Pomarańczka zamiast malinki

Komputery jednopłytkowe (SBC) nadal cieszą się niesłabnącą popularnością – na czele z Raspberry Pi, które od czasu wprowadzenia na rynek w 2012 roku sprzedało się w liczbie około 60 milionów sztuk i dało początek wielu konkurencyjnym produktom. SBC oparte są głównie na architekturach ARM, ponieważ obiecują zdrową mieszankę oszczędnego zużycia energii, wysokiej integracji, niskich kosztów i nowoczesnej wydajności procesora.

Jednak od kilku lat na pierwszy plan wysuwa się inna architektura, która przez długi czas istniała głównie na papierze i rzadko była spotykana w praktyce: RISC-V (RISC Five) [1]. Pierwotnie uruchomiona jako projekt akademicki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley w 2010 roku, RISC-V ma na celu stworzenie wolnej i otwartej architektury zestawu instrukcji (ISA). Ponieważ nie ma żadnych kosztów licencyjnych i każdy może używać, dostosowywać i rozwijać tę architekturę, RISC-V znakomicie się sprawdza w zastosowaniach badawczo-edukacyjnych.

RISC-V powoli nadrabia zaległości

Obecnie RISC-V staje się również coraz bardziej istotny w środowiskach komercyjnych i społeczności open source, gdzie ludzie postrzegają otwarty ISA jako szansę na prześcignięcie zastrzeżonych architektur, takich jak ARM. Pojawiły się płyty główne dla deweloperów i entuzjastów, choć zwykle były one w segmencie high-end. Jeśli jednak wierzyć prognozom rynkowym, udział architektur RISC-V w rynku ma wzrosnąć do około 25% do 2030 roku. To wystarczający powód, by przyjrzeć się bliżej tej platformie.

Od około dwóch lat dostępnych jest wiele niedrogich komputerów SBC z RISC-V, takich jak Banana Pi BPI-F3, BeagleV-Ahead i VisionFive 2. Jednak przy cenach wahających się od 50 do 150 USD, są one uważane raczej za projekty hobbystyczne. Orange Pi RV2 (rysunek 1) to niedrogi SBC chińskiej firmy Shenzhen Xunlong Software, która od pewnego czasu konkuruje z Raspberry Pi pod marką Orange Pi. RV2 istnieje już od kilku miesięcy: jest to płytka deweloperska wyposażona w procesor RISC-V [2]. Można ją nabyć z 2, 4 lub 8 GB pamięci RAM LPDDR4X i bez zasilacza w cenie od 30 do 70 dol. u różnych sprzedawców detalicznych. Od samego początku modele te były wspierane przez obrazy Ubuntu 24.04 LTS dla serwerów i komputerów stacjonarnych.

Rysunek 1: Dzięki opakowaniu Orange Pi RV2 przetrwało podróż z Dalekiego Wschodu.

Sprzęt

W tym artykule przetestuję model Orange Pi RV2 4GB i porównam zarówno jego wydajność, jak i funkcje z Raspberry Pi. Orange Pi RV2 jest zasilany przez 64-bitowy ośmiordzeniowy procesor KyX1 produkowany przez chiński startup RISC-V SpacemiT [3]. Jednostka ta oferuje taktowanie od 614 do 1600 MHz i dwa biliony operacji na sekundę (TOPS) wydajności AI. Dzięki temu płyta nadaje się do lekkich aplikacji AI. Producent zainstalował podstawowy procesor graficzny IMG BXE-2-32 firmy Imagination [4].

Pod względem opcji pamięci masowej i łączności sieciowej RV2 wyraźnie przewyższa Raspberry Pi (rysunek 2). Z tyłu może opcjonalnie pomieścić od 16 do 128 GB pamięci flash eMMC i ma dwa gniazda M2 na dyski SSD NVMe (M.2 2230, M.2 2280), które są połączone dwoma liniami PCIe 2.0 każda (rysunek 3). Jest też obowiązkowe gniazdo na kartę SD. Dzięki dwóm slotom na dyski SSD NVMe urządzenie może być wykorzystywane na przykład jako kompaktowy system kopii zapasowych NAS. Orange Pi obsługuje szeroki zakres zastosowań, w tym jako miniserwer. Dzięki praktycznym pinom GPIO może również działać jako minikontroler w projektach robotycznych.

Rysunek 2: Orange Pi RV2 ma zaskakująco dobry zestaw funkcji, biorąc pod uwagę jego niską cenę. Oprócz czterech portów USB, dostępne są dwa porty M.2 dla NVMe. © orangepie.org

Rysunek 3: Oprócz długiego gniazda M.2, z tyłu znajduje się również gniazdo na moduł pamięci eMMC. © orangepie.org

RV2 łączy się z siecią za pośrednictwem dwóch portów Ethernet 1Gbit i Wi-Fi 5.0, dzięki czemu można go używać jako routera. Obsługuje Bluetooth 5.0 z BLE. Inne interfejsy obejmują jedno wyjście HDMI 2.0 dla 4K przy 60 klatkach na sekundę, jeden port USB 2.0 i trzy porty USB 3.0. SBC ma 26-pinowe headery do komunikacji z zewnętrznymi komponentami, takimi jak diody LED lub przyciski, podczas gdy Raspberry Pi zapewnia 40-pinowe headery od czasu ich modelu B +, co sprawia, że rozszerzenia HAT dla Raspberry Pi są niekompatybilne z RV2. Na pokładzie znajduje się również interfejs szeregowy w 4-pasmowym formacie MIPI DSI i można podłączyć dwa moduły kamer za pośrednictwem interfejsu kamery szeregowej MIPI CSI-2.

Oprogramowanie

Podsumowując, zestaw funkcji sprzętowych RV2 jest bardzo atrakcyjny w stosunku do ceny. Niektórych z jego możliwości nie można nawet zmodernizować w innych SBC. Po stronie oprogramowania sprawy również wyglądają dobrze: można wybierać pomiędzy wersją serwerową i desktopową Gnome Ubuntu 24.04. Dostępny jest również obraz dla OpenWrt, który pozwala przekształcić RV2 w router lub repeater. Obecnie trwają prace nad kolejnymi dystrybucjami dla Orange Pi.

Strona pobierania Orange Pi [5] zawiera linki do katalogu Google Drive, ale są to oficjalne obrazy Canonical ze względu na partnerstwo między Canonical i Orange Pi. Może się okazać, że dzienny limit jest już wyczerpany podczas próby pobrania; w takim przypadku wystarczy poczekać do następnego dnia, aby pobrać obraz. Pod tym samym adresem można również znaleźć kod źródłowy, doskonałą instrukcję obsługi i schematy obwodów płytki.

Na pierwszy ogień – karta SD

Najpierw przyjrzę się obrazowi Ubuntu 24.04. Procedura jest podobna do tej dla Raspberry Pi: ładujemy obraz na kartę SD i podłączamy RV2 do klawiatury, monitora, myszki i sieci. Pakiety wybrane dla wersji desktopowej wydają się nieco arbitralne: Emacs nie jest zbyt popularny, a wraz z MPV i VLC na pokładzie znajdują się dwa odtwarzacze multimedialne (rysunek 4). Jeśli zdecydujesz się na wersję serwerową, możesz równie łatwo uzyskać do niej dostęp przez SSH i zaoszczędzić na kosztach dodatkowego sprzętu. Karta SD wymaga minimalnej pojemności 32 GB i bez problemu uruchomiła RV2.

Podczas testowania dystrybucji pierwszym krokiem jest zawsze aktualizacja pakietów oprogramowania (rysunek 5). Jednak w przypadku RV2 był to zły pomysł: zaktualizowany system odmówił uruchomienia, co zmusiło mnie do rozpoczęcia wszystkiego od nowa. Zdarzyło się to tylko z obrazem pulpitu; wersja serwerowa nie miała na tego problemu.

Rysunek 4: Jeden z dostępnych obrazów Ubuntu 24.04 dla RV2 uruchamia pulpit Gnome.

Rysunek 5: Oprócz 16 GB pamięci eMMC, dałem RV2 również 128 GB NVMe SSD.

Przeniesienie na eMMC

Potraktowałem mojego RV2 modułem eMMC i dyskiem SSD NVMe (rysunek 5). Ponieważ eMMC działa szybciej niż karta SD, pierwszym zadaniem było przeniesienie instalacji na eMMC, pozostawiając NVMe nietkniętą jako dodatkowy magazyn danych – potencjalnie dla aplikacji NAS. Migracja do eMMC jest inicjowana przez

sudo nand-sata-install

Wybrałem tutaj Boot from eMMC, a następnie wybrałem ext4 jako system plików (rysunek 6). Rozpoczął się transfer, który trwał około dwóch minut dla około 5 GB danych. Następnie wyjąłem kartę SD i ponownie uruchomiłem urządzenie z pamięci eMMC. To nie tylko sprawia, że system działa nieco szybciej, ale także oznacza, że mogę testować inne dystrybucje za pośrednictwem karty SD, gdy tylko staną się dostępne.

Rysunek 6: Przed przeniesieniem danych z karty SD do pamięci eMMC należy wybrać system plików.

Edycja repozytorium

Hasło roota zarówno dla domyślnego użytkownika orangepi, jak i dla root to orangepi. Zintegrowane repozytorium znajduje się w chmurze Huawei i jest hostowane w Chinach. Zmieniłem to na liście źródeł z repo.huaweicloud.com/ubuntu-ports na ports.ubuntu.com. Lista źródeł zawiera również repozytorium Docker, ale nie działało ono z repozytorium Huawei. Po zmianie również tego repozytorium mogłem zaktualizować Dockera, wpisując

sudo apt install docker.io

Wersja jądra to Linux 6.6.63 i obecnie nie obsługuje wielowątkowości.

Następnie warto przyjrzeć się konfiguracji (rysunek 7). Dostęp do niej można uzyskać z Ustawienia lub uruchamiając

sudo orangepi-config

Rysunek 7: Narzędzie konfiguracyjne używa podobnego interfejsu dialogowego jak Raspberry Pi. Można zmieniać różne ustawienia, a także instalować dodatkowe oprogramowanie.

aby skonfigurować kilka ważnych podstawowych ustawień. Tutaj można między innymi zarządzać zegarem procesora, oprogramowaniem układowym, SSH, siecią i oprogramowaniem; SSH jest już domyślnie włączone.

Obraz Ubuntu 24.04 działa bez zarzutu, ale w porównaniu do Raspberry Pi 4 lub 5, występuje opóźnienie od jednej do dwóch sekund przy każdej czynności. Po przeniesieniu na szybszą pamięć eMMC działanie było nieco płynniejsze. Xfce jako pulpit lub nawet menedżer okien, taki jak i3 lub Awesome, byłby prawdopodobnie lepszym wyborem (rysunek 8). Po uruchomieniu RV2 przez około godzinę sprawdzałem temperaturę, która wahała się między 55 a 60 stopni Celsjusza (rysunek 9) w trybie bezczynności. Jeśli chodzi o długowieczność, nie zaszkodziłoby zainstalowanie radiatora. Jednak w przeciwieństwie do Raspberry Pi 4 i 5 nie jest to absolutnie konieczne w przypadku RV2.

Rysunek 8: Po uruchomieniu obraz Ubuntu dla RV2 zajmuje nieco poniżej 700 MB pamięci RAM. Bardziej ekonomiczny pulpit, taki jak Xfce, który potrzebuje tylko około 500 MB, może mieć tutaj większy sens.

Rysunek 9: Temperatury wynoszą średnio około 60 stopni Celsjusza w stanie bezczynności. Mogą wzrosnąć do 95 stopni pod ciągłym obciążeniem.

Chociaż jest to Ubuntu 24.04, Snap nie jest obsługiwany jako format pakietu. Chromium jest preinstalowany jako przeglądarka – z notatką wyjaśniającą, że aplikacja nie będzie działać w piaskownicy (Snap), co oznacza, że nie można używać rozszerzeń. Firefox i Thunderbird nie mogą być w ogóle zainstalowane.

Spodziewałem się, że mało wydajny procesor graficzny w układzie pogorszy wydajność wideo, ale byłem w stanie odtwarzać filmy z YouTube w rozdzielczości Full HD bez żadnych zakłóceń, chociaż ich ładowanie trwało stosunkowo długo. Z drugiej strony, wszystko poza Full HD nie jest zbyt zabawne. Poza tym reakcja przeglądarki była dość szybka. Podsumowując, wrażenia na pulpicie nie były spektakularne i dały mi prawie to, czego można oczekiwać od Ubuntu, chociaż zajęło to więcej czasu, niż jestem przyzwyczajony w przypadku Raspberry Pi 4 lub 5.

Wydajność sprzętu również okazała się zgodna z oczekiwaniami. Ze względu na połączenie NVMe, z którego korzystałem, było ograniczone do około 850 MB na sekundę przy odczycie i 750 MB przy zapisie. Przepustowość sieci również była zgodna z moimi przypuszczeniami. Dwa porty Ethernet 1 Gbit zapewniały około 940 Mb/s, ale wydajność sieci WLAN nie była tak dobra ze względu na prostą antenę przewodową. Z możliwych 433 Mb/s, układ WLAN 5 osiągnął przepustowość w paśmie 5 GHz od 200 do 250 Mb/s downstream i od 160 do 188 Mb/s upstream – ale to lepsze niż brak dostępu do sieci w ogóle, gdy Ethernet nie jest dostępny.

Producent zaleca RV2 jako router mały komputer stacjonarny i do lekkich zastosowań AI. Wersja z 2 GB pamięci RAM sprawdzi się jako router. Do użytku jako komputer stacjonarny warto wybrać co najmniej 4 GB pamięci RAM; cokolwiek mniej sprawi, że Orange Pi będzie działać zbyt wolno. Jeśli chcesz używać LLM, 8 GB jest obowiązkowe, w przeciwnym razie nawet małe LLM mogą się nie uruchomić. Podsumowując, uważam, że stwierdzenia producenta dotyczące przydatności Orange Pi do korzystania z LLM były nieco przesadzone.

Idealną aplikacją dla SBC byłby DietPi [6], lekka, oparta na Debianie dystrybucja Linuksa dla SBC i serwerów. Oferuje ona również opcję instalacji środowiska graficznego. DietPi zapewnia wstępnie skonfigurowane oprogramowanie z różnych obszarów dla danego sprzętu i obsługuje wiele urządzeń. Miałem nadzieję, że ogólny obraz DietPi dla RISC-V uruchomi się na RV2, ponieważ działa on na Banana Pi F3 z tym samym procesorem, ale wymagałoby to rozległych modyfikacji sektora rozruchowego. Jednak obraz dla RV2 na platformie DietPi jest już w przygotowaniu [7], a (nieoficjalny) obraz społeczności dla Debiana jest dostępny [8].

Wnioski i perspektywy

Porównując Orange Pi RV2 z Raspberry Pi 4 lub 5 na poziomie sprzętowym, Raspberry Pi ma mocniejszy procesor i lepszy układ graficzny. Natomiast RV2 posiada NPU, dwa porty Gigabit Ethernet i dwa złącza M.2 dla dysków SSD NVMe. Do codziennego użytku jako system stacjonarny, RV2 wydaje się nieco zbyt mało wydajny, przynajmniej jeśli używasz Ubuntu i Gnome. Dla deweloperów, entuzjastów i hobbystów płyta gwarantuje jednak długotrwałą zabawę, dzięki prawie 200 stronom dokumentacji, które opisują nawet najdrobniejsze szczegóły dotyczące budowy poszczególnych komponentów oprogramowania.

RV2 udowadnia, że RISC-V jest czymś więcej niż tylko akademickim marzeniem i oferuje opłacalny sposób na zbadanie, do czego RISC-V jest obecnie zdolny. Przy mniej więcej tej samej cenie RV2 jest najbardziej porównywalny z Raspberry Pi 4 Model B pod względem wydajności, ale nowicjuszowi brakuje ekosystemu, który rozwinął się wokół Raspberry Pi w ciągu ponad 15 lat.

Obecnie nie polecam RV2 do użytku produkcyjnego, ale raczej do odkrywania platformy RISC-V. Spodziewam się, że w niedalekiej przyszłości kolejne dystrybucje Linuksa zostaną przeniesione na RV2, co z pewnością przyczyni się do jego szerszego zastosowania. To, w jakim stopniu Orange Pi będzie nadal wspierać tę architekturę, dopiero się okaże, a od tego zależeć będzie również dalszy rozwój odpowiedniego oprogramowania.

Info

[1] Bruce Byfield, RISC-V, "Linux Magazine" 9/2018

[2] RV2: http://www.orangepi.org/html/hardWare/computerAndMicrocontrollers/details/Orange-Pi-RV2.html

[3] SpacemiT: https://www.spacemit.com/en/

[4] RISC-V Imagination GPU: https://www.theregister.com/2022/01/27/gpu_riscv_imagination/

[5] Oprogramowanie dla Orange Pi: http://www.orangepi.org/html/hardWare/computerAndMicrocontrollers/service-and-support/Orange-Pi-RV2.html

[6] DietPi: https://dietpi.com/

[7] Pytanie o obrazu DietPi dla Orange Pi RV2: https://github.com/MichaIng/DietPi/issues/7519

[8] Obraz Debiana: https://romanrm.net/rv-debian