意的是,在发布时,一些重要的树莓派软件尚未在Pi 4上运行。要运行Pi 4,你需要下载Raspbian OS的全新版本Raspbian Buster,但是并不是所有的东西都在Buster,在测试期间,我们发现了许多Python库或其他与新操作系统不兼容的必需软件包。

与树莓派3B+的规格差异

下表显示了树莓派4B(第一个唯一的Pi 4型号)和树莓派3B +(Pi 3的最快版本)之间的关键规格比较。

最重要的新功能是更快的处理器和GPU,更多更快的RAM,增加USB 3.0端口,双micro HDMI端口而不是单个HDMI连接,并支持4K输出。支持USB 3.0的更高总线速度还允许板载以太网端口支持真正的千兆位连接(125MBps),其中最后一代型号的理论最大值仅为41MBps。microSD卡插槽的速度也是原来的两倍,理论上最大为50MBps,而3B+上为25MBps。

由于新的 SoC 需要更大功率,树莓派4B通过USB Type-C而不是MicroUSB充电。它还需要一个能够提供至少5V/3A的电源适配器,但如果你没有将许多外围设备连接到USB端口,你可以使用5V/2.5A。撇开电源需求,USB Type-C连接器非常不错,不用区分正反,更容易插入。

新CPU,RAM

树莓派4具有与其前代产品类似的设计和尺寸,但它是一个全新的平台,由新的处理器Broadcom BCM2711B0提供支持。自2012年第一款Pi以来,所有Pis都使用了40nm SoC,但这款新芯片基于28nm工艺,而不是旧的Cortex-A53架构,它采用了Cortex-A72。树莓派4中的BCM2711B0具有四个内核,时钟频率为1.5 GHz,乍一看,它似乎并不比树莓派3B +中的四核1.4 GHz BCM2837B0快得多。

但是,Cortex A72具有15指令流水线深度,而旧型号只有8个,并且它还提供无序执行,因此它不会等待一个进程的输出在另一个进程上启动。因此,即使在相同的时钟速度下(并且BCM2711B0基于较小的工艺节点),Cortex-A72处理器也将比A53供电的祖先快得多并且使用更多功率。

例如,在测量整体计算能力的Linpack基准测试中,Pi 4在所有三个测试中都绝对地输入了Pi 3 B +。在最重要的单精度(SP)测试中,Pi 4得分为925,相比之下,3 B +的标记为224,增加了413%。

在Sysbench CPU测试中,Pi 4 B能够每秒执行394个事件,而Pi 3 B +则为263个事件。这是50%的差异。

RAM也快得多,从在Pi 3B +上运行的1GB DDR2 RAM到最高4GB的DDR4 RAM。除了增加的带宽,拥有更多的内存是一个巨大的交易,特别是对于网上冲浪。

Pi 4的RAM分别返回4,130和4,427Mbps的读写速率。这比3B+好51%和54%。

执行文件压缩时,CPU和RAM都会受到影响。在多线程模式下压缩文件时,Pi4B比其前身快37%,但它在单线程中更强大,使3B +超过60%。

新GPU,更快的图形性能

GPU也得到了很好的提升。它从以400MHz核心时钟速度运行的Broadcom VideoCore IV转变为设置为500MHz的VideoCore VI。新架构允许它以高达4K fps的速率输出到显示器,速率为60fps,或支持高达4K 30Hz的双显示器。

虽然我们希望我们能够及时在Retropie中尝试一些资源密集型仿真器进行此次审核,但是在推出时并没有与Pi4兼容的版本。然而,测试Quake III Arena克隆游戏中帧速率的OpenArena Benchmark确实运行了。

在 720p 分辨率下,Pi 4是唯一能够提供平滑帧速率的Raspberry Pi。是的,你可以在Pi 3,3 A +或3 B +上进行游戏,但是所有这三种游戏的传输速率都在27到28 fps之间,相比之下Pi 4上的速度为41.4 fps 。

存储性能

无论您的处理器,RAM和GPU有多快,如果您的存储速度很慢,打开应用程序和文件等日常任务将会非常滞后。与所有Raspberry Pis一样,4B的主要存储设备是microSD卡读卡器,虽然方便但有点受限。根据Pi基金会的说法,4B的最高传输速率为50MBps,这是3B+读卡器速度的两倍。没有已知的容量限制。

我们的基准测试是使用三星EVO Plus microSD XC Class 10卡进行的,显示出比理论最大值更不令人印象深刻的速度。Pi 4B的顺序读/写速率为45.7和27.7MBps,而3B+则为22.8和17.5MBps。请记住,该卡的额定读取速度为100MBps,写入速度为60MBps。

如果您有一个快速的USB闪存驱动器或外部SSD,您可以从Pi4B获得更好的存储性能.Pi4B是第一个具有USB3端口,其最大理论带宽为625MBps。

通过将Mushkin 120GB外置SSD连接到其中一个USB3端口,Pi4B分别实现了令人印象深刻的读写传输速率363和323MBps。这比3、3B和34MBps的3B+标记快近十倍。

快速USB3端口不仅仅是存储。您可以使用其他高带宽外设,例如Google的Coral USB Accelerator,它可以帮助完成人工智能任务。

网络性能

树莓派4与其前代产品具有相同的802.11ac Wi-Fi,但它支持蓝牙5.0,这是对先前型号蓝牙4的改进。更重要的是,以太网端口现在具有更多带宽,这使其能够提供全千兆吞吐量,而以前的型号只能达到大约330兆位。

在测试中,PI4B的以太网端口达到了943Mbps,这吹走了其他Raspberry Pis。实际上,在吞吐量测试中,Pi4B的速率为943Mbps(接近最大1,000Mbps)。这几乎是Pi3B+的五倍,而它只有237 Mbps。

旧的和新的Raspberry Pi都有802.11ac Wi-Fi,可以在2.4GHz或5GHz频段上运行。所以我们没想到会在这里看到很大的性能差异。但Pi4的5GHz吞吐量明显更高,返回速率为114Mbps,而Pi3B+则为97Mbps,相当于18%的改进。

功耗

由于需要更耗电的处理器以及至少需要一个5V/3A的电源适配器,因此预计Pi4将比其前代产品消耗更多功率。

闲置时,Pi 4B的功率为3.4瓦,比3B+高出17%。在负载下,这个数字跃升至7.6瓦,但这仍然比其前任产品多出19%。如果你想要功率最低的Pi,性能会受到影响,那就选择Pi Zero W,它在空闲时仅消耗0.8瓦,在负载下消耗1.6瓦。

是的,这块板比前一块板温暖,温暖。热图像反映了我们所经历的; CPU附近的电路板区域非常温暖,而不仅仅是处理器本身的顶部。Pi4板达到了74.5摄氏度(166华氏度)。这对于严重烧伤是不够的,但是孩子们尤其应该确保只在它的侧面拾取Pi。Pi3B+的顶部表面更冷,最大温度为62.5摄氏度(144.6华氏度)。

树莓派3B+

树莓派4B

与任何现代计算机一样,如果您将系统推得过硬并且CPU或GPU过热,计算机将减速以避免损坏。

在运行CPU密集型工作负载10分钟时,处理器达到81度并在3分钟后开始从1.5 GHz降至1GHz。然而,当系统下降到大约80度时,系统仍然将自身恢复到1.5GHz全部,但随后它会再次变暖并降至1GHz。如果你想在负载下获得更好的持续性能,可以考虑为Raspberry Pi4安装一个有源冷却器,或者至少安装一个被动散热器。

扩展接口GPIO

任何Raspberry Pi上的真正明星都是它的40个GPIO(通用输入/输出)引脚。引脚数和布局与之前的型号保持不变,返回到树莓派2,因此任何连接到Pi 2或3的“帽子”,传感器或LED屏幕都是兼容的。

但是,树莓派4为一些引脚增加了一些新功能。对于连接各种外设的硬核制造商而言,GPIO引脚现在支持四个额外的I2C,SPI和UART连接。因此,如果您的传感器或外围设备需要任何这些接口,那么您现在拥有更多这些接口。

在树莓派4上,GPIO引脚的速度和响应速度也快得多,这可能是因为其处理器速度更快。我们的测试使用gpiozero Python库连续打开和关闭引脚,并测量它们切换的速率。Pi 4的速度为50.8 KHz,而Pi 3 B +的速度仅为16.1。这是215%的改善。

使用树莓派4作为PC

树莓派4的目标之一是成为一款功能强大的PC,任何人都可以使用它来上网,进行轻松的生产力工作,甚至可以玩非常基本的游戏。为了测试这个用例,我花了几个小时在设备上完成日常工作,我什至用它来编写部分评论。

我真的很喜欢能够输出到双显示器,这是我每天在工作和家庭中都做的事情。而且,由于我日常工作的大部分时间都是在网络浏览器中进行的,因此使用Chromium编写,编辑和研究文章没有问题。即使打开15个标签,它们之间的切换也很顺利,而且我没有超出4GB的板载RAM。

虽然我不想每天都使用它,但GIMP提供了一种编辑静态图像的好方法。如果我想要破解电子表格或在Google Docs之外撰写文档,那么Libre Office就足以满足要求。

我最大的问题涉及视频播放。如果我想观看YouTube视频,我必须将其保存在一个窗口中,因为即使在480p分辨率下,它在全屏幕上仍然是生涩的。我想要执行的另一项任务是玩复古游戏,但在撰写本文时,Retropie模拟器包不适用于Pi 4.但我能够安装和播放Quake Arena。

请记住,树莓派4可以与几种不同的操作系统配合使用,但最受支持的是Raspbian,这是一种Linux,它对新手来说有一个小的学习曲线。只需要寻找低成本网络冲浪电脑而不进行任何修改的用户,可以以150美元到200美元的价格购买Chromebook或低端Windows笔记本电脑。

4K输出,视频播放和转码

以前的Raspberry Pi计算机的缺点之一是它们一次只能原生输出到一个屏幕,但是如果你喜欢多任务处理并希望使用Pi来提高工作效率,那么你真的需要第二个屏幕。树莓派4具有双微型HDMI端口,每个端口可以连接到单独的显示器或电视,并且可以以高达4K(3840 x 2160)的分辨率运行。如果您有多台4K显示器,您可以选择:您可以以30 Hz的速度运行每个屏幕,或者您可以在设置菜单中启用4K模式,这样可以稍微提升电压,这样您就可以运行一台显示器在4K 60 Hz和另一个在高达1080p 。

在广泛的动手测试中,我发现虽然30 Hz的4K是可以忍受的,但像鼠标指针移动这样的小事情有点迟钝。如果您有一个4K屏幕,那么你最好选择60 Hz模式,但请注意增加的电压也可能导致CPU变热并且更容易节流。

在网上冲浪,看静止图像,只是享受4K的所有额外屏幕空间是很棒的,视频播放是树莓派4的Achille的脚跟,至少在撰写本文时。无论我们是尝试流式传输4K视频还是使用下载文件,我们都无法在Raspbian Buster或运行Kodi媒体播放器的操作系统LibreElec中获得流畅,可行的4K体验。几个H.264编码的视频,包括Tears of Steel ,根本没有播放或显示为杂乱的颜色。甚至Kodi推荐用于我测试的人们都会将样本果冻鱼视频显示为静止图像而没有移动。显然,在操作系统和软件方面仍需要进行大量优化,以使树莓派4能够播放4K视频。

不幸的是,即便播放1080p YouTube视频也是一个挑战。以1080p分辨率运行,Stranger Things的全屏视频预告片显示出明显的混乱。但是,当我在较小的窗口中观看相同的剪辑时,播放流畅。即使我将流的分辨率降低到480p,也会出现同样的问题。

如果您的屏幕分辨率为1920 x 1080或更低,则播放离线1080p视频效果很好。当我使用VLC播放器观看时,Avenger's Endgame的下载预告片非常流畅。

树莓派4不会取代任何人的MacBook Pro或戴尔XPS 13创意工作站,但如果您有耐心,它可以为您转码视频。使用FFmpeg,树莓派4 48秒将非常短的H.264编码剪辑转码为NTSC DV格式。这比Pi 3 B +的时间少得多,它在108秒内完成,但是如果你要转换整部电影,你可能需要离开你的Pi一段时间然后再回来。

上网体验

树莓派4上的网上冲浪体验明显比任何前辈都要顺畅。更快的处理器有所帮助,但拥有超过1GB的RAM也是如此。我注意到Gnome系统监视器,我注意到,即使打开一个或两个标签,我也使用了超过1GB的RAM。然而,在具有4GB RAM的Pi 4上,我一次运行超过15个标签没有问题,在它们之间来回切换。

虽然网页的渲染速度不如现代Core i7笔记本电脑与Windows 10一样快,但Pi 4提供了非常可靠的网页浏览体验。我使用Google套件应用程序时没有遇到任何问题,包括Gmail,Google表格和Google文档。

在Jetstream 1.1上,一个测量Javasript处理和页面渲染的综合浏览基准测试,Pi 4击败了Pi 3B+,42.5到17.1这是148%的改进,但Pi仍然不如低端强大,英特尔支持的Chromebook,如三星Chromebook 3,得分为49.7。然而,PC笔记本电脑的表现更差,包括戴尔Inspiron 14 3000,仅售35.9。

Speedometer 2.0基准测试通过加载虚拟Web应用程序然后模拟与其交互的用户来测量总体响应能力。就每分钟的运行而言,此测试的得分越高,表明当您实际使用Google文档或Gmail等网络工具时,您应该获得更少的延迟。与Jetstream和现实世界中的情况一样,Pi 4在其前身中领先。在这种情况下,它快了98%。

忘记使用带有webGL动画的网站,因为它们是幻灯片,至少与当前的软件一样。当我启动webGL水族馆演示,显示50条鱼游泳时,我在树莓派4上的速度仅为2 fps,在Pi 3 B +上只有1 fps。我想这会使Pi 4的速度提高两倍,但2 fps仍然无用。

虚拟主机

Web服务是Raspberry Pi最常用的用例之一。实际上,在Tom's Hardware,我们使用树莓派3 B作为我们本地网络上的服务器,用于托管我们的笔记本电池测试。树莓派4凭借其更快的处理器,更大的RAM和更好的网络连接,承诺提供更强大的网上冲浪。

使用Phoronix Apache测试,树莓派4每秒处理3,9​​83个请求,而Pi 3 B +处理2,850个请求。这是一个40%的改进,这意味着你可以提供更重的网页或同时为更多的访问者服务,没有滞后。

许多Web应用程序使用PHP服务器端脚本语言,因此更快地处理PHP可以提供很多帮助。在测量PHP性能的PHPBench上,树莓派4 B得分为101,540,是Pi 3 B + 41,351的两倍多。

AI、推理和机器学习

也许树莓派4最激动人心的新用例是用于推理和机器学习。使用早期的Pis,您可以使用相机以低帧速率进行简单的对象检测,但是这个新模型增加的性能和I / O应该打开一个全新的用例世界。

为了了解Pi 4如何处理对象检测,我们按照本教程中的步骤进行操作,该教程使用了Google的TensorFlow机器学习平台和OpenCV的组合,OpenCV是一个有利于计算机视觉的编程库。在花了三个小时编译并安装所有软件之后,我让应用程序运行并观看,因为网络摄像头在我的办公室中识别出一些-很少-物体,包括感觉我是一个“人”而我的椅子是一把充满自信的“椅子”。它以1.7 fps的低速运行,但比在Pi 3 B +上运行时的1 fps好70%。

但是,通过更优化的框架,Pi 4应该能够进行实时的面部和对象识别。而且,因为它有USB 3,像Google Coral TPU USB加密狗这样的加速器应该有更多的带宽来将数据发送回SoC。想象一下,建立一个家庭伴侣机器人,通过面部识别家庭中的每个成员,或者帮助农民按类型分类黄瓜。其中一些工作负载可以在早期的Raspberry Pi计算机上实现,但是Pi 4 B应该使它们快速准确,足以定期使用。我们迫不及待地想看看开发人员和制造商使用Pi 4和AI做了什么。

Scikit-learn是一种流行的python模块,可以实现机器学习。在Pi 4-B上执行Scikit-learn任务的速度是Pi 4 B的两倍多。

编译代码

使用Linux,有时您必须编译要安装的程序。在我们的测试过程中,我们不得不多次编译软件包,包括我们想要获得对象识别演示的时候。

更快的处理器和更好的RAM帮助树莓派4 B编译代码比它的前任更快。当我们运行编译Linux内核的测试时,4 B的速度提高了33%。因此,无论您是自己编写软件的开发人员还是只想要直接下载的程序的用户,Pi 4都可以节省您的时间。

树莓派4B超频

我们已经解释了如何超频树莓派4 以及你在一篇单独的文章中得到了什么样的结果。然而,最重要的是,您可以轻松地将1.5 GHz CPU高达1.75 GHz,并将GPU的频率从500增加到600 MHz,而不会错过任何节拍。只要确保你有冷却。

你需要多少树莓派4 RAM?

树莓派4 B有三种配置,相同但RAM数量相同。35美元的入门级型号有1GB内存,45美元的单位有2GB,55美元的SKU一直到4GB。所有Raspberry Pis的一大优势是它们价格实惠,可以用于任何东西,所以你需要明智地选择。如果您正在构建一个仅处理电机和传感器的机器人或其他iOT设备,1GB就足够了,因为您没有运行大量应用程序,甚至不需要GUI。

如果您进行非常轻松的网上冲浪,设置自助服务终端或部署有限使用的网络服务器,我们建议使用2GB。4GB型号非常适合将Pi用作PC或更复杂的任务(如AI)。

总结

树莓派4代表了一次巨大的飞跃,不仅适用于Raspberry Pi,也适用于单板计算。这是第一次将Pi用作辅助PC或备用PC(或者可能是孩子们的第一台PC)是现实的。然而,更大的真正好处不是来自使用树莓派4s代替x86 PC的人,而是来自所有创新者,他们利用系统的增强性能,I / O和图形来创建新的iOT设备,媒体服务器和机器人。在学校建设Pi项目的孩子们也将拥有一个全新的学习机会。

但是,如果您今天需要Raspberry Pi计算机,那么您将不得不忍受一些可能在不久的将来通过软件更新解决的问题。像Retropie这样的关键应用程序无法在树莓派4上运行,视频播放性能令人失望。虽然可以肯定的是主要应用程序将被移植到新计算机上,但是一旦操作系统随着时间的推移而改进,我们仍然不知道视频播放会有多好。

尽管存在这些小问题,Pi 4仍然领先于其前辈和市场上所有其他廉价的单板计算机。主要的问题不是:Pi 4可以为你做什么,但你可以用它做什么?

加入微信技术交流群

技术交流,职业进阶

关注电路设计技能公众号

了解最新技术方案

加入电路城 QQ 交流群

与技术大牛交朋友

讨论