Notre avis
Cela vous coûtera plus cher qu’un Raspberry Pi 4, mais l’Orange Pi 4B offre une gamme d’avantages – si vous pouvez attendre des versions logicielles plus stables, c’est-à-dire.
Pour
Bon prix pour la spécification
Comprend un coprocesseur NPU hautes performances
Voie PCI Express éclatée pour le matériel externe
Contre
Logiciel instable
Ports USB limités
Prise en charge matérielle restreinte du PCI Express
Il y a beaucoup de buzz autour de l’apprentissage en profondeur et de l’intelligence artificielle ces jours-ci, et presque tous les fabricants de processeurs affirment qu’ils ont la réponse pour accélérer les charges de travail lourdes en calcul de la construction de votre propre intelligence artificielle. Intel travaille sur l’informatique neuromorphique, inspirée du cerveau humain, avec son processeur de recherche Loihi récemment mis à l’échelle ; Nvidia, quant à elle, propose des produits comme le Jetson Nano qui tirent parti de sa technologie de traitement graphique comme accélérateur à usage général ; Google a ses unités de traitement de tenseur (TPU) internes, lancées pour le marché des passionnés en mars de l’année dernière et qui doivent être actualisées au début de cette année.
Ces grands noms ne sont pas seuls sur le marché, notez bien : il existe une gamme de produits de plus petits noms, y compris le Seeed Studio Grove AI HAT, qui prétend apporter l’accélération de l’IA aux masses à un coût aussi bas que possible – et c’est ici que Shezhen Xunlong Software Co. Orange Pi 4B vise, avec des spécifications pour rivaliser avec le Raspberry Pi 4 modèle B aux côtés d’un coprocesseur de réseau neuronal.
La conception
Comme son nom l’indique, la gamme Orange Pi de Xunlong s’est inspirée du succès de la famille d’ordinateurs monocarte Raspberry Pi. Les modèles précédents, comme l’Orange Pi 3, visaient le bas de gamme du marché ; l’Orange Pi 4B, à environ deux fois le prix, est une valeur aberrante notable.
À première vue, vous seriez pardonné de penser que l’Orange Pi 4B est conçu comme une alternative économique à l’Orange Pi 3 : les quatre ports USB 3.0 de son prédécesseur ont été réduits à deux ports USB 2.0 et un seul USB 3.0 Type- Port C avec prise en charge On The Go (OTG), qui est situé de manière gênante près de la sortie HDMI pleine taille unique – une décision qui signifie que vous ne pourrez pas utiliser le port Type-C si votre câble HDMI utilise autre chose que le boîtier de connecteur le plus fin possible. À première vue, il semble que le connecteur mini-PCI Express de l’Orange Pi 3 ait également disparu ; au lieu de cela, il a été relégué à un connecteur ruban en haut à droite de la carte, nécessitant une carte de dérivation PCIe en option si vous souhaitez l’utiliser pour du matériel externe.
Comme ses ancêtres – et le Raspberry Pis qui a inspiré leur création – l’Orange Pi 4B est fourni sous forme de circuit imprimé nu, et au moment de la rédaction, les boîtiers n’étaient pas disponibles. Il n’y a essentiellement qu’une seule variante, bien que l’Orange Pi 4 non-B soit basé sur le même matériel de base. Opter pour la version non-B à 49 $ vous fait gagner deux ports USB 3.0 pleine taille et un port hôte USB 2.0 supplémentaire et vous donne la possibilité de laisser la puce de stockage flash intégrée eMMC de 16 Go hors de la nomenclature pour réduire son coût toujours plus loin. Il y a cependant une plus grande perte dans le passage à un modèle non B : l’accélérateur intelligent Gyrfalcon NPU, disponible uniquement sur l’Orange Pi 4B.
Le matériel
L’Orange Pi 4B fait partie d’un nombre croissant d’ordinateurs monocarte à opter pour le processeur système sur puce RK3399 de Rockchip, qui est généralement présenté comme une conception à six cœurs. C’est techniquement vrai, mais efface la complexité de la conception sous le tapis : le processeur du SoC est divisé en deux clusters, tous deux fonctionnant « jusqu’à » 2 GHz ; un cluster Arm Cortex-A72 à double cœur gère les tâches à forte demande ; un cluster Arm Cortex-A54 à quatre cœurs est disponible pour les travaux moins exigeants afin d’économiser de l’énergie.
Pour l’utilisateur Linux, le processeur apparaît comme un seul processeur à six cœurs – et vous êtes à la merci du planificateur qui décide quel cœur est choisi pour exécuter une tâche donnée. Bien que cela rende les choses aussi faciles à utiliser que possible, cela signifie que les performances n’évoluent pas comme prévu : même si une tâche est parfaitement parallélisable, elle ne fonctionnera pas trois fois plus vite avec six threads qu’avec deux.
CPU RAM GPU Co-processeur Sortie vidéo Ports USB Réseau câblé Entrées caméra sans fil Stockage PCI Express Entrées d’alimentation Taille Poids
Rockchip RK3399 2 GHz : 2 cœurs de bras Cortex-A72, 4 cœurs de bras Cortex-A54
LPDDR4 double canal
Bras Mali-T864 : OpenGL ES 3.1
Unité de traitement neuronal (NPU) Gyrfalcon Lightspeeur 2801S
1x HDMI 2.0 4K60, 1x DisplayPort 1.2, 4K60 (via USB Type-C), 2x LCD (1x partagé avec MIPI CSI)
2x hôte USB 2.0, 1x USB Type-C 3.0
1x Gigabit Ethernet Realtek RTL8211E
SparkLAN AP6256 double bande 802.11a/b/g/n/ac, Bluetooth 5.0
2x MIPI CSI (1x partagé avec LCD)
1x PCI Express 2.1
16 Go eMMC, extension microSD
5V 3A CC, 5V 3A USB Type-C
95x61x24.5mm
48g
Le processeur est couplé à un GPU Arm Mali-T864, qui inclut la prise en charge de l’accélération matérielle 3D dans les distributions Android et Linux plus générales prises en charge par Xunlong. Il prend en charge jusqu’à OpenGL ES 3.1, bien que ni Xunlong en tant que créateur de SBC ni Rockchip en tant que fabricant de SOC n’aient reçu la certification de conformité du groupe Khronos.
Il y a 4 Go de mémoire LPDDR4 double canal intégrée, ainsi que 16 Go de stockage eMMC – quelque chose qui a longtemps été demandé à la gamme Raspberry Pi centrée sur le consommateur mais pas encore fourni. Une autre fonctionnalité d’Orange Pi 4B qui manque à Raspberry Pi est la prise en charge PCI Express, disponible via un connecteur de câble ruban vers une carte de dérivation en option.
Ce n’est pas le SoC qui distingue l’Orange Pi 4B de la concurrence : c’est l’unité de traitement neuronal (NPU) Lightspeeur 2801S, un accélérateur centré sur l’apprentissage en profondeur conçu et construit par Gyrfalcon Technologies. Vous seriez pardonné de le manquer sur un coup d’œil au tableau; c’est un petit boîtier BGA situé juste derrière les ports USB 2.0, tout à fait banal à l’œil.
L’Orange Pi 4B a une entrée d’alimentation bi-mode intéressante : il est possible d’alimenter la carte à partir du connecteur USB Type-C, comme avec un Raspberry Pi 4, mais cela bloque le seul port USB 3.0 de l’Orange Pi 4 ; un meilleur choix est d’utiliser le connecteur baril-jack en bas à droite de la carte, qui accepte une entrée 5V 3A positive à broche centrale et maintient le port USB 3.0 libre – tant que vous n’encrassez pas le HDMI port, au moins. Il existe également une connectivité DisplayPort 1.2 sur le port USB Type-C, ainsi que deux connecteurs de panneau LCD – dont l’un tire double fonction en tant que deuxième connecteur d’interface série de caméra MIPI (CSI) de la carte.
À 95 x 61 x 24,5 mm et 48 g, la carte est légèrement plus grande et plus lourde qu’un Raspberry Pi 4 modèle B, bien que ce soit une concurrence serrée. Ce poids comprend une antenne externe groupée pour la radio Wi-Fi bi-bande et Bluetooth 5.0, une antenne qui peut être facilement remplacée, grâce à son connecteur UFL, par celle de votre choix. Pour tous ceux qui envisagent de construire dans un boîtier métallique, il s’agit d’une mise à niveau majeure : une simple queue de cochon UFL vous permettra de sortir la connexion d’antenne de la boîte à moindre coût et facilement.
Les logiciels
Comme pour ses versions précédentes, Xunlong a préparé des images de système d’exploitation couvrant une poignée de cas d’utilisation. Prêt à l’emploi, l’Orange Pi 4B exécute Android 8.1 avec un niveau de correctif déplorable de novembre 2018, préchargé sur la mémoire flash eMMC.
Quiconque s’attend aux subtilités de la modernité – du moins, aussi moderne que deux versions de la version actuelle peuvent l’être – Android sera probablement déçu, malheureusement. Bien que toutes les fonctionnalités de la carte soient prises en charge, la version du projet Open Source Android fournie par Xunlong est très simple et, comme vous vous en doutez, n’inclut pas la prise en charge de Google Apps. Il semble également mal détecter les clusters de processeurs, l’utilitaire d’analyse comparative suggérant qu’il ne peut fonctionner que sur le cluster quadricœur moins performant et non sur le cluster double cœur hautes performances.
La plupart des utilisateurs sont susceptibles de choisir à la place l’un des autres systèmes d’exploitation proposés : des téléchargements sont fournis pour Debian Linux 9, Ubuntu 16.04 et Ubuntu 18.04 – et bien qu’Ubuntu 18.04 approche de deux ans maintenant, il est toujours pris en charge par Canonical jusqu’à avril 2023.
Malheureusement, les choses ne sont pas aussi simples que de choisir Ubuntu 18.04 et de continuer. Xunlong fournit deux versions de l’image du système d’exploitation : la première inclut le logiciel nécessaire pour utiliser le Gyrfalcon Lightspeeur NPU, mais est une version décidément non polie qui se bloque presque immédiatement en raison d’une partition racine complète qu’elle ne parvient pas à redimensionner pour remplir la carte microSD sur lequel il a été flashé ; la seconde, marquée comme « version 1.2 », offre une expérience utilisateur beaucoup plus fluide mais sans le logiciel pour le Lightspeeur – bien que l’appareil se présente toujours au système d’exploitation, il est donc tout à fait possible d’installer vous-même le logiciel et les outils de développement requis.
Il existe une autre différence entre les deux versions d’Ubuntu : la version NPU ne prend pas en charge l’accélération du décodage 3D et vidéo sur le GPU, tandis que la version non NPU la prend en charge à la fois dans l’utilisation générale du logiciel et dans le navigateur Google Chrome fourni. Les performances, malheureusement, ne sont pas les meilleures, fonctionnant bien en dessous de 30 images par seconde dans le benchmark glmark-es2 pas très exigeant.
Ceci est rapidement éclipsé par les problèmes de stabilité présents sur les deux versions : le navigateur Chrome planterait fréquemment lors des tests, ne parvenant pas à atteindre la fin du benchmark du navigateur Speedometer 2.0 ; les démonstrations du NPU s’effondreraient également après quelques minutes d’exécution. Reste à savoir si ce sont des problèmes que Xunlong résoudra avec les futures mises à jour logicielles.
Benchmarks CPU
Pour mettre l’Orange Pi 4B à l’épreuve, la carte – exécutant l’image Ubuntu 18.04 « Version 1.2 » pour tous sauf les tests NPU – a reçu une sélection de points de repère à compléter, et ses scores par rapport à un Raspberry Pi 4 Modèle B 4 Go .
Dans la référence synthétique Linpack, l’Orange Pi 4B semble prendre confortablement une longueur d’avance sur ses concurrents : les performances en simple précision sont particulièrement remarquables, gagnant probablement un coup de pouce en fonctionnant dans un environnement 64 bits au lieu du 32 bits de Raspbian sur le Raspberry Pi 4. L’écart se réduit avec l’accélération NEON activée, mais c’est probablement une conséquence de l’exécution des tâches NEON à partir du cluster CPU principal sur le RK3399.
Dans le benchmark de compression de fichiers un peu plus réel, l’écart est comblé : alors que les deux cartes offraient des performances similaires, le Raspberry Pi 4 modèle B a terminé la tâche de compression à un seul thread un peu plus rapidement que l’Orange Pi 4B malgré une vitesse d’horloge du processeur inférieure ; l’Orange Pi 4B, quant à lui, a pris de l’avance dans le test multithread, probablement grâce à ses deux cœurs de processeur supplémentaires.
Le même léger avantage en termes de performances peut être observé dans le benchmark d’édition d’images GIMP, où une fois de plus l’Orange Pi 4B a terminé la tâche légèrement avant le Raspberry Pi 4. Ici, le gain est plus susceptible d’être trouvé dans le débit de mémoire plus rapide de l’Orange Pi 4B. .
Benchmarks de stockage
Les ordinateurs à carte unique deviennent de plus en plus populaires comme moyen de transformer les disques durs externes en stockage en réseau à faible coût ; ceux qui cherchent à travailler sur des tâches d’apprentissage en profondeur, quant à eux, bénéficieront également d’un stockage important et hautes performances. Ici, les deux cartes reçoivent un SSD USB 3.0 externe et le même modèle de carte microSD et le débit de lecture/écriture mesuré à l’aide de l’utilitaire fio.
L’Orange Pi devance ses concurrents dans le test de stockage USB, lisant et écrivant sur le SSD externe nettement plus rapidement que le Raspberry Pi 4. Ces résultats ne sont cependant vrais que pour les appareils connectés au seul port USB 3.0 Type-C via un adaptateur USB OTG ; déplacer le SSD vers les ports USB 2.0 pleine taille réduit naturellement les performances à environ 30 Mbps.
Les choses sont inversées dans le test microSD, cependant : Ici, le Raspberry Pi 4 double facilement les performances de son concurrent. Il y a cependant une légère ride à noter ici: l’Orange Pi 4B a fourni des performances plus élevées dans l’image Ubuntu « version 1.0 » centrée sur le NPU que dans la « version 1.2 » plus raffinée, suggérant un bogue qui pourrait rapprocher les performances du Raspberry Pi 4 dans une future mise à jour logicielle.
Un débit de stockage amélioré devrait être disponible via le connecteur PCI Express en haut à droite de la carte lorsqu’il est associé à une carte adaptateur de bus hôte compatible. Il y a une seule voie de connectivité PCIe 2.1 disponible là-bas, offrant un débit de pointe théorique de 500 Mo/s. La carte de dérivation à 3,90 $ est vendue séparément et, malheureusement, notre échantillon d’examen a été fourni sans elle, elle n’a donc pas été testée.
Benchmarks du réseau
Le stockage à haut débit a vraiment besoin d’un réseau à haut débit, et ici l’Orange Pi 4B a quelques options : un port Ethernet filaire et des radios Wi-Fi 2,4 et 5 GHz – les mêmes que celles offertes par le Raspberry Pi 4.
Les performances du port Ethernet filaire sont plus ou moins au coude à coude entre l’Orange Pi 4B et le Raspberry Pi 4, tout comme le débit Wi-Fi de 2,4 GHz. Le passage à une connexion 5 GHz voit l’Orange Pi 4B s’éloigner du Raspberry Pi 4 pour offrir une vitesse de connexion nettement meilleure.
Malheureusement, il y a une mise en garde à noter : alors que l’Orange Pi 4B offre un meilleur débit Wi-Fi à 5 GHz que le Raspberry Pi 4, sa portée est considérablement plus limitée – malgré, ou peut-être à cause de l’antenne externe fournie. Alors que l’Orange Pi 4B n’a eu aucun mal à capter le routeur de laboratoire dédié utilisé pour les tests et situé dans la même pièce, il n’a pas réussi à voir d’autres réseaux 5 GHz dans la zone – les réseaux que le Raspberry Pi 4 n’a eu aucun mal à détecter lors d’une analyse du réseau.
Repères de puissance
Le Raspberry Pi 4 est souvent critiqué pour sa forte consommation d’énergie et sa production de chaleur, bien que les choses se soient considérablement améliorées depuis la publication des mises à jour du micrologiciel qui les ramènent à des niveaux plus gérables. L’Orange Pi 4B tombe-t-il dans le même piège ?
Comparé à un Raspberry Pi 4 modèle B 4 Go exécutant la dernière version de Raspbian, l’Orange Pi 4B est un peu moins gourmand en énergie au repos et en charge, mais pas énormément. Ce qui est le plus intéressant ici, c’est que le NPU Lightspeeur a très peu d’effet sur la consommation d’énergie : l’exécution d’un réseau de reconnaissance d’image via le Lightspeeur n’a pas augmenté la consommation d’énergie de plus d’un watt, tandis que la puce elle-même est restée froide au toucher.
On ne peut pas en dire autant du SoC : l’imagerie thermique à la suite d’une charge de travail lourde de dix minutes révèle une température de boîtier externe maximale de 74,2 degrés Celsius. La chaleur dégagée ne parvient pas à se propager efficacement à travers le PCB, ce qui suggère une incapacité à prendre en compte la liaison thermique dans le processus de montage du SoC.
D’autres points chauds sur l’image thermique peuvent être vus sur le circuit intégré de gestion de l’alimentation RK808, le contrôleur de lecteur de carte GL3224E et le contrôleur Ethernet RTL8211E, ce dernier suggérant que la gestion de l’alimentation n’est pas activée dans le micrologiciel de la carte, étant donné que l’image a été capturée sans Ethernet. câble connecté.
Traitement neuronal
Tout cela compare l’Orange Pi 4B à un ordinateur monocarte à usage général, mais c’est le but très spécifique des tâches d’apprentissage en profondeur qui fait de l’Orange Pi 4B une conception intéressante. Ici, les tests sont basculés sur l’image « version 1.0 » d’Ubuntu 18.04 NPU – un processus qui implique d’étendre manuellement la partition racine afin de faire de la place pour que le système fonctionne correctement.
Le logiciel fourni pour piloter le NPU n’est guère plus qu’une copie du kit de développement logiciel et des démos de Gyrfalcon. Ceci est conçu pour initier un programmeur à l’utilisation de la NPU dans son propre logiciel, ainsi qu’à démontrer ses capacités à travers un petit nombre de réseaux de neurones pré-formés.
Le NPU a été chargé de la reconnaissance et de la classification des images : une série d’images est chargée en mémoire et le NPU exécute un réseau d’inférence dans le but de comprendre ce que les images représentent. Chaque tentative d’inférence est chronométrée et reçoit un score de probabilité – la probabilité, entre 0 et 1, que la classification soit correcte.
Le NPU Lightspeeur a effectué le test sans difficulté, classant les images à une vitesse comprise entre 15 et 25 images par seconde – suffisamment pour la classification en direct d’un flux vidéo entrant à faible fréquence d’images, qui pourrait être fourni à partir des deux ports de caméra CSI de la carte. Impressionnant, il n’a fallu que 1 W de puissance pour le faire – considérablement moins, et avec de meilleures performances, que ce que vous pourriez obtenir en utilisant le GPU Arm Mali à sa place.
Pour tous ceux qui expérimentent les réseaux de neurones, le Lightspeeur est un véritable joyau de la couronne de la planche ; pour tout le monde, il est probable que ce ne soit guère plus qu’une curiosité. En dehors des propres démonstrations de Gyrfalcon et de toute charge de travail de réseau neuronal que vous imaginez vous-même, il n’y a rien à en faire – vous ne pouvez pas faire fonctionner Chrome plus rapidement ou améliorer l’efficacité de la lecture vidéo. Si Gyrfalcon réussit à faire de la famille Lightspeeur un standard pour l’accélération des réseaux neuronaux, et si la révolution de l’IA apporte effectivement la technologie des réseaux neuronaux sur le bureau, cela pourrait changer ; sinon, c’est quelque chose qui intéressera exclusivement les développeurs.
Conclusion
Il y a beaucoup à aimer à propos de l’Orange Pi 4B, mais plus que quelques désagréments. La voie PCI Express unique est un spectacle bienvenu, mais limité par la nécessité d’une carte de dérivation et par les pilotes disponibles au moment de la rédaction, limitant sa compatibilité à une seule carte réseau et à une carte adaptateur de bus hôte SATA. Le connecteur USB Type-C est assez bon pour la connexion à un stockage externe haut débit ou à un coprocesseur supplémentaire comme le Coral Accelerator de Google, mais peut encrasser le connecteur HDMI.
Le côté logiciel des choses doit également être travaillé. L’en-tête GPIO de l’Orange Pi 4B n’a pas été testé lors de cet examen, car le logiciel requis pour le faire fonctionner n’avait pas encore été porté sur la nouvelle carte. La stabilité était également un problème majeur, avec des plantages interrompant fréquemment les tests – et empêchant entièrement le benchmark Speedometer 2.0 de se terminer.
Même avec ces mises en garde, et sachant que l’Orange Pi 4B coûte facilement le double du prix de ses prédécesseurs, il est difficile de ne pas aimer la carte. Le NPU Lightspeeur en est un élément clé : offrant une accélération impressionnante du réseau neuronal à une très faible consommation d’énergie, c’est une ressource fantastique pour quiconque travaille dans le domaine de l’apprentissage automatique, de la vision par ordinateur ou de l’intelligence artificielle.
Pour ceux qui ne souhaitent pas jouer avec la classification d’images, la reconnaissance d’objets et d’autres charges de travail de réseau neuronal, l’Orange Pi 4 est disponible à moindre coût et avec une connectivité USB 3.0 supplémentaire ; le Raspberry Pi 4B, quant à lui, bénéficie d’une pile logicielle plus mature et d’un écosystème communautaire incroyablement large.
