OrangePi Zero 3W recenzija

Koje to probleme je trebao da reši Allwinner A733 u 2024. godini? Izdat je kada i Qualcomm Snapdragon serija koja je „napala“ tržište mobilnih telefona. To je gotovo pet godina nakon pojave Rockchip RK3588, osmojezgarnog SoC odličnih performansi, ali i velike potrošnje koja ide i do 15 W, te je aktivno hlađenje, kako bi se zadržale performanse, neophodno za gotovo bilo koju ozbiljnu aplikaciju sa njim. Sa druge strane tada je Rockchip ponudio RK3566 sa samo četiri ARM Cortex-A55 jezgra. Ovom čipu dokazano ne treba aktivno hlađenje, već samo dobar veliki pasivni hladnjak. Ali, njemu nedostaje snaga, “ da povuče kada je teško“ jer nema performans jezgra.

Ono što je uočeno kao smetnja embedovanih SoC-eva je velika disipacija toplote na procesoru. U industriji se po pravilu ovo izbegava korišćenjem samo ARM Cortex-A55 jezgara, pa tako imamo celu seriju indstrijskih razvojnih sistema oko SoC-eva sa njima, poput Voipac iMX93 Industrial Development Kit Max-a.

Ono što je, u to smo uvereni, Allwinner ponudio kao rešenje je kombinacija ova dva pristupa. Smanjenje broja snažnih jezgara i dodavanje NPU jedinice kako bi se ispratili moderne industrijske smernice. Za AI Vision primenu potreban je i korektan GPU i VPU, pa je i to dodato u njihov najjači sunxi model A733.

Vratimo se na priču o disipaciji. Ona potiče od dva elementa kod pomenutog Rockchip RK3588. Prvi su četiri performansna jezgra koja se aktiviraju pri zahtevnim aplikacijama. Ona uz to rade i na višem taktu, što zajedno dovodi do dodatnog zagrevanja. Allwinner je kao odgovor na taj problem u A733 broj ovih ARM Cortex-A76 jezgara spustio sa četiri na dva i time smanjio maksimalnu disipaciju. Iako se u marketinškim tekstovima insistira da je time izbegnuta potreba za aktivnih hlađenjem, ipak smatramo da je to preterano optimistička tvrdnja. Naime, čip sa velikim hladnjakom koji dolazi uz Orange Pi Zero 3W u svakodnevnom radu dostiže skoro 55 °C, kada je temperatura okoline 25 °C. U stres testu koju smo izveli, ugrađeni, mada minijaturni ventilator se ipak palio – a palio se i pri zahtevnijim testovima na procesoru i održavao temperaturu oko 68 °C. U ranijoj recenziji Radxa Cubie A7A sa istim SoC-em videli smo da bez ikakvog hladnjaka čip ulazi u trotl nakon 2 minuta stresa. Dobar pasivan hladnjak, kao ovaj koji dolazi uz Orange Pi Zero 3W uspeće da u „normalnim“ uslovima održi sistem u punoj snazi. Ovim u stvari potvrđujemo da je Orange Pi ispravno postupio pri realizaciji aktivnog hlađenja. Ono će se u realnoj upotrebi veoma retko paliti, ako će uopšte i da se uključuje, ali je sasvim zgodno da bude tu.

Drugi izvor zagrevanja je NPU mreža. Ona je kod RK3588 sposobna za 6 TOPS-a, dok se Allwinner odlučio za dvostruko manju mrežu od 3 TOPS-a. To je daleko više od 1 TOPS-a u RK3566, pa je i tu kompromisno rešenje pobedilo. Time je svakako dodatno smanjena disipacija, ali je cena plaćena u ukupnoj AI moći. Po proceni proizvođača i sa ovim kapacitetom može pokriti preko 80% svih AI zahteva.

Šta može da se uradi sa ova 3 TOPS-a? Po specifikacijama trebala bi da budu dovoljna za 22 fps analize snimka sa kamere uz YOLOv5 model što je prihvatljivo za nadgledanje fabričkog kruga, uz funkcionalan GPU drajver – naravno. NPU bi trebalo da može da za 200 ms prepozna i reaguje na govor, da bude sposoban da detektuje pad osobe ili da prati položaje delova tela pri pomeranju i time mapira digitalni skelet osobe ili da detektuje, prepozna i klasifikuje objekat za manje od 50 ms.

Hardver

Zanimljivo je da je Allwinner A733 kineski čip i izrađen je u 12 nm tehnologiji, dok se RK3588 izrađuje uz licencu sa 8 nm procesom. Teoretski bi veća gustina morala da obezbedi bolje termalne karakteristike i manju veličinu čipa. Iz ranijih testova modela sa Rockchip RK3588 SoC-em, recimo Orange Pi 5 pro, znamo da je za njegov AI rad ipak neophodan aktivni hladnjak. Kod ovog Allwinner-a pokazalo se da je moguće, verujemo i zbog veličine same NPU mreže održati sistem u punoj brzini bez upotrebe ventilatora, samo sa pasivnim hladnjakom. Druga krajnost sa RK3566, koga imamo u Radxa Zero 3W, može poslužiti za elementarne AI aplikacije bez aktivnog hlađenja, ali ukupna AI snaga od 1 TOPS-a je ipak premala.

Zašto toliko potenciramo problem aktivnog hlađenja? Ono ne samo da unosi određen nivo buke u prostor u kome se boravi, vremenom sve veći sa propadanjem ventilatora, kao i dodatnu potrošnju za njegov rad – već se javlja i potencijalni problem otkaza ventilatora, pa time i drastično opadanje responzivnosti sistema. Na mejkerskom i hobističkom stolu to i nije problem, u realnoj upotrebi može dovesti do zakazivanja celog sistema. Mala pločica u zero formatu pogodna je i za ugradnju u prenosnim uređajima, napajanim baterijski gde bi svako nepotrebno trošenje energije bilo neracionalno, a toplota i rad ventilatora su apsolutni višak u takvom scenariju.

Vivante VIP9000 NPU koji se nalazi u A733 SoC-u se u radu oslanja na memoriju prilikom manipulacije podacima. U našem modelu nalazi se 6 GB LPDDR5 RAM sa oznakom CA6. Verovali smo da je ovo identičan silicijum kao i na Radxa Cubie A7A modelu, sa time da tamo nije upisano CA6. Međutim, testovi su pokazali da je ova memorija 15 do 20 % brža, pa smo ostali „zbunjeni“ i bez konačnog odgovora.

Po specifikacijama na sajtu Orange Pi-a, memorija je brzine 4800 MT/s., a postoje modeli od 4, 6 i 12 GB. Kako god bilo, rezultati od preko 6 GB/s su odlični u ovoj klasi i sigurno će adekvatno odgovarati NPU-u pri radu sa velikom količinom podataka. Ako bi trebalo praviti izbor modela u skladu sa aplikacijom, model od 4 GB bi bio pogodan za rad iz terminala, ovaj sa 6 GB za desktop aplikacije i osnovni AI, dok bi ipak za punu AI snagu, ako ništa zbog maksimalne veličine modela koji se može pokrenuti na hardveru – trebalo izabrati onaj sa 12 GB LPDDR5 RAM-a.

U SoC-u je još jedno jezgro RISC-V E902. To je koprocesor koji radi na svega 200 MHz i može funkcionisati nezavisno od glavnih procesorskih klastera, odnosno bez njihovih aktiviranja. To sa jedne strane znači da je moguće sistem spustiti u stanje mirovanja, dok se recimo napaja iz alternativnog izvora i čeka na interapt, iz koga će ga „probuditi“ upravo ovaj koprocesor. Drugi scenario je da se ovo jezgro koristi za nezavisno prikupljanje podataka sa senzora u realnom vremenu. Ono bi trebalo da bude pandan ARM Cortex-M jezgrima koja se obično nalaze u industrijski priznatim SoC-evima.

Od čipova na gornjoj strani ploče imamo još AXP318W PIM koji se brine o svim naponskim nivoima za pravilan rad Allwinner A733. Taj čip, možemo reći, je kompanjon ovog SoC-a i nalazi se i na Radxa Cubie A7A ploči, ali i na drugim pločama sa Allwinner SoC-evima sunxi serije.

Za mejkere uvek interesantan je 40 pinski GPIO heder čiji je raspored naponskih i signalnih pinova u skladu sa Raspberry Pi standardom, ali se svaki od pinova ipak mora proveriti, posebno uzimajući u obzir da su signalni pinovi multipleksirani. Među njima su standardne digitalne I/O linije, pinovi sa PWM signalom, SPI, I2C i UART interfejsi. Raspored, ali i način upotrebe je detaljno opisan u uputstvu. U OrangePi config aplikaciji koja se poziva ili iz terminala ili klikom u meniju Application/Setup mogu se podesiti overlejevi koji određuju funkciju pina.

U gornjem levom uglu je mini HDMI 2.0 koji može da prikaže 4k sliku do 60 Hz. Jasno je da se Orange Pi Zero 3W trudi da oponaša u svakom segmentu svog formata Raspberry Pi Zero 2W i ovde su se se odlučili za ovaj „umanjeni“ format HDMI konektora. Istina je da mi više volimo standardni HDMI, ali ovde možda i ima opravdanja zbog kompaktnosti.

Tu je i 2.4 i 5 GHz Wi-Fi 6 i Bluetooth 5.4 modul sa oznakom Cdtech 20800D8-00 sa konektorom za antenu na ploči. U kompletu se dobija i uobičajena cilindrična antena koju Orange Pi daje uz svaki svoj model koji ima bežični modul. Ovo isto rešenje imali smo i na Orange Pi 4 Pro modelu sa istim SoC-em koji je alternativa Raspberry Pi 5.

Dok smo još na gornjoj strani ploče primetimo dva USB-C konektora, oba su USB 3.2. Sreća što ovde nisu preuzeli rešenje sa Raspberry Pi Zero 2W. Ugaoni je napojni i njemu treba obezbediti 5 VDC do 3 A. Drugi je USB-C ali i DP 1.4 koji može da prikaže 4K sliku pri 60 Hz. Ovaj USB-C port se može koristiti višenamenski, posebno ako bi se na njega povezao eksterni USB HUB. Najčešće upotrebe su povezivanje tastature i miša, USB Ethernet modema ili USB kamere, a može se koristiti i za eksterni USB disk.

Pogled sa donje strane otkriva druge opcije za čuvanje podataka. Zalemljeno je push-pull ležište za SD karticu do 128 GB i sa nje ćete pokretati dostupne OS-ove: Debian, Ubuntu, Android … Brzina čitanja koju smo izmerili na Flexxon FxAdv II je 68 MB/s.

Dva velika lemna mesta su upražnjenja i označena sa UFS i eMMC. Oznake sve govore. Po zahtevu možete dobiti ovu pločicu sa 8, 16, 32, 64 ili 128 GB eMMC-a, odnosno sa 32, 64 ili 128 GB UFS-a.

Ovde vidimo i tri MIPI konektora. Dva 4-lane MIPI CSI za kamere i jedan 4-lane MIPI DSI za displej. Možda vam je promakao i četvrti konektor sa oznakom PCIE. To je PCIe 3.0 1-lane interfejs, po specifikacijama omogućava transfer podataka do 1 GB/s. Generalno bi mogao da se iskoristi za NVMe disk, prilagođeni interfejs ili za povezivanje mrežne karte, međutim Orange Pi za sada nema u ponudi specifične uređaje koji bi se povezivali preko ovog porta. Prethodni model Orange Pi Zero 2W je preko sličnog konektora povezivao dodatnu pločicu sa Ethernet portom, dva dodatna USB-A porta, audio džek i „zamislite“ IR prijemnik za daljinski upravljač.

Ono što nam je sve vreme nedostajalo je dugme za uključivanje. Kod gašenja nije problem, jer je uvek bolje to uraditi softverski. Pažljivim pregledom ploče na slici iznad u gornjem desnom uglu ploče, videćete tri rupe. Jedna je označena sa PWR, srednja je neoznačena i uz treću stoji BOOT oznaka. Za uključivanje potrebno je kratko spojiti srednju i označenu za jednu od ove dve akcije. Verujemo da postoji praktičan razlog koji opravdava to što Orange Pi Zero 3W na sebi nema ugrađeno PWR dugme, ali ga mi nismo dokučili. Jeste da je u uputstvu objašnjeno korišćenje Overlayboot sistema koji se oslanja na Overlayfs i koji omogućava da se sve promene sistema čuvaju samo u memoriji ili na eksternom disku. Dok sistem radi promene su aktivne. Prilikom nestanka napajanja, sadržaj memorije se gubi i prilikom sledećeg pokretanja sistem startuje sa inicijalnim podešavanjima. Ako se promene na sistemu čuvaju pak na eksternom disku, one će biti tu i kod ponovnog paljenja. Time što se inicijalna slika sistema nikada ne menja u root-u diska, on se štiti od otkaza prilikom gašenja „čupanjem“ napojnog kabla. Ova opcija se podešava u OrangePi config aplikaciji.

Orange Pi je ozbiljno pristupio problemu hlađenja i oni uz ovaj SBC daju i dodatni kit za termalnu regulaciju. Kit se sastoji od velikog metalnog rebrastog hladnjaka koji pokriva kompletnu površinu ploče, osim GPIO hedera. U kompletu su i potrebni zavrtnji, šrafciger i to sa magnetnim vrhom što pohvaljujemo i tri termalna peda koji odgovaraju procesoru, memoriji i kolu za regulaciju napona na ploči. Odlično.

Nakon montaže, sistem izgleda veoma dopadljivo. Minijaturni elegantan ventilator povezan je sa dve žice preko konektora na ploču. Nikada manji konektor nismo videli – priznajemo. Trajnost ventilatora može biti upitna, pošto nigde nismo našli da je firmiran, ali sada na početku je potpuno bešuman i zbog realno male disipacije na procesoru radi ne tako često.

Testovi performansi

U ovom trenutku zanimljivo je uporediti performanse ovog Orange Pi Zero 3W sa Raspberry Pi 5, Orange Pi 5 Pro sa Rockchip RK3588, direktnim takmacem Radxa Cubie A7A sa istim SoC-em i, iako znamo da je u sasvim drugoj klasi, sa snagom njegovog uzora Raspberry Pi Zero 2W. Uvrstili smo ipak i Radxa Zero 3W jer tu vidimo i varijantu procesora bez performans jezgara. Orange Pi ima i svoj model nalik Radxa Cubie A7A, sa oznakom Orange Pi 4 Pro, njega nismo obuhvatili graficima, jer su rezultati praktično identični ovom Orange Pi Zero 3W.

Krenimo od memorije, koja je ovde LPDDR5 deklarisane brzine od 4800 MT/s. U Sysbench RAM testu, kao i tinymembench-u vidimo da se jasno izdvaja kao superioran RK3588. I Broadcom BCM2712 i Allwinner A733 postižu iste brzine u radu sa memorijom, one su u u gotovo svim pojedinačnim testovima gotovo duplo manje od onih koje smo videli kod RK3588. Realno to jeste problem kada dođemo do AI primena koje se jako oslanjaju na brzinu transfera velike količine podatka između memorije i procesora. Raspberry Pi rešenje sa HAT-om koji na sebi ima samo NPU, opet ima problem jer je povezan preko 1-lane PCIe interfejsa čija je brzina u realnosti ispod 1000 MB/s.

Da vidimo sada šta nam sada kaže sam CPU. Testiramo prvo sa Sysbench CPU testom, a nakon toga i klasičnim. Posmatramo rad na jednom jezgru, uvek je to ono snažnije kod procesora sa više vrsta jezgara, a onda i kada su aktivna sva dostupna jezgra.

Testovi pokazuju da nam Orange Pi Zero 3W donosi procesorsku snagu Raspberry Pi 5, koju u multikoru zaista prevazilazi samo Orange Pi 5 Pro, u Zero formatu pločice. I prethodna, veoma popularna verzija, Orange Pi Zero 2W sa Allwinner H618 SoC-em je bila dvostruko moćnija od uzora Raspberry Pi Zero 2W-a, a sada imamo praktično snagu Raspberry Pi 5, što je tada bilo nezamislivo.

Najzad, pogledajmo opšte testove performansi, Octane 2, Geekbench 5 i Geekbench 6. Svi testovi su urađeni na Debian 13 Trixie OS-u. Zanimljivo je primetiti koliko je Octane 2.0 dobar na Raspberry Pi 5, praktično prevazilazi rezultate hardverski snažnijih platformi. Smatramo da je sve to posledica odlične softverske podrške koju Raspberry Pi obezbeđuje za svoj hardver.

Softver

Za Orange Pi Zero 3W zvanično su dostupna tri operativna sistema kroz gotove imidže koje možete preuzeti sa Orange Pi sajta. To su Debian u verzijama 11 i 12, i svaki od njih sa kernelom 5.15.147 ili 6.6.98 u xfce desktop ili server varijanti. Tu je i Ubuntu 22.04, sa oba kernela i u obe varijante. Android OS imidž je u verziji 13.

Ono što je nas obradovalo je da je moguće sa Debian 12 sistem „podići“ na Debian 13 Trixie i to sa zvaničnih servera. U ovom trenutku to je verzija 13.6, a kernel je 6.6.98 prilagođen za sun60iw2, kako piše, što je u stvari SoC ID ovog Allwinner A733-HN3 čipa.

Zašto nas je obradovala ova mogućnost? Pa, kada smo krajem prošle godine, dakle pre oko šest meseci pisali recenziju za Radxa Cubie A7A za njega je bio dostupan samo Debian 11 i nikako nije mogao da se sistem podigne na Debian 12. Već u aprilu kada smo pisali recenziju za Orange Pi 4 Pro bio je dostupan i Debian 12. Danas je na svim ovim SBC-ovima sa Allwinner A733 SoC-em moguće pokrenuti Debian 13 Trixie. Nama ovo govori o posvećenosti Allwinner-a da ispuni svoje obećanje „Make sunxi community great again“.

Istovremeno nas je rastužilo nešto drugo. Samo Debian 11 ima grafičke drajvere i samo on koristi snagu Imagination PowerVR BXM-4-64 MC1 GPU-a, kao i hardversko video kodiranje i dekodiranje. Prikaz će biti bez grešaka i duhova i bez ove akceleracije, ali ako sunxi pokret želi da se primakne Raspberry Pi zajednici, po broju korisnika i instaliranih sistema ne može reklamirati hardver koji korisnik ne može upotrebiti – kao što je ovde slučaj sa GPU-om, pa posledično i sa upotrebom AI-a na video materijalima. Zamislite samo koliko bi bio moćan i kompaktan u isto vreme, sistem za video detekciju na proizvodnoj traci kada bi imali ove drajvere.

Zaključak

Orange Pi Zero 3W je korektno osmišljen SBC u Raspberry Pi Zero formatu baziran na Allwinner A733 SoC-u. Po specifikacijama on je i snažniji od Broadcom BCM2712 u Raspberry Pi 5. Čak je izrađen i nešto naprednijom tehnologijom od 12 nm u odnosu na Broadcom-ovu uzdanicu koja je u 16 nm.

Zamišljen je za manje zahtevne AI zadatke, pa je na njemu NPU sposoban za 3 TOPS-a, što je upola manje od Rockchip RK3588 NPU-a. U zadacima prepoznavanja predmeta 3 TOPS-a je sasvim dovoljno, tako da je za tu. namenu integrisani NPU povoljnija opcija u odnosu na kupovinu zasebnog AI akceleratora u vidu HAT-a.

GPU mu je pristojan, ali ga je po informacijama iz uputstva moguće koristiti samo u Debian 11 OS-u. glmark2-es2 će stoga na njemu postići skor 509 zahvaljujući drajverima, dok je na Debian 13 taj skor 98. Ne ulazeći u debatu ko je kriv, jer smo sličan problem videli i kod Radxa-e, samo kažemo da to tako ne može, ako se želi zajednica i uticaj koji danas ima Raspberry Pi. Ovaj isti problem muči i Rockchip SoC-eve, pa bi bilo žalosno da zajednica na kraju odustane i od sunxi modela.

Ukoliko ste pak naumili da ovaj SBC u Zero formatu koristite kao server, ili kao zamenu za Raspberry Pi Zero 2(W), dobićete daleko snažniji procesor koji će bez problema na sebi pokrenuti ne samo web server, već i Nextcloud, Jellyfin, Node-Red, Home-assistant Container iz Docker-a i slične aplikacije.

Cena Orange Pi Zero 3W sa ventilatorom i sa 6 GB RAM-a je $99, dok je onaj sa 4 GB $84, a najveći sa 12 GB $159. Cena vrtoglavo skače sa svakim skokom veličine memorije. Poređenja radi Radxa Cubie A7A bez ventilatora je $100 sa istih 6 GB, dok je Raspberry Pi 5 sa 8 GB oko $150, a sa 4 GB oko $120, oba bez hladnjaka.

Skok u snazi sa starog Orange Pi Zero 2W na novi je jasan, mada je evidentan i skok u potrošnji energije sa ranijih ispod 1 W na 2 W u idle režimu, i sa manje od 2 W u stres testu na sadašnjih 7 W.

Jasno je da se Zero format ovim SBC-om veoma primakao snazi „standardnih“ modela, ali pravu sliku ćemo dobiti tek kada Allwinner A733 bude dobio GPU drajvere za Linux OS. Do tada ga možemo uposliti u serverskim aplikacijama gde ćemo za manje novca, ali i potencijano uz manju potrošnju energije dobiti prihvatljivije rešenje. Ne treba zaboraviti da i Rockchip kuburi sa svojim GPU-om i da su u opticaju polutanska rešenja koja ne izvlače punu snagu iz njegovog video podsistema, pa vam ostaje samo Raspberry Pi ako želite svu podršku drajvera. Pitamo se: do kada će više to biti tako?