Як змінювалася Raspberry Pi: тести продуктивності

2026-02-11

Автор оригіналу: Michael Klements

Сьогодні ми розглянемо на практиці 13-річну історію розробки Raspberry Pi. У мене є екземпляри кожного покоління Pi — від оригінальної моделі 2012 року до Pi 5, яка вийшла трохи більше року тому.

У цій статті ми вивчимо, що змінювалося від покоління до покоління, як змінювалися їхня продуктивність та енергоспоживання, провівши кілька тестів.

Зміни характеристик у кожній версії

Raspberry Pi 1

Це перша оригінальна Raspberry Pi, випущена в лютому 2012 року.

Ця Raspberry Pi оснащена системою-на-кристалі Broadcom BCM2835, яка має одне ядро ARM1176JZF-S із тактовою частотою 700 МГц разом із графічним процесором VideoCore IV, а також 512 МБ оперативної пам’яті.

З точки зору підключень, вона має лише 100-мегабітну мережу та 2 порти USB 2.0. Відеовихід підтримує максимальну роздільну здатність 1080p через HDMI або аналогове відео через композитний відеовихід, а аудіовихід здійснюється через роз’єм 3,5 мм. У неї немає вбудованих модулів Wi-Fi або Bluetooth, але присутні деякі функції, які зберігалися й у пізніших моделях, такі як порти DSI (Display Serial Interface) та CSI (Camera Serial Interface), повнорозмірний кард-рідер для SD-карт і контакти GPIO (General Purpose Input/Output), хоча на цьому етапі їх усього 26.

Живлення подається на цю модель через 5 В і 700 мА по micro-USB.

Офіційна ціна становила 35 доларів, що на той момент було неймовірно дешево для пристрою, який, по суті, є кишеньковим комп’ютером.

Raspberry Pi 2

Raspberry Pi 2 вийшла через 3 роки після першої версії — у лютому 2015 року. Ця модель суттєво відрізнялася від оригіналу та була більше схожою на сучасні Raspberry Pi.

Процесор у Pi 2 був значно кращим за оригінальний: система-на-кристалі Broadcom BCM2836 отримала 4 ядра Cortex-A7 із тактовою частотою 900 МГц, при цьому зберігся той самий графічний процесор VideoCore IV. Обсяг оперативної пам’яті також було збільшено до 1 ГБ.

До наявного 100-мегабітного Ethernet-порту додалося ще 2 порти USB 2.0. Роз’єм для композитного відео було вилучено, а аналоговий відеовихід перенесено в роз’єм аудіовиходу (3,5 мм).

Кількість контактів GPIO було збільшено до 40 штифтів, але їх розташування залишилося незмінним, що допомогло зберегти сумісність із додатковими модулями (HAT) та аксесуарами. Також слот для карт пам’яті SD було замінено на слот для карт microSD.

Потужність схеми живлення було збільшено до 800 мА через використання більш потужного процесора.

Raspberry Pi 3

Raspberry Pi 3 була запущена через рік — у лютому 2016 року.

Нова система-на-кристалі Broadcom BCM2837 у Raspberry Pi 3 зберегла ту саму 4-ядерну архітектуру, але ядра були замінені на 64-бітні Cortex-A53 із тактовою частотою 1,2 ГГц.

Обсяг оперативної пам’яті залишився на рівні 1 ГБ, але тепер це була пам’ять типу DDR2, а не просто DDR.

Підключення USB або Ethernet в оригінальній моделі Pi 3 не змінилося, але вперше з’явилися Wi-Fi та Bluetooth. Wi-Fi був однодіапазонним (2,4 ГГц), а Bluetooth мав версію 4.1.

Версія, яка є у мене, — це фактично 3B+, випущена трохи пізніше. Основними покращеннями порівняно з оригінальним Pi 3 стали підвищення тактової частоти на 0,2 ГГц, перехід на гігабітну мережу з підтримкою PoE (живлення через Ethernet) та двохдіапазонний Wi-Fi.

Схему живлення знову було покращено — вона, як і раніше, працює від 5 В, але тепер із струмом до 1,34 А, що майже вдвічі більше, ніж у Pi 2.

Raspberry Pi 4

Наступним був Pi 4 у червні 2019 року. Цей Pi з’явився в один із найгірших періодів для світового виробництва, і, як відомо, його було важко дістати через вплив COVID на глобальні ланцюги постачання. За іронією долі, саме його в мене найбільше — переважно завдяки моєму кластеру Pi з водяним охолодженням.

Pi 4 заснований на кристалі Broadcom BCM2711 із 4 ядрами Cortex-A72, що працюють на частоті 1,5 ГГц. Таким чином, знову відбулося збільшення частоти, але при цьому збереглося 4 ядра. Також присутнє покращення до GPU VideoCore VI.

Це була перша модель із різними конфігураціями оперативної пам’яті. Спочатку вона була доступна у варіантах 1, 2 та 4 ГБ ОЗП типу LPDDR4, а в березні 2020 року до лінійки додали також варіант із 8 ГБ. Це, очевидно, призвело до появи кількох цінових категорій, але вражає те, що їм вдалося зберігати пропозицію близько 35 доларів навіть через 7 років після виходу першої Pi.

Він зберіг той самий форм-фактор, що й Pi 3, але з поміняними місцями портами USB та Ethernet. Примітно, що два USB-порти були оновлені до стандарту USB 3.0, мережеве підключення стало гігабітним Ethernet (як у 3B+), Wi-Fi став двохдіапазонним, а також з’явився Bluetooth 5.0.

Також повнорозмірний порт HDMI було замінено на два порти micro-HDMI. Більшість не любить цю зміну, оскільки доводиться використовувати перехідники для роботи зі звичайними дисплеями, до того ж ці порти micro-HDMI схильні ламатися при частому використанні. Думаю, що звичайні ентузіасти та майстри віддали б перевагу одному повнорозмірному порту, але Raspberry Pi часто використовуються в комерційних дисплейних застосуваннях, тож, імовірно, саме тому було обрано конфігурацію з двома micro-HDMI.

Споживаний струм було зменшено з 1,34 до 1,25 А, а порт живлення замінено на USB-C.

Raspberry Pi 5

У жовтні 2023 року вийшла найновіша на сьогодні Raspberry Pi 5.

Цей Pi оснащений SoC Broadcom BCM2712 із 4 ядрами Cortex-A76, що працюють на значно вищій частоті 2,4 ГГц, і графічним процесором VideoCore VII, що працює на частоті 800 МГц.

Таким чином, продуктивність процесора та графічного процесора суттєво зросла.

Він пропонується у трьох конфігураціях оперативної пам’яті, але через скорочення пропозиції версії на 1 ГБ вони більше не доступні за ціною 35 доларів. Базова версія з 2 ГБ оперативної пам’яті значно подорожчала — до 50 доларів.

Серед інших помітних змін — наявність порту PCIe, який дозволяє розширити можливості введення-виведення, а також значно покращена схема живлення. Порт PCIe досить часто використовується для встановлення SSD-накопичувача NVMe замість карти microSD для операційної системи.

Схему живлення було модернізовано для роботи з додатковим портом PCIe: тепер вона підтримує напругу до 5 В при споживаному струмі до 5 А, а також уперше з’явилася кнопка ввімкнення.

Було здійснено перехід на живлення 5 В і 5 А — це дещо дратувало багатьох, адже більшість блоків живлення з підтримкою Power Delivery зазвичай видають максимум 2,5 або 3 А при 5 В. Було б зручніше, якби для Raspberry Pi потрібен був блок на 9 В і 3 А — це вирішило б проблему сумісності. Ймовірно, від цього варіанту відмовилися, оскільки схемотехніка Raspberry розрахована на 5 В і 3,3 В, і довелося б додавати ще один DC-DC перетворювач. Це ускладнило б конструкцію, збільшило розміри, вартість і, можливо, знизило б ефективність. Але тепер, найімовірніше, доведеться придбати спеціальний блок живлення з USB-C, зроблений саме для Pi 5.

До речі, Pi 5 — перша модель, у якої є окремий роз’єм для вентилятора.

Ось, загалом, і всі ключові зміни в апаратній частині за всі 5 поколінь. Тепер давайте увімкнемо їх і подивимося, як вони працюють.

Тестування продуктивності

Щоб порівняти продуктивність між різними Pi, я планую провести такі тести:

1.     Я спробую відтворити відео з YouTube у роздільній здатності 1080p у браузері, хоча очікую, що з цим будуть проблеми аж до Pi 4.

2.     Потім ми запустимо тест процесора Sysbench, який я проведу як для одноядерного, так і для багатоядерного режимів.

3.     Далі ми запустимо тест GPU GLMark2.

4.     Після цього протестуємо швидкість накопичувача за допомогою сценарію James Chambers Pi Benchmark.

5.     Потім запустимо тест швидкості мережі iPerf3.

6.     Нарешті, розглянемо енергоспоживання як у режимі очікування, так і при максимальному навантаженні процесора.

7.     А потім використаємо ці дані для визначення продуктивності кожної Pi на ват.

Щоб забезпечити однакові умови, я використовуватиму останню доступну версію Pi OS для кожної моделі. Мене приємно здивувало, що ви й досі можете прошити образ операційної системи для оригінальної Pi в їхній останній версії Raspberry Pi Imager.

Я тестуватиму всі плати на 32-гігабайтній карті пам’яті SanDisk Ultra microSD. Крім того, на кожній із них я використовуватиму кулер Ice Tower, щоб гарантувати, що вони не перегріватимуться.

Відтворення відео YouTube 1080p

Я почав з оригінальної Pi, і процес її першого завантаження та налаштування став уроком терпіння. У мене пішло майже дві години на те, щоб завершити перше завантаження, оновити Pi та встановити утиліти тестування, але зрештою я впорався.

Але навіть після налаштування завантаження робочого столу займає близько 8 хвилин, а процесор залишається завантаженим на 100% протягом 2–3 хвилин, перш ніж опуститися до 20%.

Оригінальна Pi відмовилася відкривати браузер, на цьому мій тест відтворення відео з YouTube закінчився.

Pi 2 вдалося відкрити браузер і навіть розпочати відтворення відео у роздільній здатності 1080p, що було дивно, але відтворення було жахливим.

Pi 3 відтворювала відео помітно краще, ніж Pi 2, але до придатного використання ще далеко, через що й досі пропускається багато кадрів.

Pi 4 досить добре справлялася з відео у роздільній здатності 1080p. Спочатку були деякі проблеми, і відео трохи лагало, але згодом проблеми зникли. Повноекранний режим також нестабільний, але ним можна користуватися.

Pi 5 добре справлялася з відтворенням відео у роздільній здатності 1080p без будь-яких суттєвих проблем як у віконному, так і в повноекранному режимі.

Sysbench CPU

Далі був Sysbench. Я провів по три тести для кожної моделі та усереднив результати, причому зробив це як для одноядерного, так і для багатоядерного режимів.

В одноядерному режимі Pi 1 показала доволі сумний результат — 68 балів, Pi 2 набрала трохи більше ніж удвічі більше, але справжній стрибок уперед відбувся з Pi 3, яка набрала у 18 разів більше, ніж Pi 2. Моделі Pi 4 і Pi 5 також були значно покращені порівняно з попередніми поколіннями.

Аналогічно, у багатоядерному режимі Pi 3 набрала більш ніж у 18 разів більше балів, ніж Pi 2, а Pi 4 і Pi 5 були значно вищими за показники Pi 3.

Порівнюючи сукупну продуктивність багатоядерного процесора Pi 5 з можливостями одноядерного процесора Pi 1, можна сказати, що Pi 5 працює більш ніж у 600 разів швидше.

GLMark2 GPU

Потім я спробував запустити на них тести GPU GLMark2. Я використовував версію GLMark2-es2-wayland, розроблену для OpenGL ES, щоб підтримувався Pi 1.

Мене здивувало, що Pi 1 взагалі змогла запустити GLMark2 — вона справді пройшла тест, хоча результат був не надто вражаючим.

Ці результати наочно показують, наскільки покращився графічний процесор Pi за останні два покоління. До цих тестів я ніколи не бачив результатів нижче 100, а Pi 1, 2 і 3 не дотягували до тризначних значень. Показник Pi 5 більш ніж у 2,5 раза перевищив показник Pi 4.

Тест швидкості накопичувача / Storage Speed Test

Після цього я провів тест швидкості накопичувача за допомогою сценарію James Chambers Pi Benchmarks. За ці роки швидкість шини зросла з 25 МГц у Pi 1 до 100 МГц у Pi 5, тож я очікую, що це відобразиться на результатах тестування.

Результати тестів швидкості накопичувача не такі вражаючі, як результати тестів CPU та GPU, але показують стабільне покращення між поколіннями. Pi 3 показала себе трохи гірше, ніж Pi 2, але ця невелика різниця, найімовірніше, пояснюється просто варіативністю тестів.

Тест швидкості мережі iPerf / iPerf Network Speed Test

Потім я запустив тест швидкості мережі iPerf для кожної моделі.

Pi 1 не дотягує до своїх теоретичних 100 Мбіт/с, на відміну від Pi 2. Pi 3 B+, хоча й має гігабітний Ethernet, обмежена тим, що працює через USB 2.0, який має теоретичний максимум у 300 Мбіт/с, тож вона була досить близькою до цього значення. Очікується, що і Pi 4, і Pi 5 наблизяться до теоретичних гігабітних швидкостей.

Перевірка енергоспоживання

Нарешті, я перевірив енергоспоживання кожної Pi без навантаження та під навантаженням.

Я використовував один і той самий адаптер живлення Pi 5 для тестування всіх плат, щоб забезпечити однакові умови, і просто застосував перехідник з USB-C на micro-USB для Pi 1, 2 і 3.

Результати без навантаження виявилися кращими, ніж я очікував. У Pi 2 було найнижче енергоспоживання, а у Pi 5 — найвище, але всі вони відрізнялися одна від одної лише на один-два вати. За повного навантаження можна побачити, що зростання потужності процесора призводить до збільшення споживаної потужності: Pi 5 споживає майже втричі більше енергії, ніж Pi 1 і Pi 2.

У перерахунку на продуктивність на ват з використанням результатів Sysbench знову можна побачити, наскільки Pi 4 і Pi 5 кращі за Pi 1 і Pi 2. Очевидно, що продуктивність кожного покоління Pi на ват потужності, тобто його ефективність, помітно зростає. Незважаючи на те, що Pi 5 споживає більше енергії, ніж Pi 1 за повного навантаження, вона ефективніша майже у 200 разів у перерахунку на один ват.

Висновки щодо бенчмарків і майбутніх моделей

Мені справді сподобалося працювати над цим проєктом, щоб побачити, наскільки сильно змінилися Raspberry Pi за ці роки, особливо з точки зору продуктивності. Я й досі пам’ятаю, як був вражений розмірами та ціною оригінальної Pi, коли вона з’явилася, і чудово, що вона й досі повністю підтримується та може використовуватися в проєктах, хоча й із меншим навантаженням на процесор.

Також мені дуже подобається додавання порту PCIe у Pi 5, і я б хотів, щоб у майбутньому поколінні Pi з’явилася мережа 2,5 Гбіт/с і DisplayPort або USB-C з підтримкою DisplayPort.