Le Pi Zero 2 W est le Pi le plus efficace

La semaine dernière, nous avons vu l’annonce du nouveau Raspberry Pi Zero 2 W, qui est essentiellement une version quad-core améliorée du Pi Zero – plus comparable en vitesse au Pi 3B+, mais dans le plus petit facteur de forme Zero. Un aspect remarquable de la carte est le système-in-package RP3A0 conçu par Raspberry, qui comprend les quatre processeurs et 512 Mo de RAM sur la même puce. Bien que 512 Mo de mémoire ne soient pas extravagants par rapport aux normes d’aujourd’hui, il est réalisable. Mais cette puce personnalisée a un secret : elle permet à la carte de fonctionner avec une puissance raisonnablement faible.

Lorsque vous utilisez un Pi Zero, il y a de fortes chances que vous fassiez un petit projet, et peut-être même un projet qui fonctionnera sur piles. L’ancien Pi Zero était idéal pour ces projets intégrés autonomes, probablement sans tête : siroter lentement les milliampères. Mais le coût de calcul était nettement plus lent que ses grands frères. C’est le vide que le Pi Zero 2 W essaie de combler. Peut-il retirer cette astuce ? Peut-il fonctionner plus vite, sans brûler les batteries ? Raspberry Pi a envoyé à Hackaday une unité d’examen que j’ai testée tout le week-end. Nous verrons quelques points de repère, mesurerons la consommation d’énergie et découvrirons comment fonctionne la nouvelle carte.

La réponse s’avère être un « oui » qualifié. Si vous regardez des tâches mixtes CPU et mémoire, l’efficacité supplémentaire du RP3A0 permet au Pi Zero 2 W de fonctionner plus rapidement par watt que toutes les autres cartes Raspberry que nous avons testées. La plupart du temps, il fonctionne presque comme un Raspberry Pi 3B+, mais consomme nettement moins d’énergie.

En cours de route, nous avons trouvé des modèles intéressants dans l’utilisation de l’énergie Raspberry Pi. En effet, le titre de l’appât à clics de cet article pourrait être « Nous avons soudé une résistance en ligne avec Raspberry Pis, et vous ne croirez pas ce qui s’est passé ensuite », mais ce ne serait pas vraiment un appât à clics. Combien de milliampères pensez-vous qu’un Raspberry Pi 4B consomme, quand il est fermer? Vous n’allez pas le croire.

Tester les performances et la consommation électrique

Lorsqu’il s’agit de choisir un petit ordinateur Linux à intégrer dans votre projet, vous avez aujourd’hui beaucoup plus de choix qu’il y a quelques années. Même si vous prévoyez de rester dans le monde confortable des ordinateurs Raspberry Pi, vous regardez l’ancien Pi 3B+, le minuscule Pi Zero, le puissant Pi 4B dans une variété de configurations, et depuis la semaine dernière, le Pi Zero 2 W.

J’ai fait passer toutes les framboises à travers deux tests de torture assez standard, tout en étant connecté à une alimentation avec une résistance de précision de 0,100 Ω en ligne, et j’ai enregistré la chute de tension à travers la résistance, et donc le courant que les ordinateurs tiraient. Les valeurs ici sont moyennées sur 50 secondes par mon oscilloscope, ce qui tient compte avec précision des courtes pointes de courant, tout en fournissant une bonne moyenne à long terme. Tous les Pis fonctionnaient sans tête, connectés via WiFi et SSH, sans aucun autre fil entrant ou sortant que l’alimentation USB. Il s’agit donc de chiffres minimaux pour un Pi utilisant le Wi-Fi — si vous utilisez des périphériques USB, n’oubliez pas de les prendre en compte dans votre budget d’alimentation.

Le test numéro un est stress-ng qui martèle simplement tous les cœurs de processeur disponibles avec des problèmes d’inversion de matrice. C’est idéal pour les ordinateurs soumis à un stress thermique, mais aussi pour tester leur consommation maximale d’énergie générée par le processeur. Tous les Pis ici ont quatre cœurs, à l’exception du Pi Zero d’origine, qui n’en a qu’un. Ce que vous pouvez voir ici, c’est que lorsque vous augmentez la capacité du processeur, vous brûlez plus d’électrons. Le Pi Zero 2 a quatre cœurs, mais fonctionne à 1 GHz d’origine, tandis que le 3B+ fonctionne à 1,4 GHz et le 4B à 1,5 GHz. Plus de calcul, plus de puissance.

Le test numéro deux est sbc-bench qui comprend un test de bande passante mémoire (tinymemtest), un benchmark CPU à usage mixte (7-zip) et un test d’accélération cryptographique (OpenSSL). Malheureusement, aucun des Raspberry Pi n’utilise l’accélération cryptographique matérielle, donc le test OpenSSL finit par être presque identique au test 7-zip – un test de puissance CPU et mémoire mixte – et je saute les résultats ici pour économiser de l’espace.

Pour faciliter l’interprétation, j’utilise la somme des deux sous-tests de mémoire comme résultat pour TinyMemBench, et les résultats du test 7-zip sont une moyenne des trois exécutions. Pour tout cela, des nombres plus élevés sont meilleurs : la mémoire écrite plus rapidement et plus de fichiers compressés. C’est là que les choses deviennent intéressantes.

En regardant d’abord les scores de bande passante mémoire, le 4B est loin devant, et l’ancien Pi Zero ferme la marche, mais le 3B+ et le Zero 2 sont essentiellement au coude à coude. Ce qui est intéressant, cependant, c’est la puissance utilisée dans le test de mémoire. Le Zero 2 W est nettement meilleur que le 3B+ et le 4B. C’est tout simplement plus efficace, bien que si vous divisez pour obtenir de la bande passante mémoire par watt de puissance, l’ancien Pi Zero se démarque.

Tournez-vous ensuite vers le test 7-zip, un proxy pour l’informatique à usage général. Ici encore, les Pis à quatre cœurs surpassent tous considérablement le pokey Pi Zero. Le Pi 4 est de loin le plus rapide, et avec un refroidissement approprié, il peut être poussé à des performances ridicules. Mais comme le savent tous ceux d’entre vous qui ont travaillé avec des Raspberry Pi et des batteries, les ordinateurs Raspberry Pi à plus grand facteur de forme consomment beaucoup plus d’énergie pour faire le travail.

Mais regardez l’écart entre les performances du Pi Zero 2 et le Pi 3B+. Ils sont très proches ! Et regardez le même écart en termes de puissance utilisée – c’est énorme. C’est ici le meilleur argument de vente du Pi Zero 2. Presque 3B+ de performances de calcul tout en utilisant à peine plus de puissance que l’ancien Pi Zero. Si vous divisez ces deux résultats pour obtenir une mesure du nombre de fichiers compressés par watt, que j’appelle « grunt » de calcul par watt, le Zero 2 est loin devant.

Si vous cherchez un remplacement pour un Raspberry Pi Zero lent dans un projet portable, il semble vraiment que le Pi Zero 2 convienne parfaitement.

Courant d’inactivité et courant zombie

Certains projets n’ont besoin que d’un peu de travail, puis peuvent s’arrêter ou ralentir pendant les périodes d’inactivité pour utiliser moins d’énergie totale au cours d’une journée. Dans un souci d’économie d’énergie, j’ai examiné les performances de toutes les cartes lorsqu’elles ne faisaient rien, et ici, l’une des réponses a été très surprenante.

À moins que vous ne calculiez des chiffres sérieux ou que vous exécutiez un serveur Web occupé sur votre Raspberry Pi, il est probable qu’il restera inactif la plupart du temps et que son appel de courant inactif dominera en fait la consommation totale d’énergie. Ici, nous pouvons voir que le Pi Zero 2 a beaucoup plus en commun avec l’ancien Pi Zero qu’avec les deux autres cartes. Ne faisant rien de plus que de maintenir le WiFi en marche, les Zeros utilisent moins d’un tiers de l’énergie consommée par leurs grands frères et sœurs. C’est un gros problème.

Je voulais également étudier ce qui se passerait si vous pouviez désactiver le WiFi ou arrêter complètement le système, de la même manière que les astuces d’économie d’énergie que nous utilisons tout le temps avec des microcontrôleurs plus petits. Pour tester cela, j’ai exécuté une routine à partir d’un état inactif qui a arrêté le WiFi, attendu 10 secondes, puis arrêté le système. J’ai été surpris par deux choses. Premièrement, la puissance consommée par le WiFi en veille n’est pas vraiment importante – vous pouvez le voir s’activer périodiquement pendant la phase d’inactivité.

Deuxièmement, le tirage actuel d’un système d’arrêt variait considérablement d’un conseil d’administration à l’autre. J’appelle ce courant « courant zombie » car il s’agit du courant tiré par la carte lorsque le cerveau du processeur est complètement éteint. Pour être absolument certain que je mesurais correctement le courant zombie, j’ai débranché les cartes environ dix secondes après l’arrêt. Ce sont les traces que vous voyez ici, tracées pour chaque système. Il y a quatre phases : inactif, inactif sans WiFi, arrêt/zombie et enfin débranchement physique.

Le Pi 4 consomme environ 240 mA à l’arrêt, soit 1,2 W ! Le Pi 3 consomme environ 90 mA, soit 0,45 W. À titre de comparaison, le courant de repos du Pi Zero 2 est similaire au courant zombie du Pi 3. Le Pi Zero 2 a un tirage zombie de 45 mA beaucoup plus proche que négligeable, et le Pi Zero d’origine tire encore moins.

Le point ici est que même s’il n’est pas surprenant que la puissance nécessaire au ralenti augmente pour les processeurs les plus puissants, l’étendue de la variation du courant de veille et du courant zombie dicte vraiment les cartes à utiliser dans un projet alimenté par batterie. Fais attention!

La taille et la puissance ne font pas tout

À cet égard, avec la puissance de traitement du Pi 3B, une gestion de l’alimentation nettement meilleure tout autour et à moitié prix, le Raspberry Pi Zero 2 W est incroyablement attrayant pour tout ce qui a besoin de siroter le jus mais doit également emballer un peu de punch. L’ancien Pi Zero brillait dans de petits projets sans tête, et c’était le seul véritable choix pour les projets alimentés par batterie. Le Pi Zero 2 ressemble définitivement à un digne successeur, ajoutant beaucoup plus de puissance CPU pour pas autant de puissance électrique.

Pourtant, je ne pense pas que le Pi Zero 2 remplacera le 3B+, son concurrent le plus proche, pour la simple raison que le Pi 3 a plus de mémoire et une connectivité beaucoup plus polyvalente dès la sortie de la boîte. Si votre projet implique plus que quelques périphériques USB, ou Ethernet filaire, ou des connexions HDMI « normales », l’ajout de toutes ces pièces supplémentaires peut rendre une configuration basée sur zéro presque aussi volumineuse qu’un B. Et quand il s’agit de pur grognement , puissance-budget, le Pi 4 est clairement toujours le gagnant.

Mais en combinant étroitement quatre cœurs avec une mémoire sur puce, le Raspberry Pi Zero 2 W est certainement le Pi le plus économe en énergie.