Nosso Veredicto
Vai custar mais do que um Raspberry Pi 4, mas o Orange Pi 4B oferece uma série de vantagens – se você puder esperar por compilações de software mais estáveis.
Para
Bom preço para a especificação
Inclui coprocessador NPU de alto desempenho
Pista PCI Express interrompida para hardware externo
Contra
Software instável
Portas USB limitadas
Suporte restrito de hardware PCI Express
Atualmente, há muito burburinho em torno do aprendizado profundo e da inteligência de máquina, e quase todos os fabricantes de processadores afirmam ter a resposta para acelerar as cargas de trabalho computacionalmente pesadas de construir sua própria inteligência artificial. A Intel está trabalhando em computação neuromórfica, inspirada no cérebro humano, com seu processador de pesquisa Loihi recentemente dimensionado; A Nvidia, por sua vez, tem produtos como o Jetson Nano, que aproveita sua tecnologia de processamento gráfico como um acelerador de uso geral; O Google tem suas Unidades de Processamento Tensor (TPUs) internas, lançadas para o mercado entusiasta em março do ano passado e devem ser atualizadas no início deste ano.
Esses grandes nomes não estão sozinhos no mercado, lembre-se: há uma variedade de produtos de nomes menores, incluindo o Seeed Studio Grove AI HAT, que afirmam trazer aceleração de IA para as massas com o menor custo possível – e é aqui que a Shezhen Xunlong Software Co. Orange Pi 4B mira, ostentando especificações para rivalizar com o Raspberry Pi 4 Modelo B ao lado de um coprocessador de rede neural.
O design
Como o nome indica, a linha Orange Pi da Xunlong se inspirou no sucesso da família Raspberry Pi de computadores de placa única. Modelos anteriores, como o Orange Pi 3, têm como alvo a extremidade inferior do mercado; o Orange Pi 4B, com aproximadamente o dobro do preço, é um valor atípico perceptível.
À primeira vista, você seria perdoado por pensar que o Orange Pi 4B foi projetado como uma alternativa de custo reduzido ao Orange Pi 3: as quatro portas USB 3.0 de seu antecessor foram reduzidas para duas portas USB 2.0 e um único USB 3.0 Type- Porta C com suporte On The Go (OTG), que está localizada irritantemente perto da única saída HDMI de tamanho normal – um movimento que significa que você não poderá usar a porta Type-C se o cabo HDMI usar algo diferente do caixa de conector mais fina possível. À primeira vista, parece que o conector mini-PCI Express do Orange Pi 3 também desapareceu; em vez disso, ele foi relegado a um conector de fita no canto superior direito da placa, exigindo uma placa de breakout PCIe opcional se você quiser usá-la para hardware externo.
Como seus antepassados - e o Raspberry Pis que inspirou sua criação – o Orange Pi 4B é fornecido como uma placa de circuito simples e, no momento da redação, os casos não estavam disponíveis. Existe essencialmente apenas uma variante, embora o Orange Pi 4 não-B seja baseado no mesmo hardware principal. Ao optar pela versão não-B de US $ 49, você ganha duas portas USB 3.0 de tamanho normal e uma porta Host USB 2.0 adicional e oferece a opção de deixar o chip de armazenamento flash integrado eMMC de 16 GB fora da lista de materiais para reduzir seu custo Ainda mais. No entanto, há uma perda maior na mudança para um modelo não B: o inteligente acelerador Gyrfalcon NPU, disponível apenas no Orange Pi 4B.
O Hardware
O Orange Pi 4B é um de um número crescente de computadores de placa única a optar pelo processador system-on-chip RK3399 da Rockchip, que normalmente é anunciado como um design de seis núcleos. Isso é tecnicamente verdade, mas varre a complexidade do design para debaixo do tapete: a CPU do SoC é dividida em dois clusters, ambos rodando “até” 2GHz; um cluster Arm Cortex-A72 dual-core lida com tarefas de alta demanda; um cluster quad-core Arm Cortex-A54 está disponível para trabalhos menos exigentes como forma de economizar energia.
Para o usuário Linux, a CPU aparece como um único processador de seis núcleos – e você fica à mercê do agendador que decide qual núcleo é escolhido para executar uma determinada tarefa. Embora isso torne as coisas o mais fáceis de usar possível, isso significa que o desempenho não é dimensionado conforme o esperado: mesmo que uma tarefa seja perfeitamente paralelizável, ela não será executada três vezes mais rápido com seis threads do que com duas.
CPU RAM GPU Co-processador Saída de vídeo Portas USB Rede com fio Entradas de câmera sem fio Armazenamento PCI Express Entradas de energia Tamanho Peso
Rockchip RK3399 2GHz: 2x Arm Cortex-A72, 4x Arm Cortex-A54 Cores
LPDDR4 de canal duplo
Arm Mali-T864: OpenGL ES 3.1
Unidade de Processamento Neural (NPU) Gyrfalcon Lightspeeur 2801S
1x HDMI 2.0 4K60, 1x DisplayPort 1.2, 4K60 (via USB tipo C), 2x LCD (1x compartilhado com MIPI CSI)
2x USB 2.0 Host, 1x USB Tipo-C 3.0
1 x Gigabit Ethernet Realtek RTL8211E
SparkLAN AP6256 Dual-Band 802.11a/b/g/n/ac, Bluetooth 5.0
2x MIPI CSI (1x compartilhado com LCD)
1 x PCI Express 2.1
16 GB eMMC, expansão microSD
5V 3A DC, 5V 3A USB Tipo-C
95x61x24,5mm
48g
A CPU é acoplada a uma GPU Arm Mali-T864, que inclui suporte a aceleração 3D de hardware no Android e distribuições Linux mais gerais suportadas pelo Xunlong. Ele suporta até OpenGL ES 3.1, embora nem Xunlong como criador do SBC nem Rockchip como fabricante do SOC tenham recebido certificação de conformidade do Khronos Group.
Há 4 GB de memória LPDDR4 de canal duplo a bordo, juntamente com 16 GB de armazenamento eMMC – algo que há muito é solicitado da linha Raspberry Pi centrada no consumidor, mas ainda não fornecido. Outro recurso do Orange Pi 4B que falta ao Raspberry Pi é o suporte PCI Express, disponível por meio de um conector de cabo de fita para uma placa opcional.
Não é o SoC que faz o Orange Pi 4B se destacar da concorrência: é a unidade de processamento neural (NPU) Lightspeeur 2801S, um acelerador centrado em aprendizado profundo projetado e construído pela Gyrfalcon Technologies. Você seria perdoado por perdê-lo de relance no quadro; é um pequeno pacote BGA localizado logo atrás das portas USB 2.0, totalmente normal aos olhos.
O Orange Pi 4B tem uma interessante entrada de alimentação de modo duplo: é possível alimentar a placa a partir do conector USB Type-C, como em um Raspberry Pi 4, mas isso bloqueia a única porta USB 3.0 do Orange Pi 4; uma escolha melhor é usar o conector barril-jack no canto inferior direito da placa, que aceita uma entrada de 5V 3A com pino central positivo e mantém a porta USB 3.0 livre – desde que você não entre em contato com o HDMI porto, pelo menos. Há também conectividade DisplayPort 1.2 na porta USB Type-C, juntamente com dois conectores de painel LCD – um dos quais funciona como o segundo conector MIPI Camera Serial Interface (CSI) da placa.
Com 95 x 61 x 24,5 mm e 48g, a placa é um pouco maior e mais pesada que uma Raspberry Pi 4 Modelo B, embora seja uma competição acirrada. Esse peso inclui uma antena externa integrada para o rádio Wi-Fi de banda dupla e Bluetooth 5.0, uma antena que pode ser facilmente substituída, graças ao seu conector UFL, por uma de sua escolha. Para quem planeja construir em uma caixa de metal, é uma grande atualização: um simples pigtail UFL permitirá que você leve a conexão da antena para fora da caixa de maneira barata e fácil.
O software
Assim como em suas versões anteriores, o Xunlong preparou imagens do sistema operacional cobrindo vários casos de uso. Fora da caixa, o Orange Pi 4B está executando o Android 8.1 com um nível de patch lamentável de novembro de 2018, pré-carregado na memória flash eMMC.
Qualquer um esperando as sutilezas do moderno – pelo menos, tão moderno quanto duas versões da versão atual podem ser – o Android provavelmente ficará desapontado, infelizmente. Embora todos os recursos da placa sejam suportados, a compilação do Android Open Source Project fornecida pela Xunlong é muito básica – e, como seria de esperar, não inclui suporte ao Google Apps. Também parece detectar incorretamente os clusters de CPU, com o utilitário de benchmarking empacotado sugerindo que ele só é capaz de rodar no cluster quad-core de baixo desempenho e não no cluster dual-core de alto desempenho.
A maioria dos usuários provavelmente escolherá um dos outros sistemas operacionais oferecidos: os downloads são fornecidos para Debian Linux 9, Ubuntu 16.04 e Ubuntu 18.04 – e embora o Ubuntu 18.04 possa estar se aproximando de dois anos agora, ainda é suportado pela Canonical até abril de 2023.
Infelizmente, as coisas não são tão simples quanto escolher o Ubuntu 18.04 e seguir em frente. Xunlong fornece duas versões da imagem do sistema operacional: a primeira inclui o software necessário para fazer uso do Gyrfalcon Lightspeeur NPU, mas é uma compilação decididamente não polida que trava quase imediatamente devido a uma partição raiz completa que não consegue redimensionar para preencher o cartão microSD no qual foi lançado; a segunda, marcada como “versão 1.2”, oferece uma experiência de usuário muito mais suave, mas sem o software para o Lightspeeur – embora o dispositivo ainda se apresente ao sistema operacional, portanto, é totalmente possível instalar o software e as ferramentas de desenvolvimento necessários.
Há outra diferença entre as duas versões do Ubuntu: a versão NPU não suporta aceleração de decodificação de vídeo e 3D na GPU, enquanto a versão não-NPU a suporta tanto no uso geral do software quanto no navegador Google Chrome incluído. O desempenho, infelizmente, não é o melhor, rodando bem abaixo de 30 quadros por segundo no benchmark glmark-es2 não muito exigente.
Isso é rapidamente ofuscado por problemas de estabilidade presentes em ambas as versões: o navegador Chrome frequentemente travava nos testes, não conseguindo chegar ao final do benchmark do navegador Speedometer 2.0; as manifestações da NPU também falhariam após alguns minutos de execução. Ainda não se sabe se esses são problemas que o Xunlong resolverá com futuras atualizações de software.
Referências de CPU
Para colocar o Orange Pi 4B à prova, a placa – executando a imagem Ubuntu 18.04 “Versão 1.2” para todos, exceto o teste NPU – recebeu uma seleção de benchmarks para concluir e suas pontuações comparadas a um Raspberry Pi 4 Model B 4GB .
No benchmark sintético Linpack, o Orange Pi 4B parece estar confortavelmente à frente de sua concorrência: o desempenho de precisão simples é especialmente notável, provavelmente ganhando um impulso ao rodar em um ambiente de 64 bits em vez do Raspbian de 32 bits no Raspberry Pi 4. A lacuna diminui com a aceleração NEON habilitada, mas isso é provavelmente uma consequência das tarefas NEON sendo executadas fora do cluster de CPU principal no RK3399.
No benchmark de compactação de arquivos do mundo real, a lacuna é fechada: embora ambas as placas tenham desempenho semelhante, o Raspberry Pi 4 Modelo B completou a tarefa de compactação de thread único um pouco mais rápido que o Orange Pi 4B, apesar de uma velocidade de clock de CPU menor; o Orange Pi 4B, enquanto isso, avançou no teste multi-thread, provavelmente cortesia de seus dois núcleos de CPU adicionais.
A mesma pequena vantagem de desempenho pode ser vista no benchmark de edição de imagem do GIMP, onde mais uma vez o Orange Pi 4B completou a tarefa um pouco à frente do Raspberry Pi 4. Aqui o ganho é mais provável de ser encontrado na taxa de transferência de memória mais rápida do Orange Pi 4B .
Comparativos de mercado de armazenamento
Os computadores de placa única estão se tornando cada vez mais populares como meio de transformar discos rígidos externos em armazenamento conectado à rede de baixo custo; enquanto isso, aqueles que procuram trabalhar em tarefas de aprendizado profundo também se beneficiarão de um armazenamento grande e de alto desempenho. Aqui, ambas as placas recebem um SSD USB 3.0 externo e o mesmo modelo de cartão microSD e a taxa de transferência de leitura/gravação medida usando o utilitário fio.
O Orange Pi fica à frente de sua concorrência no teste de armazenamento USB, lendo e gravando no SSD externo visivelmente mais rápido que o Raspberry Pi 4. Esses resultados, no entanto, são verdadeiros apenas para dispositivos conectados à única porta USB 3.0 Type-C via um adaptador USB OTG; mover o SSD para as portas USB 2.0 de tamanho normal reduz naturalmente o desempenho para cerca de 30 MBps.
As coisas são invertidas no teste microSD, no entanto: aqui o Raspberry Pi 4 dobra facilmente o desempenho de seu concorrente. Há uma pequena ruga a ser observada aqui, no entanto: o Orange Pi 4B apresentou maior desempenho na imagem Ubuntu “versão 1.0” centrada em NPU do que na “versão 1.2” mais polida, sugerindo um bug que poderia aproximar o desempenho do Raspberry Pi 4 em uma futura atualização de software.
A taxa de transferência de armazenamento aprimorada deve estar disponível por meio do conector PCI Express na parte superior direita da placa quando emparelhada com uma placa adaptadora de barramento de host compatível. Há uma única pista de conectividade PCIe 2.1 disponível, oferecendo uma taxa de transferência de pico teórica de 500 MB/s. A placa break-out de $ 3,90 é vendida separadamente e, infelizmente, nossa amostra de teste foi fornecida sem ela, então isso não foi testado.
Referências de rede
O armazenamento de alta velocidade realmente precisa de rede de alta velocidade, e aqui o Orange Pi 4B tem algumas opções: uma porta Ethernet com fio e rádios Wi-Fi de 2,4 e 5 GHz – o mesmo oferecido pelo Raspberry Pi 4.
O desempenho da porta Ethernet com fio é mais ou menos igual entre o Orange Pi 4B e o Raspberry Pi 4, assim como a taxa de transferência Wi-Fi de 2,4 GHz. Mudar para uma conexão de 5 GHz faz com que o Orange Pi 4B se afaste do Raspberry Pi 4 para oferecer uma velocidade de conexão notavelmente melhor.
Infelizmente, há uma ressalva a ser observada: embora o Orange Pi 4B ofereça melhor taxa de transferência Wi-FI de 5 GHz do que o Raspberry Pi 4, seu alcance é consideravelmente mais limitado – apesar ou talvez por causa da antena externa incluída. Embora o Orange Pi 4B não tenha tido problemas para pegar o roteador de laboratórios dedicado usado para testes e localizado na mesma sala, ele não conseguiu ver outras redes de 5 GHz na área – redes que o Raspberry Pi 4 não teve problemas para detectar em uma varredura de rede.
Referências de energia
O Raspberry Pi 4 é frequentemente criticado por seu alto consumo de energia e saída de calor, embora as coisas tenham melhorado consideravelmente desde o lançamento de atualizações de firmware que caem para níveis mais gerenciáveis. O Orange Pi 4B cai na mesma armadilha?
Comparado a um Raspberry Pi 4 Modelo B de 4 GB executando a versão mais recente do Raspbian, o Orange Pi 4B consome um pouco menos de energia tanto em modo inativo quanto em carga, embora não muito. O mais interessante aqui é que o Lightspeeur NPU tem muito pouco efeito no consumo de energia: a execução de uma rede de reconhecimento de imagem através do Lightspeeur aumentou o consumo de energia em não mais que um único watt, enquanto o próprio chip permaneceu frio ao toque.
O mesmo não pode ser dito do SoC: a imagem térmica após uma carga de trabalho de dez minutos com CPU revela um pico de temperatura de pacote externo de 74,2 graus Celsius. A saída de calor não se espalha efetivamente pela PCB, sugerindo uma falha em considerar a ligação térmica no processo de montagem do SoC.
Outros pontos de acesso na imagem térmica podem ser vistos no IC de gerenciamento de energia RK808, no controlador de leitor de cartão GL3224E e no controlador Ethernet RTL8211E, este último sugerindo que o gerenciamento de energia não está habilitado no firmware da placa, já que a imagem foi capturada sem uma Ethernet cabo conectado.
Processamento neural
Tudo isso compara o Orange Pi 4B a um computador de placa única de uso geral, mas é o propósito muito específico das tarefas de aprendizado profundo que torna o Orange Pi 4B um design interessante. Aqui, o teste é transferido para a imagem do Ubuntu 18.04 NPU “versão 1.0” – um processo que envolve a extensão manual da partição raiz para liberar espaço para o sistema funcionar corretamente.
O pacote de software para conduzir o NPU é pouco mais do que uma cópia do kit de desenvolvimento de software e demos da própria Gyrfalcon. Isso foi projetado para introduzir um programador no uso da NPU em seu próprio software, bem como demonstrar suas capacidades por meio de um pequeno número de redes neurais pré-treinadas.
A NPU recebeu a tarefa de reconhecimento e classificação de imagens: uma série de imagens é carregada na memória e a NPU executa uma rede de inferência em um esforço para descobrir o que as imagens representam. Cada tentativa de inferência é cronometrada e recebe uma pontuação de probabilidade – a probabilidade, entre 0 e 1, de que a classificação esteja correta.
O Lightspeeur NPU realizou o teste sem dificuldade, classificando as imagens a uma taxa entre 15 e 25 quadros por segundo – o suficiente para a classificação ao vivo de um fluxo de vídeo de baixa taxa de quadros, que poderia ser fornecido pelas portas duplas da câmera CSI da placa. Impressionantemente, levou apenas 1W de potência para fazê-lo – consideravelmente menos e com um desempenho melhor do que você poderia conseguir usando a GPU Arm Mali em seu lugar.
Para qualquer um que esteja experimentando com redes neurais, o Lightspeeur é definitivamente uma joia na coroa do conselho; para todos os outros, é provável que seja pouco mais que uma curiosidade. Fora as próprias demonstrações do Gyrfalcon e quaisquer cargas de trabalho de rede neural que você mesmo idealize, não há nada para usá-lo – você não pode fazer o Chrome funcionar mais rápido ou melhorar a eficiência da reprodução de vídeo. Se a Gyrfalcon conseguir tornar a família Lightspeeur um padrão para aceleração de rede neural, e se a revolução da IA realmente trouxer a tecnologia de rede neural para o desktop, isso pode mudar; caso contrário, é algo que será de interesse exclusivo dos desenvolvedores.
Resultado final
Há muito o que gostar no Orange Pi 4B, mas mais do que alguns aborrecimentos. A única pista PCI Express é uma visão bem-vinda, mas limitada pela necessidade de uma placa break-out e com drivers disponíveis no momento da escrita limitando sua compatibilidade a uma única placa de rede e uma placa adaptadora de barramento host SATA. O conector USB tipo C é bom o suficiente para conexão com armazenamento externo de alta velocidade ou um coprocessador adicional como o Coral Accelerator do Google, mas pode danificar o conector HDMI.
O lado do software também precisa ser trabalhado. O cabeçalho GPIO do Orange Pi 4B não foi testado durante esta revisão, pois o software necessário para fazê-lo funcionar ainda não havia sido portado para a nova placa. A estabilidade também foi um problema importante, com travamentos interrompendo os testes com frequência – e impedindo totalmente a conclusão do benchmark Speedometer 2.0.
Mesmo com essas ressalvas e o entendimento de que o Orange Pi 4B é facilmente o dobro do preço de seus antecessores, é difícil não gostar da placa. O Lightspeeur NPU é uma parte fundamental disso: oferecendo uma aceleração de rede neural impressionante com um consumo de energia muito baixo, é um recurso fantástico para quem trabalha no campo de aprendizado de máquina, visão computacional ou inteligência artificial.
Para aqueles que não estão interessados em brincar com classificação de imagens, reconhecimento de objetos e outras cargas de trabalho de rede neural, o Orange Pi 4 vem com um custo menor e com conectividade USB 3.0 adicional; o Raspberry Pi 4B, por sua vez, se beneficia de uma pilha de software mais madura e um ecossistema impressionantemente amplo voltado para a comunidade.
