Banana Pi BPi-F3 je razvojni sistem u formi SBC računara za SpacemiT K1 RISC-V SoC. U trenutku kada RISC-V svojim performansama stupa na desktop scenu, svojom otvorenošću i podrškom zajednice koja ne želi da se svrsta u dva close-source pravca (ARM i x86/AMD64), on postaje sve atraktivnija platforma za buduće projekte. Relativno mlada RISC-V ISA rešenja još uvek prolaze kroz razvojne probleme koje su i ARM i X86/AMD64 procesori davno prevazišli. Budući da računarska industrija i industrija mobilnih uređaja ima veliku ekonomsku moć, razvoj takvih čipova je ipak godinama ispred onoga što sada tehnološki nudi RISC-V. Ipak, performansno je platforma stigla do osnovne desktop upotrebe uz energetsku efikasnost čipova koja omogućava isplativost u praktičnom radu. Svakako ćete svakom RISC-V SoC-u naći i brži i manji ARM ekvivalent (o X86/AMD64 ne treba ni pričati), ali ni jedan od njih neće biti sa otvorenom arhitekturom. Upotrebljiv otvoren dizajn primamljiv je za tehnološki napredne zemlje i kompanije koje u tome vide elemente samostalnosti sopstvenog razvoja. Tako i treba posmatrati ovaj SBC, treći u nizu RISC-V razvojni sistem kojeg smo imali na recenziji u našem magazinu.
Samo radi podsećanja i budućeg poređenja nabrajamo prethodna dva: VisionFive 2 sa StarFive JH7110 prvi je RISC-V SBC sa integrisanim GPU-om u četvorojezgarnom SoC-u na 1.5 GHz sa performansama bliskim Raspberry Pi 3 modelima i Sipeed Lichee Pi 4A sa TH1520 četvorojezgarnim 1.8 GHz SoC-om koji je takmac, recimo, Raspberry Pi 4 SBC-u. Sada pred sobom imamo trećeg predstavnika koji bi po tehničkim specifikacijama trebao biti negde u sredini zahvaljujući prisustvu čak osam jezgara koja rade na 1.6 GHz. No nije samo broj jezgara kod SpacemiT K1 SoC-a ono što ga izdvaja i čini atraktivnim, bar po onome što smo videli i pre nego što nam je primerak Banana Pi BPi-F3 stigao od proizvođača za potrebe ove recenzije, AI mogućnosti i mnoštvo periferijskih kanala čine ovu RISC-V realizaciju intrigantnom.
Hardver Banana Pi BPi-F3
Ploča Banana Pi BPi-F3 je mat crne boje sa belim i zlatnim detaljima, kao i druge dve RISC-V ploče koje smo sretali pa pomišljamo da ta kolor šema postaje prepoznatljivi dizajn za ovu ISA. Dimenzije su nestandardne – 100×148 mm, što je gotovo dvostruko veća ploča od „uobičajenih“ SBC-ova veličine kreditne kartice. Prostor naravno donosi i prednosti u raznovrsnosti realizovanog hardvera.
photo: magazin Mehatronika
U centru ploče je SpacemiT® Key Stone™ K1 RISC-V osmojezgarni dual-claster SoC kod koga su po četiri X60 jezgra grupisana u po jedan klaster. Fizička razlika između dva klastera je samo u prisustvu 512 KB TCM memorije koja se nalazi u okviru prvog klastera i koji je namenjen za smeštanje esencijalnih rutina i interapt hendlera u slučajevima kada je neodređenost fizičkih karakteristika keša problem. X60 jezgra su izrađena na bazi RISC-V 64GCVB architekturi i po RVA22 standardu.
photo: magazin Mehatronika
Specifičnim fizičkim rasporedom termalnih tačaka obezbeđena je ravnomerna distribucija zagrevanja procesora u toku rada, te time i niža maksimalna vrednost temperature do koje se silicijum zagreva, čineći čip energetski efikasnijim i trajnijim, a rad pouzdanijim. Naši stres testovi su pokazali da se u punom opterećenju K1 zagreje na 85° C za 2 minuta i da nakon toga dolazi do obaranja takta. Stoga smatramo da je obavezno realizovati hlađenje SoC-a, preporučljivo aktivnih hladnjakom za koji postoji i tropinski heder za napajanje sa PWM kontrolom na samoj ploči.
photo: magazin Mehatronika
U SoC-u je i jedno SpacemiT® Daoyi™ AI jezgro od 2.0TOPS za koje je proizvođač razvio interfejse za TensorFlow Lite, TensorFlow i ONNX RunTime frejmvorke, što bi moglo da otvori aplikativne mogućnosti za video detekciju iskoristivu u sistemima za nadgledanje, procesnu automatizaciju i robotsko upravljanje.
Grafika i multimedija su takođe integrisani u SpacemiT K1 u vidu GPU jedinice koja ima podršku za 3D grafiku i po specifikacijama je kompatibilna sa OpenCL 3.0, OpenGLES 3.2 i Vulkan 1.2 i podržava H.265, H.264, VP9, VP8 i druge formate za enkodovanje i dekodovanje u 4K rezoluciji. Specifikacije govore da je moguć rad sa dva ekrana maksimalne rezolucije 1920×1440 pri 60 fps, jedan preko HDMI a drugi preko MIPI DSI izlaza. Mi nismo imali ekran koji bi povezali sa MIPI DSI izlazom, te to nismo mogli da proverimo. GPU takođe po specifikacijama može podržati do tri ulaza za kamere, svaku od 16 MP. Ni ovo nismo mogli da proverimo, jer nemamo adekvatne MIPI CSI kamere za ovu ploču. linux grafički drajveri preko HDMI izlaza daju kolorno realnu i jasnu sliku i pri desktop radu, kao i prilikom gledanja online videa nismo imali nikakvih subjektivnih zamerki. Međutim glxGears test nam je dao svega 39,2 fps, dok je GLMark2 postigao toliko niske rezultate da nisu uopšte relevantni. Sve nam ovo govori da su grafički drajveri još uvek na ovoj platformi u početnim stadijumima razvoja. GPU je upotrebljiv, ali sigurno može mnogo bolje.
Kriptografski endžini koji su implementirani, a mi smo testirali AES i SHA, nisu na nivou onih u novom Raspberry Pi 5, pa time i celoj ARM Rockchip seriji SBC-ova. Poredeći performanse sa drugim RISC-V predstavnicima vidimo da su realno proporcionalni radnom taktu procesora.
SoC ima ugrađen 32 bitni kontroler memorije koji može upravljati sa do 16 GB RAM-a. Banana Pi BPi-F3 koga smo mi dobili na sebi ima 4 GB LPDDRX4 na 2166 MHz RAM, oznake Samsung K4UBE3D4AB-MGCL. Postoji i verzija za 2 GB RAM-a, čija bi prvenstvena namena bila realizacija NAS-a.
photo: magazin Mehatronika
Nažalost, ni jedan RISC-V procesor koji smo do sada testirali ne može da pokrene Sysbench testove koje mi koristimo za procenu brzine CPU i RAM-a na SBC-ovima. To je posledica RISC-V 64GCVB arhitekture na kojoj nije moguće pokrenuti Sysbench. Međutim, tinymembench testovi rade bez problema i daju nam komparativni pregled i zaista odlične rezultate za ovu platformu koju samo Lichee Pi 4A pobeđuje svojom inače veoma brzom memorijom.
Uz memorijski čip, uz drugu ivicu procesora nalazi se i Samsung KLMAG1JETD-B041, 5.1 eMMC kapaciteta 16 GB koji je logično rešenje za smeštaj operativnog sistema. Brzina čitanja sa eMMC-a je na našim testovima bila 306,4 MB/s, a brzina upisa je dostizala 39,1 MB/s, uz vreme pristupa od 0,1 ms. Druga opcija je smeštanje OS-a na SD karticu čije se push-push ležište nalazi uz ivicu ploče sa gornje strane. Do sada smo sve testove brzine SD kartice na SBC-ovima radili sa Kingston Canvas Select Plus 64 GB karticama, te smo i sada test uradili sa njima i dobili rezultat 79 MB/s za čitanje i 18 MB/s za pisanje. Međutim, od kompanije Flexxon smo dobili novi set SD kartica specijalno namenjenih za rad sa Raspberry Pi i sličnim SBC računarima i kada smo uradili test sa njima dobili smo brzinu čitanja od 94 MB/s i brzinu upisa od 42 MB/s. Daleko bolji rezultati pisanja preporučuju Flexxon SD kartice, ali ćemo o tome pisati u posebnoj recenziji uskoro. No, ova informacija nam govori da kvalitetna SD kartica može imati bolje brzine upisa od ugrađenog eMMC-a na ovoj ploči.
photo: magazin Mehatronika
Uz ležište za SD karticu, na istoj strani ploče nalaze se 3,5 mm stereo audio izlaz za slušalice i tri tastera: reset, power i FDL. Poslednji služi za ulaženje u mod za flešovanje eMMC-a. Za taj postupak je potrebno povezati Banana Pi BPi-F3 preko USB-C porta na PC računar. USB-C port o kome govorimo se nalazi na samom kraju ploče uz istu ovu ivicu i jedini je takav port na ploči.
photo: magazin Mehatronika
Za flešovanje eMMC-a na ploči, koristi se SpacemiT Titanflasher program koji je nažalost na kineskom jeziku bez opcije da se to promeni. Obavezno treba koristiti verziju 1.0.35_beta ili noviju, jer ranije verzije ne uspevaju da završe postupak zbog problema sa kodnim rasporedom na PC-u koji nije kineski. Nova verija radi bez problema i u skladu sa grafičkim opisom koji je i dat na sajtu Banana Pi BPi-F3 na strani Getting started BPi-F3, te nećemo ovde opisivati postupak. Obratite samo pažnju da se imidži OS-ova za SD karticu i eMMC razlikuju. Oni za SD u svom imenu imaju „img“ i kada se raspakuju su jedan .img fajl i moraju se na SD karticu preneti ili Balena Etcher-om ili novim Titanflasher-om. Ukoliko radite sa ovim drugim, birate desnu opciju sa ikonicom SD kartice, a ukoliko flešujete eMMC levu sa simbolom munje.
screenshot: magazin Mehatronika
Generalno, velika je šteta što Titanflasher nije lokalizovan na engleski jezik, jer mnoge njegove opcije ovako ostaju sakrivene za veliki broj potencijalnih korisnika van kineskog govornog područja. To svakako nije zamerka kompaniji Banana Pi koja je izradila ploču, već molba SpacemiT-u koji razvija softversku podršku i glavni operativni sistem za SpacemiT K1 pod imenom Bainbu OS.
photo: magazin Mehatronika
Sa prednje strane ploče grupisani su gotovo svi portovi. Prvi je HDMI koji ima mogućnost prikaza 1920×1080 pri 60fps. Nakon njega se nalaze dva para USB-A 3.0 portova. Brzine čitanja i pisanja kroz ove portove su 361 i 332 MB/s. USB portovi su realizovani preko VIA Lab VL817 USB 3.1 Gen 1 Hub 1-to-4 kontrolera.
photo: magazin Mehatronika
Dva Gigabitna Ethernet porta su između USB portova i ulaza za 12 VDC, 3 A napajanje. Svaki od portova je realizovan preko zasebnog gigabitnog Realtek RTL8211F Ethernet transiver. Naši testovi su pokazali da bez problema postiže deklarisane brzine transfera.
mehatronika@k1:~$ iperf3 -t 60 -c 192.168.2.1 -i 10 Connecting to host 192.168.2.1, port 5201 [ 5] local 192.168.2.146 port 50218 connected to 192.168.2.1 port 5201 [ ID] Interval Transfer Bitrate Retr Cwnd [ 5] 0.00-10.00 sec 1.09 GBytes 936 Mbits/sec 1 693 KBytes [ 5] 10.00-20.00 sec 1.09 GBytes 933 Mbits/sec 0 1020 KBytes [ 5] 20.00-30.00 sec 1.09 GBytes 935 Mbits/sec 0 1020 KBytes [ 5] 30.00-40.00 sec 1.09 GBytes 936 Mbits/sec 0 1020 KBytes [ 5] 40.00-50.00 sec 1.09 GBytes 935 Mbits/sec 0 1020 KBytes [ 5] 50.00-60.00 sec 1.08 GBytes 930 Mbits/sec 0 1020 KBytes - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - [ ID] Interval Transfer Bitrate Retr [ 5] 0.00-60.00 sec 6.53 GBytes 934 Mbits/sec 1 sender [ 5] 0.00-60.00 sec 6.52 GBytes 934 Mbits/sec receiver
Drugi Ethernet port, sa oznakom RJ45_2 je povezan i sa opcionim PoE RT5400B modulom. PoE modul se nabavlja zasebno i potrebno ga je zalemiti za na to predviđeno i označeno mesto na ploči.
photo: magazin Mehatronika
Mesto za PoE modul je odmah uz levu ivicu ploče, iza GPIO hedera. Raspored signala na 26 pinskom hederu je specifičan samo za ovu ploču. Pored napojnih: 5 VDC, 3.3 VDC i GND linija na njemu se nalazi jedan broj I2C, SPI i UART linija, kao i nekoliko GPIO linija sa procesora. Uz ovaj 26 pinski je i tropinski Tx/Rx UART dibag heder sa brzinom prenosa od 115200 baud-a.Preporučujemo da detaljnije pogledate Bianbu OS link kako bi našli dodatne informacije o korišćenju GPIO hedera.
photo: magazin Mehatronika
Uz desnu ivicu ploče nalaze se po jedan MIPI DSI i CSI konektor, kao i lemno mesto za dodatni MIPI CSI konektor, kao i izlaz za SATA napajanje.
photo: magazin Mehatronika
Okrenemo li ploču naopako, mogli bi se možda dosetiti razloga za SATA napajanje, iako SATA porta nigde na ploči nema. Međutim tu je M.2 Key M port, u čijim specifikacijama stoji da su za njega odvojene dve PCIe linije i da podržava JMB582 ekspanzionu SATA karticu. Povezivanje SATA diskova preko ove kartice čini Banana Pi BPi-F3 odličnim rešenjem za ekonomičan RISC-V NAS. Pomenemo li sada da postoji Bainbu NAS OS, o kome ćemo nešto kasnije, sve ciglice se slažu u jednu sliku.
photo: magazin Mehatronika
Testirali smo brzinu NVMe porta, kao i do sada sa Kingston NV2 250 GB PCIe 4.0 NVMe diskom i dobili brzinu čitanja od 758 MB/s i brzinu upisa od 556 MB/s.
Što se komunikacionih mogućnosti Banana Pi BPi-F3 tiče, pored dva pomenuta Gigabitna Ethernet porta, na ploči je i Realtek RTL8853BS 2,4/5 GHz Wi-Fi 6 / 5.2 Bluetooth modul, a na ploči su izvedena dva u.FL konektora za dve antene.
photo: magazin Mehatronika
Najzad, na ploči je i miniPCIe port na kome je jedna PCIe linija, sasvim dovoljno za povezivanje dodatnog GSM modula. Banana Pi tim je to i predvideo postavljajući ležište za SIM karticu sa donje strane ploče, odmah uz M.2 PCIe konektor.
photo: magazin Mehatronika
Softverska podrška i benčmarci
Na mladom hardveru softver se očekivano nalazi u razvoju. Ono što nam se kod ove ploče dopalo je posvećenost SpacemiT kompanije da kroz svoj razvojni centar izradi namensku verziju OS-a za SpacemiT K1 SoC. U ovom trenutku četiri proizvoda: Banana Pi BPi-F3 razvojni sistem, MUSE Pi razvojni sistem sličan ovome, ali sa slabijim hardverskim mogućnostima, MUSE BOX koji je u stvari mini desktop računar i MUSE Book u formi laptop računara. Sva četiri računara se oslanjaju na veoma slična hardverska rešenja i svakako na idenstičan SpacemiT K1 RISC-V SoC. Da bi olakšali korišćenje i učinili proizvode atraktivnim za tržište i krajnje korisnike, ne samo za developer-e, ponudili su dva OS-a različite namene: desktop i NAS.
Prvi je Bianbu OS desktop sada u verziji 1.0.5, koji je u osnovi Ubuntu 23.10 (Mantic Minotaur) na Linux 6.1 kernelu sa GNOME 45.0 na sebi. Za razliku od prethodnih RISC-V ploča, ažuriranje sistema nije nikakav problem i kroz standardne apt update/upgrade komande, ali i kroz sopstveni GUI program unutar Bianbu OS-a, što podseća na ažuriranje Windows OS-a. Sam OS će voditi računa ne samo o ažuriranju pojedinih fajlova, već i kompletnog sistema, te smo mi nakon inicijalne instalacije prerealise verzije, jednostavno ažurirali OS na Bianbu 1.0 i najzad na Bianbu 1.0.5.
OS pri pokretanju već ima instaliran LibreOffice, Chromium, Thunderbird, Cheese, Rhythbox, mpv Media Player, osnovne sistemske alate, a bez problema se mogu dodati Gimp, Inkscape i mnogi drugi programi. Iako je u specifikacijama stojalo da je VS Code u paketu, mi ga nismo našli, niti uspeli da pokrenemo, što može biti problem.
screenshot: magazin Mehatronika
Pandan ovom desktop OS-u je Armbian verzija sa kojom smo slično zadovoljni. U desktop radu ipak deluje manje agilan od Bianbu OS-a. Čini nam se da je menadžer procesa, odnosno raspodela procesa po jezgrima bolje implementiran na Bianbu OS-u nego na Armbian-u, ali treba biti strpljiv sa ovako mladim hardverom.
screenshot: magazin Mehatronika
Bez obzira na izbor desktop OS-a, 4 GB memorije je i inače donji minimum i ne treba očekivati današnje desktop standarde koje isporučuju moderni SBC-ovi sa RK3588 ili Raspberry Pi 5. Ovo je pre svega „entry level“ desktop sa Octane 2 skorom od svega 2090.
Da bi uporedili karakteristike ovog SpacemiT K1 SoC-a u Banana Pi BPi-F3 SBC-u sa drugim RISC-V platformama, kao i sa uporednim Raspberry Pi modelima uradili smo Geekbench 5 i Geekbench 6 testove. Iako su X60 jezgra SpacemiT K1 slična onima u VisionFive 2 SBC-u, u single core operacijama postižu slične rezultate, međutim u multi core zadacima, njegove performanse čak prestižu Lichee Pi 4A. Optimizacija rada jezgara i menadžment raspodele zadataka biće krucijalni za sveukupne aplikativne performanse, što su nam potvrdila oba Geekbench testa.
Dolazimo najzad do benčmarka koji treba da pokažu sirovu procesorsku snagu na elementarnim zadacima. Unixbench test u sigle core i multi core radu jasno ilustruju gde se performansno nalazi SpacemiT K1 u Banana Pi BPi-F3. U sinlge core testu je nadjačao Lichee Pi 4A, koji je inače pokazao loše rezultate na ovom testu, što je pomalo začuđujuće. U multi core testu, SpacemiT K1 je sa svojih osam jezgara potpuno dominantan.
Pored desktop OS-a, Bianbu postoji i u Bianbu NAS verziji što je u ovom trenutku izuzetno ekonomski atraktivna mogućnost. Bianbu NAS je prilagođena openmediavault Debian Linux distribucija specificirano razvijana za NAS primenu.
screenshot: magazin Mehatronika
Za sve ljubitelje Android OS-a moramo podsetiti da Android OS nema podršku za RISC-V procesore i kako stvari u ovom trenutku stoje, te podrške neće ni biti, tako da aplikacije koje su svojstvene za Android, kao što su multimedijalni centri, digitalne oznake i Android igrice i aplikacije nisu moguće na ovoj platformi.
Zaključak
Nakon jednonedeljnog testiranja i rada sa ovom platformom, naš je utisak da je ovo najzrelije RISC-V SBC rešenje sa kojim smo se susreli do sada. Softverska podrška koju pruža sam proizvođač SoC-a kroz Bianbu OS za dve namene: desktop i NAS je dobra. Postupak ažuriranja je automatizovan i ne narušava stabilnost sistema što je jako bitno kod ovako ranih verzija hardvera. Prisustvo funkcionalne Armbian distribucije jako je bitno sada kada je potrebno omasoviti upotrebu ovakve platforme i ponuditi što više aplikativnih rešenja.
Naš model sa 4 GB RAM-a je po današnjim merilima donji nivo za desktop upotrebu, ali verujemo da postoji još mogućnosti za softverske optimizacije OS-a kako bi se postigle maksimalne performanse. U NAS upotrebi, Bianbu NAS OS (openmediavault klon) radi jako dobro, te bi naša preporuka upravo bila korišćenje ove platforme za realizaciju NAS rešenja koje je ekonomski isplativo (cena Banana Pi BPi-F3 je oko 60 USD na online prodavnici) i potpuno bazirano na otvorenom kodu i hardveru.
Platforma još uvek u grafičkom smislu ne može parirati onome što smo navikli kod ARM SBC-ova. Izostanak Android podrške u tom smislu svakako nije od pomoći. Ono gde se RISC-V trenutno razvija su komunikacije sa periferijama i prvi ozbiljniji AI implementiran u SoC. Treba pratiti dalje korake, jer ovi početni zaista obećavaju. Banana Pi BPi-F3 zaslužuje našu preporuku kao dostojna RISC-V platforma u ovom trenutku, čak pogodna i za embedovano ili edge rešenje.
Sa pozadinom u električnom inženjeringu i dugom istorijom rada u stručnim časopisima, on se fokusira na ključnom sadržaju magazina Mehatronika i stoji iza brojnih inicijativa.
- Geniatech XPI-3568 Industrial: recenzija - 06/09/2024
- Microsoft Istraživanje: Profesije koje trenutno imaju najviše koristi od veštačke inteligencije - 05/09/2024
- RECOM kupio LECO-a - 05/09/2024