Raspberry Pi 3: Performance und Leistungsaufnahme

12 Mrz
12. März 2016

Nach dem Raspberry Pi 2 Model B folgt der Raspberry Pi 3 Model B. Die Hauptreihe des beliebten Einplatinencomputers hat im wesentlichen einen schnelleren 64-Bit Prozessor, WLAN und Bluetooth erhalten, wie eine Gegenüberstellung zeigt. Laut der Raspberry Pi Foundation soll das neue Modell somit die zehnfache Rechenleistung im Vergleich zum Raspberry Pi 1 Model B und ca. 50-60% mehr Leistung gegenüber dem Raspberry Pi 2 Model B im 32-Bit Modus haben. In der Praxis werden diese Werte situationsabhängig mal erreicht – mal aber auch nicht. Den Geschwindigkeitszuwachs merkt man bei öfterer Verwendung der Platine beim Booten von Raspbian deutlich, denn gemütlich HDMI, Maus uns Tastatur während des Starts anschließen ist nicht mehr, so schnell wie der kleine Rechner einsatzbereit ist.

Handfeste Zahlen zu dem Performance-Unterschied bieten Benchmarks. Diese Mess- und Bewertungsverfahren zeigen die Leistung eines Gerätes auf, wobei der Praxisbezug der ausgeführten Aufgaben nicht immer gegeben ist. Dennoch bieten diese Zahlen einen guten Anhaltspunkt auf welches Level man seine Erwartungen setzen sollte.

Der folgende Vergleich wurde mit einem Raspberry Pi B Rev 2.0, Raspberry Pi 2 Model B und einem Raspberry Pi 3 Model B durchgeführt. Daher vorab die für die Tests relevanten Spezifikationen der Geräte noch einmal im tabellarischen Vergleich:

Raspberry Pi B Raspberry Pi 2 B Raspberry Pi 3 B
SOC Broadcom BCM2835 Broadcom BCM2836 Broadcom BCM2837
CPU ARM v6 700 MHz
Singlecore
ARM Cortex-A7 900 MHz
Quadcore
ARM Cortex-A53 1,2 GHz
Quadcore
GPU Broadcom VideoCore IV
RAM 512 MB DDR2 SDRAM 1024 MB DDR2 RAM 1024 MB DDR2 RAM
Netzwerk 10/100-MBit-Ethernet
Strom 5 V, 500–600 mA (2,5–3 W) 5 V, 800 mA (max. 4 W) 5 V, 2500 mA (max. 12,5 W)

Systemkonfiguration
Um bei den Tests einen möglichst fairen Vergleich zu gewährleisten, wurden diese mit derselben SanDisk Ultra 8GB UHS-I Class 10 microSDHC-Karte durchgeführt. Als Software kam jeweils ein Raspbian Image zum Einsatz. Die verwendete Benchmark-Software lag je in derselben Version vor. Die Geräte wurden am selben Netzwerkanschluss kabelgebunden nacheinander via SSH gesteuert. Das verwendete Netzteil bot eine Leistung von 5 V 2000 mA, welches auch am Raspberry Pi 3 Model B ausreichend ist, da keine weiteren Geräte mittels USB angeschlossen waren. WLAN oder Bluetooth am neuesten Modell wurde nicht verwendet.

Verwendete Distribution (Raspbian)
Linux raspberrypi 4.1.18-v7+ #846 SMP Thu Feb 25 14:22:53 GMT 2016 armv7l GNU/Linux

Prozessor: Ermittelt mit sysbench 0.4.12
Auf dem Raspberry Pi 3 Model B wurde mit dem SoC und dem darin enthaltenen Prozessor eine der wichtigsten Komponenten ausgetauscht. Während in der ersten Raspberry Pi Generation noch ein Prozessor mit einem Kern arbeitete, sind es seit dem Raspberry Pi 2 Model B vier Kerne. Der Prozessor in dem neuesten Modell basiert auf einer ARMv8-A Architektur und wird mit 4×1,2 GHz getaktet. Zur besseren Verdeutlichung der Leistungssteigerung des einzelnen Kerns wurde dieser Benchmark zunächst mit einem und anschließend mit mehreren Threads ausgeführt. Die Leistungsaufnahme wurde mit einem Profitec KD 202 Energiekosten Messgerät ermittelt.

Mit dem Multi-Threaded Benchmark Tool sysbench wird die file I/O, scheduler und POSIX threads implementation performance getestet, wobei eine große Datenbank unter intensiver Last versucht wird nachzubilden.

Wie bereits bekannt ist der Raspberry Pi 2 Model B der ersten Generation deutlich überlegen. Jedoch macht das neueste Modell auch noch einmal einen ordentlichen Sprung und legt in allen drei Benchmarks mit sysbench um rund 40% Leistung zu. Jedoch spürt man dies auch bei der Leistungsaufnahme, die um bis zu 96% höher als beim Raspberry Pi 2 Model B ist. Letztlich reden wir aber um wenige Watt, sodass die Freude über mehr Leistung in der Praxis überwiegen sollte.

sysbench --test=cpu --num-threads=n --cpu-max-prime=20000 run

Threads Raspberry Pi B Raspberry Pi 2 B Raspberry Pi 3 B
Laufzeit in Sekunden
1 1317.4515 765,0107 478,8170
2 1320,6033 383,2559 238,9716
3 1320.3284 255,5925 159,2611
4 1320.9801 191,7046 119,5228
Leistungsaufnahme in Watt
1 2,2 2,0 3,3
2 2,2 2,8 3,6
3 2,2 2,5 4,9
4 2,2 3,3 5,1
Idle 2,4 2,3 2,2

Arbeitsspeicher: Ermittelt mit mbw 1.2.2-1
Bei dem Memory BandWidth benchmark wird die verfügbare Bandbreite bei dem Kopieren großer Arrays in den Arbeitsspeicher in MiB/s ermittelt. Folglich ist ein größerer Wert bei diesem Benchmark besser.

Der Raspberry Pi 3 Model B konnte auch bei der Geschwindigkeit des Arbeitsspeichers noch einmal deutlich zulegen. Zwar ist der Zuwachs im Schnitt bei den drei getesteten Methoden nicht in der Größenordnung von der ersten zur zweiten Generation, jedoch sollte der Geschwindigkeitszuwachs, in Kombination mit dem schnelleren Prozessor, im praktischen Einsatz des Raspberry Pis spürbar sein.

mbw 100

Methode Raspberry Pi B Raspberry Pi 2 B Raspberry Pi 3 B
MEMCPY 103,048 427,713 997.203
DUMB 367,051 933,094 1108.722
MCBLOCK 357,505 1103,090 1648.269

Netzwerkgeschwindigkeit: Ermittelt mit iperf 2.0.5-3
Der perform network throughput tests ermittelt die mögliche Bandbreite in Mbit/s zu einem dritten Client im Netzwerk. Die Anbindung aller drei Raspberry Pis erfolgt über den 10/100-Ethernet Port, der bekanntlich über den USB-Hub angebunden und damit begrenzter ist, wenn z.B. zusätzlich eine Festplatte per USB angeschlossen ist.

Während der Raspberry Pi 2 noch einen ganzen Zacken Durchsatz bei der Ethernet Anbindung zulegte, so ändert sich in diesem Punkt beim 3 Model B nichts. Angesichts dessen, dass in dieser Hinsicht keine Komponente angepasst wurde nicht verwunderlich.

iperf -t 60 -c ip -P n

Threads Raspberry Pi B Raspberry Pi 2 B Raspberry Pi 3 B
1 57,8 94,2 94,2
2 57,6 94,2 94,2
4 57,0 94,1 94,2

Leserate: Ermittelt mit hdparm 9.39-1
Mittels hdparm lassen sich Lesezeiten auf Speichermedien sowie die Cache-Lesezeiten ermitteln. Zum Einsatz kam immer dieselbe SD-Karte und eine mittels USB angeschlossene HDD-Festplatte. Angesichts der Beschränkung durch die USB 2.0 Anschlüsse kommt dem konkreten HDD-Modell jedoch eine geringe Relevanz zu.

Hinsichtlich der Leserate der SD-Karte stagnierte der Raspberry Pi 3 Model B bzw. im Test war es sogar minimal schwächer als der Raspberry Pi 2 Model B, was jedoch im Rahmen der Messungenauigkeit liegt. Bei der Anbindung der USB-HDD konnte das neue Modell in der Lesegeschwindigkeit geringfügig zulegen, wobei die cached Dateien deutlich schneller waren, was auf den Zuwachs der Geschwindigkeit des Arbeitsspeichers zurückzuführen sein wird.

hdparm -Tt /dev/mmcblk0
hdparm -Tt /dev/sda2

Raspberry Pi B Raspberry Pi 2 B Raspberry Pi 3 B
SD-Karte
cached 257,45 452,52 666,94
disk reads 21,25 21,74 21,52
USB-HDD
cached 249.83 441.16 657.00
disk reads 27.44 32.04 34.51

Fazit der Benchmarks
Die Zahlen dieser mehr theoretischen als praktischen Tests zeigen die Teilbereiche der Leistungen der Komponenten. Der neue Prozessor zeigt sich, wie zu erwarten, in Kombination mit dem gleichen aber trotzdem schnelleren Arbeitsspeicher deutlich leistungsstärker. An der Netzwerkgeschwindigkeit und Leserate von Daten ändert sich, im Gegensatz zum Sprung von der ersten auf die zweite Generation, kaum etwas.

In der Summe hat man etwas mehr Power beim Basteln und integriertes WLAN wie auch Bluetooth. Ob das eine ganze neue Generation ausmacht, kann jeder für sich selbst entscheiden. Vielleicht hätte die Bezeichnung Raspberry Pi 2+ oder Raspberry Pi 2.5 es auch getan, wobei sich wohl für Raspberry Pi 3 auch wegen des neuen SoC und damit verbunden Prozessors entschieden wurde.

Weitere Benchmarks
Die von mir verwendeten Benchmarks sind natürlich nicht alle Möglichkeiten, die man bzgl. der Leistung betrachten kann und mehr synthetische als praktische Tests. Daher habe ich euch im Folgenden weitere Benchmarks anderer Webseiten und Blogs verlinkt. Darin enthalten auch Vergleiche hinsichtlich der Leistung des internen WLAN Moduls im Vergleich zu einem WLAN USB-Adapter.

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15 Antworten
  1. Axel Richter says:

    Hallo Jan ich habe auch grad den 3er im Test. Erst den 2er, damit bin ich zu Frieden. Nun den 3er. Performance in Blender und so top Workflow auch . Nur hab ich häufig freeze, hatte ich beim 2er noch nicht. Was kann das sein und wo sehe ichs? Ist grad mein Desktopsystem.

    Grüße Axel Richter

    Antworten
    • Dominik Kremer says:

      Hey Axel,

      habe auch einen im Einsatz. Besonders bei der Länge des Micro-USB Kabels zur Stromversorgung scheint der Pi wählerisch zu sein. Hatte zuerst ein 1M Kabel und der Pi wollte nicht starten. Habe dann ein kürzeres Kabel von Anker genommen und seitdem startet der Pi ohne Probleme. Zudem ein hochwertiges Netzteil und kein Billig-China-Netzteil.

      Gruß
      Dominik

      Antworten
    • Jan Karres says:

      Dominiks Vermutung könnte stimmen. Der Raspberry Pi brauchst mindestens 5 V Spannung, das offizielle Netzteil hat sogar 5,1 V, weshalb es bei ungewöhnlich hohen Schwankungen, was es in der Regel nur bei billigen Netzteilen gibt, zu Problemen kommen könnte.

      Antworten
      • FlH says:

        Sehe ich das dann richtig, dass man mit einem 1A USB Netzteil auskommen sollte? Insbesondere wenn man nicht auf Benchmarks aus ist, sondern einen Owncloud-Server laufen lassen möchte? (ergo: keine Maus/Tastatur, nur ein USB-Stick)
        Was ich auch interessant gefunden hätte, ist der Verbrauch bei maximaler Auslastung des integrierten WLAN-Moduls.
        Du hast ja primärseitig am Netzteil gemessen, man kann also sogar noch die Wandlungsverluste abziehen und kommt auf einen Realverbrauch von unter 5W. Interessant wäre natürlich eine zeitlich aufgelöste Messung, um die Höhe der Spitzenwerte zu ermitteln. Die Auswirkungen von Underclocking auf den Verbrauch fände ich auch interessant.
        Das musst du jetzt nicht als Wunschliste verstehen sondern als Rückmeldung, was deine Leser so beschäftigt 🙂

        Antworten
        • Johannes says:

          Hallo,
          ich würde eher zu einen etwas leistungsstärkeren Netzteil raten, z.B. 2 A.
          Dieses wird man wahrscheinlich in den seltensten Fällen auslasten, aber gerade dadurch, dass es überdimensioniert ist, bleibt es schön kühl. Erhöht die Lebensdauer und die Funktionssicherheit. Dieses ist gerade bei Systemen, die rund um die Uhr laufen von Bedeutung.
          Die Mehrkosten für das stärkere Netzteil sind eher zu vernachlässigen.
          Gruß, Johannes

          Antworten
      • Nordlicht05 says:

        Hallo,

        habe heute erst eine Warnung vor gefälschten NTs gelesen.
        Da es wohl gar kein offizielles Netzteil gibt.

        Antworten
        • Johannes says:

          Hallo zusammen,

          ich muss mich noch einmal zu dem Thema melden.

          Hier ist __kein__ spezielles Netzteil erforderlich.

          Ein handelsübliches Netzteil, mit USB Anschluss und (meine Empfehlung, s.o.) 2A.

          Gibts bei jedem Elektronik-Discounter für kleines Geld.
          Und alles ist gut.

          Oder (wenn man z.b. mehrere PI´s betreibt) wäre das Anker PowerPort 5 Netzteil eine gute Wahl.
          Den setze ich auch auf meinem Labortisch ein.
          Der hat 5 USB Anschlüsse, liefert insgesamt 40W (=8A)

          Verwende ich gleichzeitig auch als Ladegerät fürs Smartphone.

          Gruß, Johannes

          Antworten
  2. Christian says:

    Danke für dein Test. Kannst du auch mal Alternativen zum Raspberry 3 testen ?
    Also mit USB3.0 sowie Gbit Lan ? Oder hast du das sogar bereits gemacht ?
    Würde mich freuen so ein Test mit anderen Geräten mal zu sehen. Habe noch denn Rasp2 und weiß nicht ob es sich lohnt denn 3er zu kaufen wenn es Alternativen gibt wo auch Kodi drauf läuft und schneller ist.

    Antworten
    • Jan Karres says:

      Ich habe den Banana Pi mal im Vergleich gehabt (einfach im Blog suchen, sind mehrere Artikel), aber dieser eignet sich nicht so wirklich für Kodi. Andere Alternativen habe ich noch nicht selbst getestet, aber vielleicht wirst du ja in meiner Raspberry Pi Alternativen Liste fündig.

      Antworten
  3. Alexander says:

    Danke für die sehr ausführlichen und aussagekräftigen Tabellen!
    Was ich beim Stromverbrauch besonders bemerkenswert finde, ist, dass der 1er und 2er im Idle teilweise wohl mehr Strom „ziehen“, als unter Last. Das hätte ich so überhaupt nicht erwartet. Die iperf-Messung kann ich so bei meinem Pi (1) komplett nachvollziehen – hier scheint sich wirklich was getan zu haben bei den neueren Modellen.

    Antworten
    • Jan Karres says:

      Der Strom verbrauch im Idle hat mich auch verwundert, weshalb ich mehrfach die Messung überprüft habe, jedoch immer diese Werte erhielt.

      Antworten
  4. Thomas says:

    Hallo Jan,

    vielen Dank für den ausführlichen Test. Das mit dem Stromverbrauch konnte ich zunächst auch nicht glauben. Der Autor von https://kofler.info/der-raspberry-pi-3/ kommt aber zu dem gleichen Ergebnis.

    Aktuell verwende ich noch den PI B, überlege mir aber, auf den 3er zu gehen. Dann werde ich auch das ein oder andere Projekt noch mal in Angriff nehmen, welchen den PI B etwas überfordert hat.

    Das fehlende Gigabit LAN stört mich sehr wenig, da ich nicht sehr viel Daten hin und her schiebe.

    Antworten
  5. Michael L says:

    Hallo Jan,

    Danke für Deinen Bericht. Eine saubere und straffe Aufstellung.

    Ist der Pi 3 ein Schritt in eine gute Richtung? Ich denke schon. Allerdings dürfte den Nutzern, die Ihn mobil einbinden/nutzen wollen, der höhere Verbrauch – auch im Leerlauf – doch ein Dorn im Auge sein.

    Als ich die Werte für die Iperf Tests (die Du „nur“ als TCP hast laufen lassen) sah, wollte ich schon zu einem „ja, aber…“ ansetzen und da bemerkte ich dann auch schon die Werte für die Disk I/Os.

    Ich weiß gar nicht, was so viele Leute beim Pi immer nach GBit LAN schreien. Solange das angebunden ist wie bisher, wird man nur bei reinen Transfers „in den Speicher“ einen Vorteil haben. Sobald aber bspw. eine Datei übers Netz auf die SD-Karte kopiert wird, ist ja schon Schluß mit dem Spaß. Dann ist einzig das Systemcaching und die SD-Karte entscheidend. Und je nach Dateigröße ist auch so ein Cache schnell voll.

    Ich begrüße die vier Kerne, v.a. für Prozesse, die als Multi-Instanz oder Multi-Thread laufen.
    Nun werden viele Leute davon aber auch nicht soviel merken, weil eben einige Software auch unter Debian nur single-threaded läuft. Es ist wie schon früher mit SMP und Multicore Systemen. Entscheidend ist nicht die Anzahl der Kerne, wenn man keine passende Software dafür hat.

    Was die o.a. Probleme mit dem Netzteil und Freezes/Lockups angeht: vergeßt nicht, daß es nicht alleine das NT sein muß. Viele der angeblich guten – weil mMn teuren – USB-micro Kabel haben extrem dünne Adern/Litzen. Mir sind schon welche in die Hand gekommen, bei denen selbst der PI 1 nicht sauber lief. Ich habe das Kabel dann geöffnet und fand doch tatsächlich Litzen aus gerade mal 5-8 dünnen Drähtchen pro Pol.
    Und die Länge ist natürlich dann auch ein Thema. Aber ich denke die meisten Leute nutzen relativ kurze 30~50cm Kabel, oder?

    Letzlich bleibt auch der PI 3 für mich außer des Cubieboard III einer der attraktivsten SBCs. Und wenn mich nicht die Hardware alleine schon begeisterte, dann seine Flexibilität und die exzellente Unterstützung für die GPIOs etc.

    Nur ein SATA Port mit genug effektiverBandbreite wäre schön. Dann wäre er auch ein ganz passabler Miniserver.

    Cheers!

    Antworten
  6. Michael says:

    Danke für die Benchmarks, da ich vor der Frage stand, ob ein Hardwareupgrade sinnvoll sein könnte. Ich hatte einen Pi 3 mit ownCloud 9.0 und einem Mailserver laufen, ownCloud im Webinterface dabei sehr lahm.

    Mit dem Pi 3 Model B flutscht es jetzt richtig, die theoretischen Tests kann ich in der praktischen Anwendung gut bestätigen. Speziell bei den App Kalender war die Verbesserung sogar dramatisch und geht weit über das hinaus, was die Benchmarks erwarten ließen.

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