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二代龙芯派VS树莓派3B+:性能孰胜一筹?

2019-8-7 12:30:58来源:IT之家特约作者:zevanzhao责编:麦子评论:

2018年10月,二代龙芯派正式发布。经历了长达接近半年的跳票以后,在2019年4月终于开始对龙芯俱乐部的爱好者发货了。拿到派以后,我就准备对它做一个详细的测评。

龙芯派是龙芯公司用龙芯2K1000处理器做的一个开发板。第一代龙芯派在很多地方模仿了树莓派,但有很多不足,诸如读卡器速度太慢等;二代龙芯派在一代派的基础上做了很多改进,体积变大,接口更加丰富。

外观参数对比

你见过二代龙芯派吗?如果没有,现在你见过了。

▲二代龙芯真机图

▲二代龙芯派接口,图自龙芯开发者商城

中间散热片下面安装的,就是龙芯2K1000处理器。拆下散热片,擦掉导热硅胶,终于露出了龙芯2K1000处理器。

▲龙芯2K1000处理器

龙芯派的尺寸是nano-ITX 12cm×12cm,但设计的时候没有考虑到接口的摆放,导致所有的四个面都有接口,而且接口的设计也不合理。

组装好的龙芯派,四面都有接口。

▲第一面:DB9串口

▲第2面:Ejtag接口,reset按键和start按键,显示屏接口,电源接口

▲第3面:GPIO插针以及PCIE接口

▲第四面:从左往右,分别是两个USB口,一个OTG口,一个HDMI口以及两个自适应千兆网口

▲局部细节1

SSD下面的四个芯片,两个VP232是CAN收发器,ISSI的是存MAC的EEPROM。最右边的GD是bios;如果需要用编程器手动刷新pmon,需要刷的就是这颗芯片。

▲局部细节2

两颗紫光内存

▲局部细节3

16GB的金士顿固态硬盘

▲局部细节4

两个RTL8211E的千兆以太网芯片

▲局部细节5

ALC269声卡芯片,保证龙芯派能出声

▲局部细节6

Sii9022 RGB转HDMI芯片

如果仅仅满足于开箱晒图,然后问一句“你怎么看”,那和某些自媒体有什么区别?作为硬核爱好者,当然要拿出基准程序,好好的测测二代龙芯派的性能了。

二代龙芯派使用的处理器是龙芯2K1000,采用40纳米工艺生产,双核,主频1.0GHz。很明显,这样的处理器不是拿来和主流的x86处理器去竞争市场的。官方的宣传海报宣称,龙芯2K1000的性能相当于A53。恰好,树莓派3的处理器是采用了4个A53核心的ARM处理器,因此我们决定将树莓派和2K1000的性能做一个详尽的对比。

我们采用的测试的方案用phoronix test suite作为基准程序,对比树莓派3B+和二代龙芯派的性能。之前,我们用同样的方法测试了龙芯3A3000的性能。详情请看IT之家的投稿:

《IT之家网友投稿:全面深扒国产龙芯3A3000处理器性能细节》

https://www.ithome.com/0/395/791.htm

新发布的树莓派4采用的BCM2711处理器拥有4个A72核心,1.5GHz的主频,用28纳米的工艺制造,性能太强,龙芯派肯定比不过。

▲二代龙芯派和树莓派3B+参数对比

和树莓派相比,龙芯派自带16GB的SSD硬盘、散热片、亚克力支架,并且带有高速的PCIE接口,有更丰富的接口,从设计上更接近开发板。从价格上,二代龙芯派仍然是树莓派的6倍多。龙芯派这么贵,值得吗?除了高额的情怀税,它在性能上和树莓派相比有优势吗?

我们用phoronix test suite对龙芯派的性能进行了测试,并且和openbenchmarking网站中查询到的树莓派3B+的数据进行了对比。顺便也重复利用了一下龙芯3A3000处理器的数据,和树莓派、龙芯派进行了对比。我们将数据大致分为单核性能、多核性能两部分,然后每一部分再大致分为整数性能和浮点性能。有一些不好归类的,单独进行介绍。下面,我们将分别介绍我们的测试结果。

1. 单核整数性能

1.1 TSCP

TSCP是一个象棋性能测试的程序。可以认为这是一个以单核整数性能为主的测试。从测试结果来看,在使用了优化的数学库(openlibm)的前提下,龙芯派的性能达到了树莓派的85%;如果使用默认的libm,龙芯派的性能只有树莓派的55%。使用openlibm,性能提高了53%。这是非常大的性能提升。使用libm的龙芯3A3000的性能是树莓派的1.3倍,假如采用openlibm的话,性能大概是树莓派的两倍。

在都使用libm的情况下,龙芯派中的2K1000处理器性能是龙芯3A3000的43%。考虑到龙芯2K1000主频只有3A3000的2/3,而且只有双发射(3A3000是四发射),这个性能还算正常。

1.2 压缩算法

采用三种压缩算法,分别统计了压缩文件的耗时。从数据可以看出,龙芯派的性能比树莓派差。在Pbzip、LZMA和GZIP三种算法上,龙芯3A3000和龙芯派与树莓派相比,性能分别是3.89、1.86、1.50倍和83%,71%和79%。在压缩算法上,龙芯派表现欠佳。

运行Pbzip、LZMA和GZIP这三个程序,龙芯派的性能分别为龙芯3A3000的21%、38%、和52%。需要注意的是,pbzip2考察的是程序的多核性能。

2. 单核浮点性能

2.1 Scimark2

Scimark2是一个单核性能测试程序。测试的内容包括一系列算法,包括雅克比逐次超松弛法、稠密LU矩阵分解、稀疏矩阵乘、快速傅利叶变换、蒙特卡罗。

从Scimark2数据来看,即使龙芯2K1000处理器的主频只有1.0GHz,其性能也远远超过主频1.4GHz的BCM2837B0处理器,浮点运算模块功能很强大。不过,在龙芯3A3000面前就露馅了,综合性能只有3A3000的1/4。最让人意外的是蒙特卡罗性能,龙芯3A3000居然比龙芯派还要糟糕,猜测是在libm部分性能没有优化。

从Scimark2的综合性能看,龙芯派的性能是树莓派的2.13倍,然而只有龙芯3A3000的26%。

2.2 Aobench

在龙芯派上,分别用libm和openlibm进行了编译,我们发现用openlibm的时候性能比libm快50%以上。龙芯派的速度只有树莓派的70%。值得注意的是,我们发现使用libm的龙芯3A3000速度居然比树莓派还要慢。可见龙芯用的libm数学库性能有多么的糟糕。

在使用libm的情况下,龙芯派的性能是龙芯3A3000的62%。

2.3 Himeno

Himeno基准是一个使用点Jacobi方法的压力泊松线性解算器,数值越大性能越好。测试表明,龙芯3A3000和龙芯派性能都超过树莓派,性能分别是后者的2.65倍和2.05倍。我们还发现,和使用libm相比,使用openlibm龙芯派的性能提高了42%。

使用libm时,龙芯派单核性能是龙芯3A3000的54%。

3. 多核整数性能

3.1 7zip

7zip是一个常用的benchmark程序,反映的是处理器的多核、整数性能。同样是4核处理器,同样是1.4GHz的主频,龙芯3A3000的性能是树莓派的2.6倍。龙芯派核数只有树莓派的一半,7z性能是树莓派的56%,看起来表现还可以。和单核龙芯2F相比,龙芯派的7z性能是前者的2.4倍。龙芯派多核性能只有3A3000的22%。

3.2 多重序列对比

MAFFT(多重序列对比)是一个多线程程序,统计程序运行的时间,数值越短越好。根据测试,龙芯3A3000和龙芯派的性能分别是树莓派的1.83倍和0.61倍。龙芯派性能是3A3000的33%。

3.3 Primesieve

Primesieve是多线程的质数生成程序,根据计算用的时间考察处理器的整数性能。从测试结果来看,龙芯3A3000的性能是树莓派的2.8倍。龙芯派的多核性能只有树莓派的66%,3A3000的24%。

4. 多核浮点性能

4.1 TTSIOD 3D Renderer

TTSIOD渲染测试是多核性能测试,测试结果为渲染的速度。从测试结果来看,龙芯3A3000的多核性能是树莓派的1.75倍;龙芯派的多核性能是树莓派的47,3A3000的27%。

4.2 Smallpt

Smallpt是多线程光线渲染测试程序,数值越低,性能越好。从以上的数值可以看到,3A3000的性能是达到了树莓派的4.9倍;龙芯派的性能是树莓派的1.25倍,3A3000的23%。

双核的龙芯派,多核性能超过了4核的树莓派!

4.3 高性能共轭梯度

从高性能共轭梯度看,龙芯派的性能只有龙芯3A3000的1/3。我没有找到树莓派3B+的测试数据。

5. 其他

5.1 音频编码

对于音频编码,我们做了两组测试,分别将WAV音频用MP3和FLAC进行编码,耗时越短越好。从测试的结果来看,在MP3编码表现上,龙芯3A3000和龙芯派均快于树莓派,速度分别是树莓派的4.6倍和2.1倍;在FLACi编码上,差距没有那么大,速度分别是树莓派的1.27倍和1.10倍。究其原因,MP3编码是一种有损压缩算法,而FLAC是一种无损压缩算法。推测前者需要进行较多的浮点运算,而后者主要是整数运算。

5.2 缓存性能测试

从缓存性能看,龙芯3A3000性能超过同主频的树莓派,在读取/修改/写入的性能测试中,龙芯3A3000的性能是树莓派的4.4以上,写入速度速度是树莓派的1.5倍。但在第三项读取速度测试中,和树莓派相比优势不明显。而龙芯派,前两个测试性能明显优于树莓派,而读取速度只有树莓派的一半。

5.3 内存性能测试

内存性能测试,简单一句话,龙芯派落后于树莓派。龙芯派内存频率默认为400MHz,树莓派内存频率默认为450MHz,估算一下龙芯派内存性能只有树莓派的89%。根据龙芯2K1000处理器手册,内存接口最高频率为533MHz。很明显,龙芯派的设计没有发挥出内存的速度。

5.4 网络服务性能测试

Apache测试反映了系统在运行网络服务时的多核性能。根据我们的测试,龙芯3A3000表现良好,运行Apache性能是树莓派的1.86倍。龙芯派的表现不佳,性能分别只有树莓派的44%,龙芯3A3000的24%。

5.5 解释性语言

我们对比了龙芯派和树莓派运行两种脚本语言的性能。龙芯派的性能悲剧了。运行PHP性能和python的性能分别只有树莓派的36%和93%。如果要拿龙芯派跑PHP程序,还得三思而后行。

从Perl语言的性能来看,龙芯派的性能只有树莓派的46%左右。从Python、Perl、PHP三种解释性语言的运行效果来看,性能都不是很好。原因可能有两个:一个是这些测试主要反映程序的整数性能而非浮点性能,一个是龙芯派上Python、Perl、PHP的解释器都没有进行优化。

5.6 SQLite

SQLite测试,耗时越短越好。从测试结果来看,龙芯派速度是树莓派的2.13倍。

总结

上面的测评实在是太罗嗦了,能不能告诉我谁更强一些?一图胜千言,先放一张图。

▲✅代表优势项,❌代表劣势项

在21项测试中,龙芯派赢了7个,树莓派赢了其中14个。作为一个只有1GHz主频的双核处理器,和1.4GHz主频的4核处理器做比较,能够赢7个,还是有些让人意外的。我们来尝试分析一下龙芯派和树莓派相比的优势和劣势:

  • 首先说劣势:

1. 价格太高。1399元的价格,和树莓派220元的价格相比实在是太!高!了!不过,据小道消息龙芯正在做乞丐版教育版的龙芯派,价格会有大幅下降。

2. 主频太低。同样是40纳米工艺的处理器,龙芯2K1000主频只有1.0GHz,而树莓派3B+的处理器主频高了40%。IPC再好,主频不够高也白搭。好比一个技能全面的蝇量级拳王,碰到重量级拳手的话就会被一拳撂倒。

3. 软件生态不够好。在测试中可以明显看到,操作系统自带的libm性能非常糟糕,没有进行充分的优化,导致龙芯派在很多测试项目上成绩非常差。用libm的龙芯3A3000性能甚至会不如用openlibm的龙芯派。这个情况已经存在很久了,但我没有看到一点改善的迹象。也许是我用龙芯的姿势不太对吧!:(

  • 再强行说一下龙芯派的优势:

1. 纯国产的CPU,自主可控。没有买国外的CPU核,也不用给ARM公司交昂贵的指令集授权费用,也不需要担心美国制裁。对于普通用户来说,这个优势聊胜于无吧!对于特殊行业的用户来说,可能是非常重要的。

2. 软件全开源。从BIOS到操作系统,统统开源。

3. GS264处理器核很优秀。1GHz的龙芯2K1000能够在某些项目上打败1.4GHz的A53处理器,足以说明GS264处理器核的优秀。如果看同主频的性能,龙芯还会在更多项目上领先(假如不考虑功耗问题的话……)

总之,二代龙芯派在部分性能上接近了树莓派上的4核A53处理器,提供了丰富的接口,可以在工业控制、计算机教育等领域发挥重要的作用。和龙芯3A3000处理器相比,龙芯2K1000单核性能大约是前者的40%~50%,多核性能是前者的20%~25%。期待龙芯派能在性能、价格、软件生态上有更多的进步,让它能够更加亲民、易用。

致谢

感谢龙芯某个不能提他名字的销售对此文章的支持!感谢龙芯派群老鼠老师和flygoat两位对文中部分错误的修正。

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