Raspberry Pi 2 B Benchmarks

Einleitung

Nach der aktuellen Ankündigungen des neuen Raspberry Pi 2 B habe ich mich kurzerhand entschlossen mal einige Leistungstests aufzustellen.

Weil ich die Daten kaum alleien stehen lassen kann und sie somit bedeutungslos wären, stelle ich einige Benchmarks zu Raspberry Pi B, Raspberry Pi 2 B und dem Banana Pi auf.

Insperiert vom Raspberry Pi wurde etwas später das leistungsstärkere Banana Pi produziert, der sowohl dem Raspberry in der Leistungs, Energieeffizienz und dem Preis übertrifft. Insbesondere bin ich hier sehr interessiert ob und wie sich ein Unterschied zum Raspberry Pi 2 B feststellen lässt.

Die einzelne Geräte unterscheiden sich relativ stark in ihren Komponenten und Ausstattungen:

	Raspberry Pi B	Raspberry Pi 2 B	Banana Pi
SOC	Broadcom BCM2835	Broadcom BCM2836	Allwinner A20
CPU	ARM v6 700 MHz Singlecore	ARM Cortex-A7 900 MHz Quadcore	ARM Cortex-A7 1GHz Dualcore
GPU	Broadcom VideoCore IV		Mali400MP2
RAM	512 DDR2 SDRAM	1024 DDR2 RAM	1024 DDR3 RAM
USB	2x USB 2.0	4x USB 2.0	4 × USB-Hosts, 1 × USB-OTG
Video	Composite Video (FBAS), HDMI
Audio	3,5-mm-Audioausgang, HDMI		Mikrofon-Eingang, 3,5-mm-Audioausgang, HDMI
Netzwerk	10/100-MBit-Ethernet		10/100/1000-Mbit/s-Ethernet
Speicher	512 MB SDRAM	1024 MB SDRAM	1024 MB DDR3-SDRAM
GPIO-Pins	17	26	26
Schnittstellen	1× CSI, 1× DSI		1× CSI, 1× DSI, integrierter Infrarot-Empfänger
Strom	5 V, 500–600 mA (2,5–3 W)	5 V, 800 mA (maximal 4 W)	5 V, 2000 mA (2,5-3,5 W)
Größe (mm)	85 x 56		92 x 60
Gewicht	40 g	40 g	48 g

System Konfiguration

Alle Tests wurden mit ein und demselben Netzteil betrieben, einer microSD-Karte (Adapter für für den Raspberry Pi B und Banana Pi) und wurden abwechselnd an den gleichen Router gesteckt. Als Software wurde hier Raspbian verwendet. Jeder Test wurde über PuTTY (SSH) durchgeführt. Somit ist es sehr unwahrscheinlich, dass andere "Fenster" oder Programme hier im Hintergrund interferieren.

Raspberry Pi 1/2 B:
Linux raspberrypi 3.18.5-v7+ #748 SMP PREEMPT Wed Feb 4 21:33:52 GMT 2015 armv7l GNU/Linux

Banana Pi:
Linux lemaker 3.4.103 #1 SMP PREEMPT Thu Dec 18 13:07:12 CST 2014 armv7l GNU/Linux

Anders als verkündet, lässt sich weder der Raspberry Pi B noch der neue Raspberry Pi 2 B mit dem aktuellen Raspbian for Banana Pi image booten. Deshalb war ich gezwungen mit zwei unterschiedlichen Systemen zu arbeiten. Als Speicher wurde Samsung PRO MB-MG8GBEU Class 10 microSDHC 8GB verwendet. Diese kann eine Leseleistung von theoretisch 70 MB/s leisten.

Aufgrund meines naturwissenschaftlichen Studiums versuche ich möglichst alle Einzelheiten genau Preis zu geben, um eine möglichst hohe Reproduktivät zu gewährleisten. Auf Standardabweichungen und Fehlerbalken verzichte ich bewusst, da ich nach einigen Versuche zu kleine Unterschiede (< 5 %) feststellen konnte und damit die Schwankungen nicht zur Last fallen.

Zunächst führe ich einige theoretische Benchmarks aus, bevor reale Anwendungsmöglichkeiten getestet werden mit dem Fokus auf einem Server-Betrieb. Weiterhin wurde für alle Netzwerkstests mein Notebook direkt an das Gerät angeschlossen.

Theoretische Leistungstests

Prozessor-Leistung sysbench 0.4.12

Eine der wichtigsten Komponente stellt natürlich die Leistung des Prozessors (CPU) dar. Während beide Raspberry Pis auf einen Broadcom-Chip setzen, verwendet der Banana Pi einen von Allwinner. Alle Prozessoren gehören der ARM-Familiean und unterscheiden sich in ihrer Taktrate und der Kern-Anzahl. Der älteste Pendant - der Raspberry Pi - ist lediglich mit einem Einzelkern-Prozessor ausgestatt, während der Banana Pi einen Zweikernprozessor auskommt und der neuste Raspberry Pi 2 B gar mit einem Vierkern-Prozessor ins Rennen geschickt wird.

sysbench --test=cpu --num-threads=n --cpu-max-prime=20000 run

Threads	Raspberry Pi B	Raspberry Pi 2 B	Banana Pi
Laufzeit (s)
1	1311,6274	779,6352	781,1260
2	1313,7015	388,8879	388,7870
3	1314,4638	260,5543	388,9871
4	1313,4132	195,5231	388,9039
Leistungsaufnahme (W)
1	3,2	2,0	3,1
2	3,2	2,2	3,6
3	3,2	2,5	3,6
4	3,2	2,8	3,6
Idle	2,6	1,6	1,7

Weniger verwunderlich ist, dass sowohl der neue Raspberry Pi 2 B als auch der Banana Pi deutlich flotter unterwegs sind, sowohl im Multi-Thread-Bereich als auch in einer Single-Thread Anwendung. Hier zeigt sich gut der Fortschritt der aktuelleren ARM Architektur.

Für die Messungen der Leistungsaufnahme wurde der Brennstuhl PM 231 E verwendet.

Interessant hierbei ist, dass die Single- und Dual-Thread Leistung vom Banana Pi und dem Raspberry Pi 2 B nahezu identisch sind, obwohl der Banana Pi etwas hoher getaktet ist. In der Single-Thread Anwendung verbraucht der Raspberry Pi 2 B jedoch nur 65 % des Energiebedarfs des Banana Pis und bei Dual-Thread Tests sogar nur 61 %. Dadurch stellt sich in Sache Energieeffizienz der neue Raspberry Pi 2 B am besten da.

Arbeitsspeicher-Benchmarks mwb 1.2.2-1

Neben der Prozessorleistung gehört der Arbeitsspeicher zur nächste wichtigste Komponente. Während der Banana Pi auf einen schnellen DDR3 Speicher setzt macht sich der deutlich langsamere DDR2 Speicher insbesondere beim Raspbery Pi (1) bemerkbar, da hier vermutlich die CPU den limitierenden Faktor darstellt. Abhängig von der Testmethode ergibt sich ein anderes Bild. Insbesondere beim DUMB-Test scheint der Banana Pi mit seinem DDR3 überlegen zu sein. Bei anderen Tests wie MCBLOCK oder MEMCPY (Memory copy) scheint der Raspberry Pi 2 B leicht den Banana Pi überholen; bei diesen Tests liegt hingegen der Raspberry Pi B deutlich hinterher.

mbw 100

Methode	Raspberry Pi B	Raspberry Pi 2 B	Banana Pi
MEMCPY	104,979	384,423 401,97¹	362,949
DUMB	373,956	354,99 514,57¹	488,609
MCBLOCK	104,292	610,281 777,39¹	555,462

¹ Neue Messwerte nach Firmware und Kernelupdate: Linux psyxpi 3.18.11-v7+ #781 SMP PREEMPT Tue Apr 21 18:07:59 BST 2015 armv7l GNU/Linux

Im allgemeinen ist der theoretischen Datendurchsatz bei DDR3 siginifikant schneller als bei DDR2. Doch vermutlich aufgrund der limitierenden Leistung des Prozessors scheint der DDR2-Speicher vom Raspbery Pi 2 auf dem gleichen Niveau wie der schneller DDR3-Speicher beim Banana Pi aufzuliegen. Im Gegensatz dazu ist der DDR2-Speicher des Raspberry Pi mit Abstand am langsamsten.

Netzwerkgeschwindigkeit iperf 2.0.5-3

In der Kategorie der Netzwerkgeschindigkeit und Anbindung ist der Banana Pi mit Abstand allen Raspberry Pis überlegen. Der Grund liegt hierbei, dass der Banana Pi einen diskrete Anbindung für den 1 Gbit Ehternetport besitzt, während sich die Raspberry Pis den Ethernet-Port (RJ45) mit den USB-Ports teilen müssen und zudem nur mit einem 100 Mbits Ethernetport ausgestattet sind.

iperf -t 60 -c ip -P n

Threads	Raspberry Pi B	Raspberry Pi 2 B	Banana Pi
1	63,1	94,1	471,0
2	63,3	94,2	571,0
4	60,4	94,2	581,0

Wie vermutet führt hier der Banana Pi mit exorbitanten Abstand an. Ähnlich wie beim Arbeitsspeicher scheint hier der alte Raspberry Pi B Prozessor den limitierenden Faktor darstellen, weshalb beim Raspberry Pi B keine 100 Mbits annährend erreicht werden. Im Vergleich dazu erreicht der Raspberry Pi 2 B fast 100 Mbits (94,2 Mbits), sofern die USB-Ports nicht exzessiv parallel benutzt werden.

Leserate hdparm 9.39-1

Im Grunde gibt es hier bei allen drei Geräten keinen besonderen Grund wieso eines davon langsamer oder schneller im Bezug zur Leseleistung agieren sollte.

hdparm -Tt /dev/mmcblk0
hdparm -Tt /dev/sda2

	Raspberry Pi B	Raspberry Pi 2 B	Banana Pi
SD-Karte
cached	249,59	425,69	323,39
disk reads	17,23	17,46	16,26
USB-HDD
cached	258,63	376,16	327,17
disk reads	31,07	33,40	29,96

Hier zeigt sich der Raspberry Pi 2 B als eindeutiger Führer, was vermutlich auf die stärkste CPU-Leistung zu erklären ist. Kritisch könnte hier die Leseleistung der Raspberry Pis sein, wenn gleichzeitig der Ehternetport stark beansprucht wird. Leider wurde dies hier jedoch nicht getestet.

Serverbetrieb mit ssh, proftpd 1:0.4.0-1, samba 2:3.5.6, mysql-server 5.1.73-1, apache2 2.2.22-13, wordpress 4.1.1

Für die einzelnen Netzwerktests wurde mein Notebook (Windows 7 x64, 1 GBit Ethernet, SSD) direkt mit einem Cat 6-Kabel an das Testgerät angeschloßen. Für die SSH- und FTP-Dateitransfertest wurde FileZilla 3.10.1.1 eingesetzt und für die Samba-Messungen TotuSofts Speed Test (Lite) v1.3.1. Weiterhin wurde DHCP Server 2.4.4 für die direkte Verbindung zu den Endgeräten verwendet.

Bei diesen realen Einsatzwecken zeigt sich die wahre Leistung der verschiedenen Geräten in einem Kontext des Servereinsatzes. Abhängig von der Belastung der CPU (Verschlüsselung [SSH, TrueCrypt, MySQL, PHP],) der Netzwerkauslastung (Übertragungsprotokolle [SSH, FTP, SMB]) und der simultanen Beanspruchung der USB-Ports (HDD) ergibt sich ein differenziertes Bild.

	Raspberry Pi B	Raspberry Pi 2 B	Banana Pi
SSH-Dateitransfer auf SD-Karte (MiB/S)
Upload	3,03	6,74	5,89
Download	2,43	6,32	6,17
FTP-Dateitransfer
FTP-Dateitransfer auf SD-Karte (MiB/S)
Upload	2,86	8,98	18,29
Download	5,33	11,38	17,07
FTP-Dateitransfer auf USB-HDD (MiB/S)
Upload	2,86	11,38	5,89
Download	5,07	11,38	28,44
SMB-Dateitransfer
SMB-Dateitransfer auf SD-Karte (MiB/S)
Upload	8,07	8,57	16,97
Download	5,50	10,71	16,62
SMB-Dateitransfer auf USB-HDD (MiB/S)
Upload	2,41	8,57	6,64
Download	4,82	11,12	21,22
SMB-Dateitransfer auf einem TrueCrypt-Container auf der USB-HDD (MiB/S)
Upload	0,94	3,68	2,31
Download	1,71	6,54	5,22
MySQL (transactions in 1 min)
	1617	9745	5910
Wordpress 4.1 (php runtime for front-page in s)
	3,94	1,568	1,187

Nachtrag:

Die Netzwerktests wurden erneut durchgeführt und diesmal der Cache zwischenzeitig immer gelöscht. Dadurch sind die Werte insbesondere beim Banana Pi deutlich gesunken und entsprechen nun der Realität. Zuvor waren die Downloadraten teilweise über der Leserate der SD oder HDD, was eindeutig auf ein Caching-Problem hinweist.