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本文是用來記錄樹莓派 4B 的一些測試記錄。
溫度
下面記錄中的風(fēng)扇和大風(fēng)扇是這樣的：
為什么要用大風(fēng)扇呢？因?yàn)樾★L(fēng)扇在外殼上，氣流通過外殼的珊格會有嘯叫，聲音不大但是很煩人，大風(fēng)扇沒這個問題，并且同樣使用樹莓派的 USB 進(jìn)行供電，而且由于樹莓派在大硬盤旁邊，還能順道一起散熱。
空載情況
| 情形 | 溫度（攝氏度） |
|---|---|
| 無散熱片+無風(fēng)扇 | 41.3 |
| 有散熱片+無風(fēng)扇 | 38.9 |
| 有散熱片+有風(fēng)扇 | 36.5 |
| 有散熱片+有大風(fēng)扇 | 29.7 |
滿載情況
| 情形 | 溫度（攝氏度） |
|---|---|
| 有散熱片+無風(fēng)扇 | 69.6 |
| 有散熱片+有風(fēng)扇 | 56.9 |
| 有散熱片+有大風(fēng)扇 | 50.6 |
讀取速度
樹莓派 4B Micro SD 讀寫速度均為 45 MB/s，跑不滿 UHS-I 的約 100MB/s 的速度（Jeff 測試 第五代是可以跑滿的）。
CPU性能
使用 Clang 和 ISPC（并行計(jì)算）編寫的程序來測試 CPU 的一些性能數(shù)據(jù)?？紤]到受寫入速度的影響，這里均使用不存儲的程序進(jìn)行測試。
4096x4096 Float64 矩陣計(jì)算
如果均拆分 4 塊進(jìn)行并行計(jì)算：
| 設(shè)備 | 串行 | 并行 |
|---|---|---|
| 樹莓派4B（4C4T） | 66.12s | 51.72s |
| （對比組）Mac mini 2018 i5（6C6T） | 17.76s | 6.08s |
進(jìn)程占用內(nèi)存約 192.8 MB。可以看到樹莓派 4B 使用并行計(jì)算加上分割任務(wù)帶來的提升并沒有接近預(yù)期的 4 倍。
個人猜測是每次處理的塊大大超出每個核心的 32kB data L1 cache 的大小了，那么如果單個塊更小一些呢？理論上是在16x16上最快，也就是分成 256 塊，因?yàn)?32kB 單次可以存放的最大 64 位浮點(diǎn)數(shù)矩陣是 22x22，16 剛好小于這個值。
下列每個測試是相同的矩陣：
| 分塊（每塊大小） | 測試1 | 測試2 | 測試3 | 測試4 |
|---|---|---|---|---|
| 4(1024x1024) | 40s | 39s | 47s | 41s |
| 8（512x512） | 56s | 47s | 55s | 48s |
| 16（256x256） | 37s | 39s | 40s | 46s |
| 32（128x128） | 38s | 49s | 48s | 50s |
| 64（64x64） | 45s | 49s | 45s | 42s |
| 128（32x32） | 41s | 37s | 43s | 40s |
| 256（16x16） | 38s | 38s | 43s | 37s |
可以看到雖然不一定每次都是 16x16 最快，但是在多次測試中可以看到，16x16 一定是第一梯隊(duì)的。這里按40s的話，也就是達(dá)到了串行的 1.653 倍，這個值接近 2 倍了。
優(yōu)化過的矩陣乘法（測浮點(diǎn)性能）
使用優(yōu)化過的矩陣和算法，然后再進(jìn)行分塊處理。這個測試在某些能達(dá)到 70%～90% 的浮點(diǎn)性能，實(shí)際情況還得看設(shè)備當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)以及其他配置。
| 設(shè)備 | 浮點(diǎn)性能（GFLOPS） |
|---|---|
| 樹莓派4B | 11.91 |
| （對比組）Mac mini 2018 i5 | 200.03 |
這里對比組達(dá)到了理論性能的 70%（200/288），樹莓派比上面一次測試得出的浮點(diǎn)值高了不少。
排序
| 設(shè)備 | 并行計(jì)算+分割任務(wù) |
|---|---|
| 樹莓派4B（4C4T） | 2.45x |
| （對比組）Mac mini 2018 i5（6C6T） | 5.86x |
進(jìn)程占用內(nèi)存約 192.8 MB?？梢钥吹綐漭?4B 使用并行計(jì)算加上分割任務(wù)帶來的提升并沒有接近預(yù)期的 4 倍，也是在 2 倍左右。
生成 mandelbrot 圖
| 設(shè)備 | 并行計(jì)算+分割任務(wù) |
|---|---|
| 樹莓派4B（4C4T） | 8.58x |
| （對比組）Mac mini 2018 i5（6C6T） | 44.03x |
| （對比組）Intel E5-2690 v4 x2（28C58T） | 130.18x |
這里可以看到各個設(shè)備的提升均達(dá)到了核心數(shù)的兩倍。
一些想法
證明了 BCM2711 的低緩存（每核心 32kB 數(shù)據(jù) + 48kB 指令 L1 cache 和共 1MB L2 cache）導(dǎo)致一旦計(jì)算所需的數(shù)據(jù)稍大一些，那么并行性能就大幅度下降，無法發(fā)揮所有核心的性能。
當(dāng)然我懷疑這也和新系統(tǒng)沒有優(yōu)化完善有關(guān)，看看后續(xù)會不會好一些。
FFMPEG
有些時(shí)候需要對一些視頻進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)碼修復(fù)問題等，我用 ffmpeg 比較多，偶爾轉(zhuǎn)換分辨率和裁切有時(shí)候用 macOS 自帶的也很方便。
這里說明一下測試中的單位x，在使用 ffmpeg 的時(shí)候，速度是用類似123x的格式來顯示的。這表示當(dāng)前一秒處理的幀數(shù)和視頻平均幀數(shù)的比值，比如說視頻是 24hz 的，那么如果一秒鐘處理了48幀，則會顯示2x；如果只處理了 12 幀，那么則會顯示0.5x。
測試項(xiàng)目：對一個約 950MB 的 FLV 格式的抖音錄播進(jìn)行操作，平均碼率約 500K。
轉(zhuǎn)化格式
轉(zhuǎn)換格式最快的辦法是直接拷貝流，如下：
$ ffmpeg -i input.mkv -c copy out.mp4
這種格式不會對任何音視頻、編碼器、碼率進(jìn)行修改，是直接抓流到新的格式里（就是需要注意字幕和音軌的選擇）。
樹莓派 4 的成績和對比成績?nèi)缦?#xff1a;
| 設(shè)備 | 速度 |
|---|---|
| 樹莓派 + Micro SD（45MB/s） | 35x |
| 樹莓派 + USB NVMe SSD (約 350MB/s) | 617x |
| （對比組）Mac mini 2018 i5（讀2400寫1200） | 2410x |
可以看到隨著硬盤速度的提升，速度有著巨幅提升。
需要說明一下，上面這個USB SSD 的速度是固態(tài)硬盤本身的限制，因?yàn)槭褂玫氖?BG4，沒有內(nèi)存作為緩沖，那么由于單閃存顆粒加上 TLC 導(dǎo)致使用 USB 外接的時(shí)候 IOPS 性能不光難以達(dá)到內(nèi)接（內(nèi)接會用系統(tǒng)內(nèi)存作為緩沖），也比不過帶內(nèi)存顆粒緩沖或者多閃存顆粒的其他 SSD。
IOPS 是每秒可讀寫數(shù)，會影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
轉(zhuǎn)碼
這里模擬平時(shí)最簡單的命令，碼率一般在 1500～3000K：
$ ffmpeg -i in.flv out.mp4
| 設(shè)備 | 速度 |
|---|---|
| 樹莓派 + Micro SD（45MB/s） | 0.23x |
| 樹莓派 + USB NVMe SSD (約 350MB/s) | 0.452x |
| （對比組）Mac mini 2018 i5（讀2400寫1200） | 2.7x |
硬件加速轉(zhuǎn)碼
在樹莓派上使用硬件加速轉(zhuǎn)碼需要使用：
ffmpeg -i in.flv -c:v h264_v4l2m2m -b:v 1500k out.mp4
這里的1500k不是視頻本身的碼率，而是上一節(jié)中自動轉(zhuǎn)碼的碼率，這樣可以作為對比。我也測了一下其他碼率，速度差不多：
| 設(shè)備 | 速度 |
|---|---|
| 樹莓派 + Micro SD（45MB/s） | 2.1x |
| 樹莓派 + USB NVMe SSD (約 350MB/s) | 2.36x |
| （對比組）Mac mini 2018 i5 UHD 630（讀2400寫1200） | 4.36x |
可以看到樹莓派 4B 在使用硬件加速之后，速度提升了 6～10 倍。不過需要注意一點(diǎn)，h264_v4l2m2m是有 CPU 占用率的，如果你在跑其他程序，那么性能會降低一些。
為什么還是買了樹莓派 4
最后記錄一下為什么雖然樹莓派 5 已經(jīng)發(fā)布了，但是我又重新買了臺樹莓派 4B，因?yàn)榭紤]到幾點(diǎn)：
- 功耗漲了 10 W，不光充電器得特別買（4B直接用現(xiàn)在的很多手機(jī)充電器都行，甚至顯示器上的充電接口都可以），如果想無散熱無風(fēng)扇使用不太可能（Jeff 測試結(jié)果證明了這一點(diǎn)）。
- 雖然樹莓派 5 的性能提升了 2～3 倍，但是實(shí)際價(jià)格也漲了不少?？赡苣銜f官方售價(jià)不過漲了 5 美元哎，也不多啊。但是需要考慮到用的 5V5A 充電器目前并不是很多，而且必須用散熱器。那么根據(jù)官方指定商家的過期鏈接的價(jià)格（4GB 550）再加上官方充電器（69）和散熱器（99），也就是七百（不用官方充電器便宜 50），而且這個價(jià)格我能買到兩倍性能并且直接有 M.2 + SATA 接口的 N100 主機(jī)了。
- 我要用來調(diào)試樹莓派 Pico，這個在樹莓派上剛好有調(diào)試接口，這也不要求什么性能。
- 樹莓派 5 剛出可能會有一些問題，我想長期使用，不想當(dāng)小白鼠，現(xiàn)在樹莓派 4B 賣出了至少 300 萬臺，出現(xiàn)嚴(yán)重問題的可能性不大。
- 說實(shí)話我上次買樹莓派 4B 就沒用滿。樹莓派 5 也沒有公開說支不支持 OpenCL，4B 是不能用的。
- 最關(guān)鍵的是，樹莓派 5 在國內(nèi)還沒開始賣呢，而且雙十一補(bǔ)貼樹莓派 4B 4GB 裸板只要330，這還要啥自行車。
希望能幫到有需要的人～