Okiem inżyniera: komputery jednopłytkowe Raspberry Pi 5 i ROCK 5A

Zarówno komputer jednopłytkowy Raspberry Pi 5, jak i ROCK 5A firmy Radxa stanowią ważki krok naprzód, jeśli chodzi o wydajność, przy zachowaniu małych wymiarów. Wystarczy rzucić okiem na poniższe specyfikacje techniczne, by się o tym przekonać. Prawda, że to niezwykle interesujące rozwiązania?

Komputer jednopłytkowy ROCK 5A

Komputer jednopłytkowy Raspberry Pi 5

Układy SoC

W przypadku komputera jednopłytkowego ROCK 5A występuje układ SoC zwany RK3588S - jego producentem jest firma Rockchip, która przewidziała w nim aż 8 rdzeni, z czego 4 z nich to rdzenie Cortex-A76, a pozostałe to rdzenie Cortex-A55. W szczególności ostatnie z nich są niezwykle interesujące przez wzgląd na technologię ARM DynamicIQ, która pozwala szybko i sprawnie dopasowywać obciążenie obliczeniowe do dostępnych rdzeni. Z pewnością nie jest, i nie będzie to dostępne w układzie SoC, który znajduje się w komputerze Raspberry Pi 5 i ma symbol BCM2712 wymyślony przez jego producenta - firmę Broadcom. Ten układ stwarza się (produkuje) w procesie technologicznym 12 nm, podczas gdy dla układu RK3588S proces ma z kolei wartość 8 nm - jest to znacząca różnica. Tym bardziej wart uwagi jest układ RK3588S, za sprawą którego komputer jednopłytkowy ROCK 5A jest dwukrotnie wydajniejszy niżli sam Raspberry Pi 5 - i to przy zachowaniu wysokiej sprawności energetycznej, szczególnie gdy są realizowane wymagające zadania obliczeniowe.

8 rdzeni układu SoC w komputerze jednopłytkowym ROCK 5A

i 4 rdzenie układu SoC w komputerze jednopłytkowym Raspberry Pi 5

Wspomniany na początku inżynier Peter Milne postanowił "przeciążyć" dostępne w ROCK 5A i Raspberry Pi 5 układy SoC, korzystając w tym celu z napisanego przez siebie kodu w języku Python, który występuje w filmie na końcu akapitu. Jest to kod realizujący n razy "zadanie", tj. "task" w języku Python, które polega na wyliczeniu sumy kwadratów następujących po sobie, w przedziale: od 1 do n, liczb naturalnych, przy czym każde z wywołanych zadań przydzielane jest każdemu, kolejnemu rdzeniowi układu SoC, jeżeli rdzeń ten jest osiągalny w danej chwili. Powoduje to obciążenie wszystkich rdzeni układu SoC do 100% wydajności, a wyznaczana, w sposób bieżący, suma kwadratów jest coraz większa. Tak rozumiany kod został uruchomiony i z powodzeniem sprawdzony w ramach systemu operacyjnego Debian z wgranym Dockerem - jednym z najważniejszych daemonów w tym systemie. Zarówno na komputerze ROCK 5A, jak i na komputerze Raspberry Pi 5 była zainstalowana identyczna wersja systemu operacyjnego Debian z tą samą wersją bibliotek języka Python (w przeciwnym razie wykonane testy byłyby niewiarygodne). Zgodnie z oczekiwaniami komputer ROCK 5A "uporał się" z napisanym przez Petera Milnego kodem dwukrotnie szybciej niżli komputer Raspberry Pi 5 (patrz film i zdjęcia poniżej).

Przykładowy czas, po którym wykonano kod Petera Milnego na komputerze jednopłytkowym ROCK 5A

Przykładowy czas, po którym wykonano kod Petera Milnego na komputerze jednopłytkowym Raspberry Pi 5

Obsługa nośników pamięci

W przypadku komputerów jednopłytkowych Raspberry Pi wymagane jest użycie kart SD, aby móc przechowywać pliki systemu operacyjnego, czy dane użytkownika, przynajmniej jeśli nie chce się przyłączać nośników pamięci za pośrednictwem gniazd USB. Z jednej strony wydaje się to być OK, ponieważ karty SD są bardzo wygodne w obsłudze i sprawdzają się w wielu, ale to naprawdę wielu projektach. Jednak z drugiej strony częste odczyty i zapisy danych na tych kartach robią swoje. Czasami okazuje się, że wystarczy wiele tygodni intensywnego działania z Raspberry Pi, by karty SD poszły na koniec do śmietnika. Są one bardzo delikatne i podatne na wibracje, jak również można je stosunkowo łatwo uszkodzić szczególnie, że wystają jedną krawędzią (delikatnie, lecz jednak) poza obrys komputerów jednopłytkowych Raspberry Pi, w tym poza obrys Raspberry Pi 5. I choć komputer jednopłytkowy ROCK 5A też obsługuje karty SD, to jednak system operacyjny może być uruchamiany z dużo trwalszych modułów pamięci eMMC. Tego rodzaju moduły gwarantują przede wszystkim szybszą i bezpieczniejszą pracę z komputerami pokroju ROCK 5A - nie wspominając o tym, że przynajmniej w przypadku ROCK 5A nie wystają poza obrys produktu. Wystarczy jedynie zamieścić moduł pamięci eMMC tam, gdzie jest dedykowane gniazdo i jest po sprawie. Pojemności danych nie mają znaczenia - nie ma bowiem tutaj żadnej różnicy w stosunku do tego, co teraz oferują karty SD, wliczając w to, a jakże, pojemność 128 GB. I choć w komputerze jednopłytkowym Raspberry Pi 5 poprawiono wydajność obsługi kart SD, to jednak wciąż ustępuje ona wydajności obsługi modułów eMMC w komputerze jednopłytkowym ROCK 5A. Załączone poniżej zdjęcia jednoznacznie dowodzą tego stanu rzeczy. Są to testy odczytu danych wykonane przy pomocy programu "hdparm" na systemy operacyjne z rodziny Linux - łatwo zauważyć, że w przypadku ROCK 5A różnica jest, jakby nie patrzeć, prawie trzykrotna, rzecz jasna na korzyść ROCK 5A.

Przykładowy wynik testu odczytu danych z karty pamięci SD na komputerze Raspberry Pi 5

Przykładowy wynik testu odczytu danych z modułu pamięci eMMC na komputerze ROCK 5A

Komputer jednopłytkowy ROCK 5A z zainstalowanym, przykładowym modułem pamięci eMMC firmy Radxa

Obsługa dysków SSD M.2 NVMe

Na wierzchu komputera jednopłytkowego ROCK 5A znajduje się dedykowane złącze, które, w dziecinnie prosty sposób, pozwala podłączać dyski SDD M.2 NVMe. Dzięki temu złączu, idzie bez kłopotów stosować przytoczone dyski, szczególnie w charakterze partycji rozruchowych. Może to być także, z drugiej strony, trwała pamięć masowa do przechowywania sporej liczby danych w niesłychanie wygodny sposób. Niezależnie od przeznaczenia, dyski SSD M.2 NVMe stanowią wysoce pożądany podzespół we wszystkich współczesnych komputerach. Jednakże o ile ich obsługa jest zapewniona dla komputera ROCK 5A, o tyle dla komputera Raspberry Pi 5 już nie. I nie ma tu znaczenia to, że trzeba zastosować specjalny adapter, by móc podłączyć dysk SSD M.2 NVMe do komputera ROCK 5A - ważne, że da się to zrobić w szczególności dla dysków o formatach: 2230, 2242, 2260, albo 2280. Jednym z tego rodzaju adapterów jest ten, który oferuje firma Radxa, czyli producent ROCK 5A. Aby była możliwa obsługa dysków SSD M.2 NVMe, firma Radxa przewidziała specjalny moduł SPI Flash o pojemności 16 MB, który, w prosty sposób, umożliwia rozruch z dysków M.2 NVMe SSD, a także z dysków: USB i SATA.

Komputer jednopłytkowy ROCK 5A z zainstalowanym dyskiem SSD M.2 NVMe o pojemności 128 GB.

Oznaczenie dysku: TS128GMTE670T. Producent dysku: Transcend Information.

Przytoczony dysk podłączono do komputera poprzez dedykowany adapter firmy Radxa.

Po lewej stronie: moduł SPI Flash o pojemności 16 MB.

Po prawej stronie: komputer jednopłytkowy ROCK 5A.

Komunikacja przewodowa i bezprzewodowa

Obecnie dużo komputerów jednopłytkowych posiada w standardzie gniazdo Gigabit Ethernet i zarówno Raspberry Pi 5, jak i ROCK 5A nie są pod tym względem wcale wyjątkiem. Jednak z całą pewnością nie każdy wciąż obsługuje bezprzewodowe standardy transmisji danych, i tak jest właśnie choćby z komputerem jednopłytkowym ROCK 5A. To jest największa wada tegoż komputera, którą jednak idzie skompensować poprzez podłączenie dedykowanych modułów i nakładek do obsługi takich standardów jak: Bluetooth 5.0 i Wi-Fi 6, i to z wbudowanymi lub w ostateczności dołączanymi antenami. I fakt, wydaje się to niezbyt udanym rozwiązaniem. Ale spójrzmy na to z innej strony - otóż wyprowadzenie interfejsów komunikacji bezprzewodowej poza komputery pozwala znacząco uprościć ich budowę, bowiem nie trzeba w szczególności, co by nie było, zadręczać się antenami, na które nie tylko trzeba wygospodarowywać miejsce na płytkach PCB, ale również ich projekt często bywa skomplikowany. Poza tym dochodzi też kwestia kompatybilności elektromagnetycznej, a dokładniej wpływu fal radiowych, z zakresu GHz, na podzespoły komputerów jednopłytkowych - im dalej źródło odbioru fal, tym mniejszy jest problem. Prawda, że proste? Choć mimo to i tak znajdą się tacy, co uznają, że chodzi tutaj o zwykłą oszczędność, by cena produktu była mniejsza. To swoją drogą też, ale niezupełnie. Z punktu widzenia rynku komputer jednopłytkowy ROCK 5A i tak jest droższy niż Raspberry Pi 5, który już na starcie oferuje obsługę standardów: Bluetooth 5.0, Bluetooth Low Energy i Wi-Fi 5, i to bez modułów. Zatem czy aby to właśnie cena była przyczyną nieujęcia w komputerze ROCK 5A obsługi standardów komunikacji bezprzewodowej? Otóż nie. Jest to prędzej, jak już, po prostu "nowinka", propozycja, wyróżnik oryginalności, który może, ale nie musi się przyjąć, gdy chodzi o innych producentów. Być może w przyszłości tak właśnie będzie to wyglądać, tj. komunikacja bezprzewodowa będzie robiona na zewnątrz komputerów jednopłytkowych. Na razie w tym przoduje ROCK 5A. A co z resztą komputerów? Czas pokaże.

Komputer jednopłytkowy ROCK 5A z zainstalowanym modułem Radxa Wireless Module,

który umożliwia obsługę standardów: Bluetooth 5.2 i Wi-Fi 6

Grafika

Jak na komputer jednopłytkowy Raspberry Pi 5 przystało, nie mogło zabraknąć w nim rdzenia graficznego VideoCore VII ze wsparciem OpenGL ES 3.1 i Vulkan 1.2. W przypadku komputera ROCK 5A występuje z kolei rdzeń graficzny Mali G610 MC4 również wspierający OpenGL ES i Vulkan, choć w nieco innych wersjach. Niezależnie od tego obydwa komputery pozwalają, bez żadnych problemów, wyświetlać obraz w rozdzielczości 4K, przy 60 klatkach na sekundę. Ale to, co może naprawdę zaszokować, to możliwość prezentacji obrazu w rozdzielczości 8K, przy 60 klatkach na sekundę, w przypadku komputera jednopłytkowego ROCK 5A. Jedno z jego gniazd micro HDMI przygotowane jest od samego początku na tego typu obraz. Zastosowany w ROCK 5A rdzeń graficzny pozwala dekodować wideo w standardach kompresji m.in. H.264, H.265 i VP9, co, w porównaniu do Raspberry Pi 5, jest jak niebo, a ziemia. Wydaje się, że samo H.265 to zdecydowanie za mało, żeby wydajnie przetwarzać wideo w takim serwisach jak np. YouTube, i to w dodatku sprzętowo. Na pierwszy rzut oka może to nie być aż tak zauważalne, lecz im większy monitor, telewizor, czy ogólniej wyświetlacz, tym wyraźniej rozdzielczości 4K i 8K stają się dostrzegalne dla ludzkiego oka. Trzeba to po prostu samemu zobaczyć, w czym mogą dopomóc 2 poniższe materiały wideo oraz ten odnośnik, dzięki któremu można prosto i bez emocji zauważyć, że tam gdzie ROCK 5A daje sobie radę przy 60 klatkach na sekundę, to Raspberry Pi 5 ledwo co wyrabia się przy 30 klatkach na sekundę. Warto to sprawdzić, mając już zakupiony komputer jednopłytkowy ROCK 5A, plus opcjonalnie Raspberry Pi 5 jako punkt odniesienia.

Systemy operacyjne

Byłoby zupełną nieprawdą twierdzenie, że komputery jednopłytkowe ROCK 5A i Raspberry Pi 5 obsługują dokładnie te same systemy operacyjne. Jest to zbyt piękne, żeby było prawdziwe, a "w ogóle, i w szczególe, i pod każdym innym względem", jak śpiewał Eugeniusz Bodo, lepiej, kiedy zagwarantowany jest pewien wybór. Różne systemy operacyjne to tak naprawdę lepsze dopasowanie do potrzeb użytkownika. Krótko mówiąc, zawsze znajdzie się coś, co zaspokoi z łatwością te potrzeby - nawet za cenę wyjścia poza oficjalne wsparcie systemu. Tym niemniej obiektywnie patrząc, komputer jednopłytkowy Raspberry Pi 5 nastawiony jest, w zasadniczej mierze, na system operacyjny Raspberry Pi OS, który stanowi pochodną systemu Debian (nie inaczej). Na chwilę obecną (stan na wrzesień 2024 roku) najnowsza wersja systemu Debian, a właściwiej jego dystrybucja, nosi nazwę "Bookworm" i obejmuje jądro Linux 6.1. W przypadku, gdy chodzi o komputer ROCK 5A, obsługiwanymi systemami operacyjnymi są np. Android 12 i Ubuntu Server o ciut starszych wersjach jądra Linux. Warto pamiętać, że współcześnie dużo z dostępnych na komputery jednopłytkowe systemów posiada swoje obrazy lub stosując różne narzędzia należy je przygotować, zwłaszcza gdy zachodzi potrzeba ich dostosowania (coś dla bardziej zaawansowanych użytkowników). Firma Radxa udostępniła kilka obrazów systemów operacyjnych dla komputera ROCK 5A, podczas gdy dla komputera Raspberry Pi 5 dostępny, całkowicie za darmo, jest program do przygotowywania systemu operacyjnego na kartę SD, z łatwością pozwalający zainstalować system operacyjny Raspberry Pi OS, i nie tylko. Czasami jednak to nie wystarcza i trzeba poszukać poradników, w których komuś udało się wgrać ten i jeszcze inny system operacyjny na komputer Raspberry Pi 5 lub właśnie na ROCK 5A - wszak wybór obrazów na ostatni komputer jest mocno ograniczony.

 

Środowiska graficzne (pulpity)

Do najważniejszych środowisk graficznych dla komputerów Raspberry Pi 5 i ROCK 5A można zaliczyć: KDE i Xcfe - z czego pierwszy jest domyślny dla ostatniego, a ostatni dla pierwszego (nie inaczej). W przypadku środowiska graficznego KDE nie potrzeba w ogóle używać wysoce trudnego w zrozumieniu wiersza poleceń, szczególnie gdy należy uruchomić narzędzia, które służą do administracji systemem. Natomiast środowisko graficzne Xcfe jest dosyć lekkie, nie tylko w obsłudze, lecz również w kontekście zasobów procesora - to fantastyczny wybór dla jednostek CPU, które są o wiele mniej wydajne. Oczywiście nie stoi nic na przeszkodzie, żeby środowisko KDE działało również na Raspberry Pi 5 - w tym celu jednak trzeba już skorzystać z wiersza poleceń, co nie jest takie proste, jak się na pierwszy rzut oka wydaje (warto jednak tego spróbować).

Przykładowy widok środowiska graficznego (pulpitu) KDE

Przykładowy widok środowiska graficznego (pulpitu) Xcfe

Wsparcie sztucznej inteligencji

Ostatnią rzeczą, o której warto wspomnieć, w kontekście komputerów Raspberry Pi 5 i ROCK 5A, jest szeroko pojęta sztuczna inteligencja (AI). Nie ulega wątpliwości, że oba te komputery w dostatecznie wydajny sposób obsługują algorytmy AI bez akceleracji sprzętowej, choćby w oparciu o OpenCV. Ale tylko ROCK 5A posiada wbudowane w układ RK3588S jednostki NPU wspierające takie frameworki jak: PyTorch, TensorFlow, Caffe, ONNX i YOL, które umożliwiają tworzenie w szczególności modeli głębokiego uczenia się. Firma Radxa udostępnia osobom z pociągiem do sztucznej inteligencji (AI) przykładowe skrypty gwarantujące dostęp do każdej, ale to każdej, jednostki NPU w ramach wyżej wskazanych frameworków. W przypadku bardzo szybkiej klasyfikacji obiektów (samochody, osoby lub inne) akceleracja sprzętowa jest wręcz nieoceniona i można ją próbować dodać do Raspberry Pi 5, jednak to nie będzie dość udane z punktu widzenia użytkownika rozwiązanie (jest to niewygodne, i nie do końca wydajne, nawet kiedy podłączy się dedykowany sztucznej inteligencji akcelerator Coral).

Przykładowe zastosowanie komputera jednopłytkowego ROCK 5A

do rozpoznawania gestów człowieka

Podsumowanie

Jeśli jesteś entuzjastą komputerów jednopłytkowych (SBC) tak jak inżynier Peter Milne, który dostarczył dużo ważnych informacji i spostrzeżeń do niniejszego wpisu, to na dobrą sprawę, z każdego punktu widzenia, będzie dobry dla Ciebie i komputer jednopłytkowy Raspberry Pi 5 i komputer jednopłytkowy ROCK 5A, zwłaszcza, że są to najbardziej popularne rozwiązania, na rynku rzecz jasna. Jedynie co, to Raspberry Pi 5 jest znacznie tańszy - "zrobiony po kosztach" podczas gdy ROCK 5A powstał z myślą o efektywności działania i ma wszystko, czego można oczekiwać od komputera jednopłytkowego najnowszej generacji - w związku z tym cena tutaj nie gra roli i trzeba ją po prostu zapłacić (tak, to dużo droższa propozycja od Raspberry Pi 5).

Jak to mawiają w Wielkiej Brytanii: "płać pieniądze i wybieraj", czy też decyduj czy ważniejsze są koszty, czy wydajność (musisz o tym sam zadecydować drogi Czytelniku!).