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本文是用来记录树莓派 4B 的一些测试记录。

温度

下面记录中的风扇和大风扇是这样的:

请添加图片描述

为什么要用大风扇呢?因为小风扇在外壳上,气流通过外壳的珊格会有啸叫,声音不大但是很烦人,大风扇没这个问题,并且同样使用树莓派的 USB 进行供电,而且由于树莓派在大硬盘旁边,还能顺道一起散热。

空载情况

情形温度(摄氏度)
无散热片+无风扇41.3
有散热片+无风扇38.9
有散热片+有风扇36.5
有散热片+有大风扇29.7

满载情况

情形温度(摄氏度)
有散热片+无风扇69.6
有散热片+有风扇56.9
有散热片+有大风扇50.6

读取速度

树莓派 4B Micro SD 读写速度均为 45 MB/s,跑不满 UHS-I 的约 100MB/s 的速度(Jeff 测试 第五代是可以跑满的)。

CPU性能

使用 Clang 和 ISPC(并行计算)编写的程序来测试 CPU 的一些性能数据。考虑到受写入速度的影响,这里均使用不存储的程序进行测试。

4096x4096 Float64 矩阵计算

如果均拆分 4 块进行并行计算:

设备串行并行
树莓派4B(4C4T)66.12s51.72s
(对比组)Mac mini 2018 i5(6C6T)17.76s6.08s

进程占用内存约 192.8 MB。可以看到树莓派 4B 使用并行计算加上分割任务带来的提升并没有接近预期的 4 倍。

个人猜测是每次处理的块大大超出每个核心的 32kB data L1 cache 的大小了,那么如果单个块更小一些呢?理论上是在16x16上最快,也就是分成 256 块,因为 32kB 单次可以存放的最大 64 位浮点数矩阵是 22x22,16 刚好小于这个值。

下列每个测试是相同的矩阵:

分块(每块大小)测试1测试2测试3测试4
4(1024x1024)40s39s47s41s
8(512x512)56s47s55s48s
16(256x256)37s39s40s46s
32(128x128)38s49s48s50s
64(64x64)45s49s45s42s
128(32x32)41s37s43s40s
256(16x16)38s38s43s37s

可以看到虽然不一定每次都是 16x16 最快,但是在多次测试中可以看到,16x16 一定是第一梯队的。这里按40s的话,也就是达到了串行的 1.653 倍,这个值接近 2 倍了。

优化过的矩阵乘法(测浮点性能)

使用优化过的矩阵和算法,然后再进行分块处理。这个测试在某些能达到 70%~90% 的浮点性能,实际情况还得看设备当时的运行状态和系统以及其他配置。

设备浮点性能(GFLOPS)
树莓派4B11.91
(对比组)Mac mini 2018 i5200.03

这里对比组达到了理论性能的 70%(200/288),树莓派比上面一次测试得出的浮点值高了不少。

排序

设备并行计算+分割任务
树莓派4B(4C4T)2.45x
(对比组)Mac mini 2018 i5(6C6T)5.86x

进程占用内存约 192.8 MB。可以看到树莓派 4B 使用并行计算加上分割任务带来的提升并没有接近预期的 4 倍,也是在 2 倍左右。

生成 mandelbrot 图

设备并行计算+分割任务
树莓派4B(4C4T)8.58x
(对比组)Mac mini 2018 i5(6C6T)44.03x
(对比组)Intel E5-2690 v4 x2(28C58T)130.18x

这里可以看到各个设备的提升均达到了核心数的两倍。

一些想法

证明了 BCM2711 的低缓存(每核心 32kB 数据 + 48kB 指令 L1 cache 和共 1MB L2 cache)导致一旦计算所需的数据稍大一些,那么并行性能就大幅度下降,无法发挥所有核心的性能。

当然我怀疑这也和新系统没有优化完善有关,看看后续会不会好一些。

FFMPEG

有些时候需要对一些视频进行格式转换、转码修复问题等,我用 ffmpeg 比较多,偶尔转换分辨率和裁切有时候用 macOS 自带的也很方便。

这里说明一下测试中的单位x,在使用 ffmpeg 的时候,速度是用类似123x的格式来显示的。这表示当前一秒处理的帧数和视频平均帧数的比值,比如说视频是 24hz 的,那么如果一秒钟处理了48帧,则会显示2x;如果只处理了 12 帧,那么则会显示0.5x

测试项目:对一个约 950MB 的 FLV 格式的抖音录播进行操作,平均码率约 500K。

转化格式

转换格式最快的办法是直接拷贝流,如下:

$ ffmpeg -i input.mkv -c copy out.mp4

这种格式不会对任何音视频、编码器、码率进行修改,是直接抓流到新的格式里(就是需要注意字幕和音轨的选择)。

树莓派 4 的成绩和对比成绩如下:

设备速度
树莓派 + Micro SD(45MB/s)35x
树莓派 + USB NVMe SSD (约 350MB/s)617x
(对比组)Mac mini 2018 i5(读2400写1200)2410x

可以看到随着硬盘速度的提升,速度有着巨幅提升。

需要说明一下,上面这个USB SSD 的速度是固态硬盘本身的限制,因为使用的是 BG4,没有内存作为缓冲,那么由于单闪存颗粒加上 TLC 导致使用 USB 外接的时候 IOPS 性能不光难以达到内接(内接会用系统内存作为缓冲),也比不过带内存颗粒缓冲或者多闪存颗粒的其他 SSD。

IOPS 是每秒可读写数,会影响系统的响应速度。

转码

这里模拟平时最简单的命令,码率一般在 1500~3000K:

$ ffmpeg -i in.flv out.mp4
设备速度
树莓派 + Micro SD(45MB/s)0.23x
树莓派 + USB NVMe SSD (约 350MB/s)0.452x
(对比组)Mac mini 2018 i5(读2400写1200)2.7x

硬件加速转码

在树莓派上使用硬件加速转码需要使用:

ffmpeg -i in.flv -c:v h264_v4l2m2m -b:v 1500k out.mp4

这里的1500k不是视频本身的码率,而是上一节中自动转码的码率,这样可以作为对比。我也测了一下其他码率,速度差不多:

设备速度
树莓派 + Micro SD(45MB/s)2.1x
树莓派 + USB NVMe SSD (约 350MB/s)2.36x
(对比组)Mac mini 2018 i5 UHD 630(读2400写1200)4.36x

可以看到树莓派 4B 在使用硬件加速之后,速度提升了 6~10 倍。不过需要注意一点,h264_v4l2m2m是有 CPU 占用率的,如果你在跑其他程序,那么性能会降低一些。

为什么还是买了树莓派 4

最后记录一下为什么虽然树莓派 5 已经发布了,但是我又重新买了台树莓派 4B,因为考虑到几点:

  1. 功耗涨了 10 W,不光充电器得特別买(4B直接用现在的很多手机充电器都行,甚至显示器上的充电接口都可以),如果想无散热无风扇使用不太可能(Jeff 测试结果证明了这一点)。
  2. 虽然树莓派 5 的性能提升了 2~3 倍,但是实际价格也涨了不少。可能你会说官方售价不过涨了 5 美元哎,也不多啊。但是需要考虑到用的 5V5A 充电器目前并不是很多,而且必须用散热器。那么根据官方指定商家的过期链接的价格(4GB 550)再加上官方充电器(69)和散热器(99),也就是七百(不用官方充电器便宜 50),而且这个价格我能买到两倍性能并且直接有 M.2 + SATA 接口的 N100 主机了。
  3. 我要用来调试树莓派 Pico,这个在树莓派上刚好有调试接口,这也不要求什么性能。
  4. 树莓派 5 刚出可能会有一些问题,我想长期使用,不想当小白鼠,现在树莓派 4B 卖出了至少 300 万台,出现严重问题的可能性不大。
  5. 说实话我上次买树莓派 4B 就没用满。树莓派 5 也没有公开说支不支持 OpenCL,4B 是不能用的。
  6. 最关键的是,树莓派 5 在国内还没开始卖呢,而且双十一补贴树莓派 4B 4GB 裸板只要330,这还要啥自行车。

希望能帮到有需要的人~

http://www.15wanjia.com/news/6127.html

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