Vor Jahren hatte ich ein Raspberry Pi 1B als Server für ein paar kleine Dienste im Einsatz. Ersetzt habe ich das Teil aber später durch einen Fujitsu Futro s920, ein Thin-Client mit einer AMD G-Serie Quad-Core CPU (GX-415 GA). Die AMD G-Serie ist für embedded Computer entwickelt und daher hat der Fujitsu Thinclient auch eine recht niedrige Leistungsaufnahme. Zumindestens im Idle ist diese nicht viel höher als beim Raspberry Pi, aber dafür mit deutlich mehr Rechenleistung.
Ein Raspberry Pi 4 bietet ebenfalls eine Quadcore-CPU mit ähnlichem Takt. Daher hatte ich die Idee, mal ein bisschen die Hardware zu benchmarken. Und aus Spaß vergleiche ich das noch mit einer Sun Ultra 45 Workstation, die zumindestens einen ähnlichen CPU-Takt hat. Diese hat zwei UltraSPARC IIIi CPUs, ich glaube aus dem Jahr 2003.
Test-Hardware
- Raspberry Pi 1 Model B: CPUs (ARMv6): 1 x 700 MHz
- Raspberry Pi 4 Model B: CPUs (ARMv8): 4 x 1500 MHz
- Sun Ultra 45: CPUs (spar4u): 2 x 1600 MHz
- Fujitsu S920: CPUs (amd64): 4 x 1500 MHz
Sowohl beim Raspberry Pi 1 als auch 4 kommt ein 32bit Raspbian zum Einsatz. Vielleicht nicht optimal für die Performance, auf grund des wenigen RAMs (2 GB) aber praktisch vielleicht die bessere Wahl für den Produktivbetrieb.
Benchmarks
Als Integer-Benchmark wird die Schach-Engine stockfish benutzt. Stockfish bietet sehr gute Optimierung für x86 und auch ARM, aber nicht für sparc. Daher habe ich das ganze ohne spezielle Architekturoptimierungen kompiliert, also nur mit normaler Compiler-Optimierung.
stockfish bench 128 <num-cpus>
Als Floatingpoint-Benchmark kommt c-ray zum Einsatz. Dies ist ein einfacher in C geschriebener Raytracer.
c-ray-mt -t <num-cpus> -s 1000x1000 -r 10 -i scene -o out.ppm
Ergebnisse Stockfish
Die Ausgabe von stockfish bench sieht so aus:
Total time (ms) : 14304
Nodes searched : 5607358
Nodes/second : 392013
Für den Vergleich nehm ich nur Nodes/second. Je größer hier der Wert ist, desto besser:
rpi1 u45-1cpu u45-2cpu rpi4-1cpu rpi4-4cpu s920-1cpu s920-4cpu
----------------------------------------------------------------------------
26503 277715 559029 392013 1421621 403146 1595700
26655 277386 559604 393222 1402173 402682 1530797
26623 277002 549077 385544 1424797 403261 1580684
26303 277152 566223 391739 1458121 402191 1551561
26926 277317 548266 391411 1435041 403146 1503410
Mittelwert mit Standardabweichung:
rpi1 26.602 ± 203,68
u45-1cpu 277.314,4 ± 240,66
u45-2cpu 556.439,8 ± 6.832,99
rpi4-1cpu 390.785,8 ± 2.691,36
rpi4-4cpu 1.428.350,6 ± 18.298,75
s920-1cpu 402.885,2 ± 400,12
s920-4cpu 1.552.430,4 ± 3.293,49
Ergebnisse C-Ray
C-Ray liefert am Ende die Anzahl der Millisekunden, die das Rendern gedauert hat.
rpi1 u45-1cpu u45-2cpu rpi4-1cpu rpi4-4cpu s920-1cpu s920-4cpu
----------------------------------------------------------------------------
88444 29585 16133 10015 3128 13699 4282
86406 29013 16112 10028 3118 13698 4189
87455 29014 16134 10032 3138 14068 4186
86456 29000 16106 10032 3119 14058 4189
86676 28998 16033 10004 3110 13701 4185
Mittelwert mit Standardabweichung:
rpi1 87.087,4 ± 775,59
u45-1cpu 29.122 ± 231,59
u45-2cpu 16.103,6 ± 37,01
rpi4-1cpu 10.022,2 ± 11,03
rpi4-4cpu 3.122,6 ± 9,58
s920-1cpu 13.844,8 ± 178,19
s920-4cpu 4.206,2 ± 37,93
Auswertung
Der Unterschied zwischen Raspberry Pi 1 und 4 ist gigantisch. Allein im Single-Core Benchmark ist ein rpi4 14 mal schneller als ein rpi1. Dafür bietet ein rpi4 aber statt einem Core gleich 4. Auch die FP-Geschwindigkeit ist deutlich höher. Aber das war auch nicht anders zu erwarten.
Spannender ist der Kampf zwischen rpi4 und Fujitsu s920. Diese sind in etwa auf Augenhöhe. Im Integer-Benchmark führt die AMD-CPU, im FP-Benchmark die ARM-CPU. Interessanterweise ist beim Stockfish-Benchmark die Standardabweichung beim s920 deutlich geringer als beim rpi4. Eine mögliche Ursache könnten die thermischen Probleme beim rpi4 sein, die zu einer Reduzierung des CPU-Takts führen könnten. Doch bei C-Ray ist es genau umgekehrt. Ich habe noch keine Erklärung dafür, wieso beim rpi4 hier die Werte so viel stabiler sind, als bei den anderen Testkandidaten.
Etwas schwach finde ich die Resultate bei der Ultra 45. Die Hardware ist natürlich schon etwas in die Jahre gekommen, aber da es sich hier nicht um kleine embedded CPUs handelt, hätte ich doch mehr erwartet. Eine Ursache könnte aber auch sein, dass ich auf der Ultra 45 ein recht altes OS (Solaris 10) betreibe und zum kompilieren hatte ich nur gcc 5.5 zur Verfügung. Auf dem rpi4 z.B. kam gcc 8.3 zum Einsatz.
Das war jetzt ein einfacher CPU-Benchmark. Interessant wäre ein IO-lastiger Benchmark. Die Ultra 45 wird nicht kampflos aufgeben. Gerade die Bus-Architektur ist beim rpi4 immer noch Schrott, daher könnte die Ultra 45 hier punkten. Fortsetzung folgt (irgendwann).