本文是用来记录树莓派 4B 的一些测试记录。
温度
下面记录中的风扇和大风扇是这样的：
为什么要用大风扇呢？因为小风扇在外壳上，气流通过外壳的珊格会有啸叫，声音不大但是很烦人，大风扇没这个问题，并且同样使用树莓派的 USB 进行供电，而且由于树莓派在大硬盘旁边，还能顺道一起散热。
空载情况
| 情形 | 温度（摄氏度） |
|---|---|
| 无散热片+无风扇 | 41.3 |
| 有散热片+无风扇 | 38.9 |
| 有散热片+有风扇 | 36.5 |
| 有散热片+有大风扇 | 29.7 |
满载情况
| 情形 | 温度（摄氏度） |
|---|---|
| 有散热片+无风扇 | 69.6 |
| 有散热片+有风扇 | 56.9 |
| 有散热片+有大风扇 | 50.6 |
读取速度
树莓派 4B Micro SD 写入速度为 45 MB/s，但是读取偶尔能跑到 100MB/s，大部分时间和读取速度差不多（Jeff 测试第五代是可以跑满的）。
CPU性能
使用 Clang 和 ISPC（并行计算）编写的程序来测试 CPU 的一些性能数据。考虑到受写入速度的影响，这里均使用不存储的程序进行测试。
4096x4096 Float64 矩阵计算
如果均拆分 4 块进行并行计算：
| 设备 | 串行 | 并行 |
|---|---|---|
| 树莓派4B（4C4T） | 66.12s | 51.72s |
| （对比组）Mac mini 2018 i5（6C6T） | 17.76s | 6.08s |
进程占用内存约 192.8 MB。可以看到树莓派 4B 使用并行计算加上分割任务带来的提升并没有接近预期的 4 倍。
个人猜测是每次处理的块大大超出每个核心的 32kB data L1 cache 的大小了，那么如果单个块更小一些呢？理论上是在16x16上最快，也就是分成 256 块，因为 32kB 单次可以存放的最大 64 位浮点数矩阵是 22x22，16 刚好小于这个值。
下列每个测试是相同的矩阵：
| 分块（每块大小） | 测试1 | 测试2 | 测试3 | 测试4 |
|---|---|---|---|---|
| 4(1024x1024) | 40s | 39s | 47s | 41s |
| 8（512x512） | 56s | 47s | 55s | 48s |
| 16（256x256） | 37s | 39s | 40s | 46s |
| 32（128x128） | 38s | 49s | 48s | 50s |
| 64（64x64） | 45s | 49s | 45s | 42s |
| 128（32x32） | 41s | 37s | 43s | 40s |
| 256（16x16） | 38s | 38s | 43s | 37s |
可以看到虽然不一定每次都是 16x16 最快，但是在多次测试中可以看到，16x16 一定是第一梯队的。这里按40s的话，也就是达到了串行的 1.653 倍，这个值接近 2 倍了。
优化过的矩阵乘法（测浮点性能）
使用优化过的矩阵和算法，然后再进行分块处理。这个测试在某些能达到 70%～90% 的浮点性能，实际情况还得看设备当时的运行状态和系统以及其他配置。
| 设备 | 浮点性能（GFLOPS） |
|---|---|
| 树莓派4B | 11.91 |
| （对比组）Mac mini 2018 i5 | 200.03 |
这里对比组达到了理论性能的 70%（200/288），树莓派比上面一次测试得出的浮点值高了不少。
排序
| 设备 | 并行计算+分割任务 |
|---|---|
| 树莓派4B（4C4T） | 2.45x |
| （对比组）Mac mini 2018 i5（6C6T） | 5.86x |
进程占用内存约 192.8 MB。可以看到树莓派 4B 使用并行计算加上分割任务带来的提升并没有接近预期的 4 倍，也是在 2 倍左右。
生成 mandelbrot 图
| 设备 | 并行计算+分割任务 |
|---|---|
| 树莓派4B（4C4T） | 8.58x |
| （对比组）Mac mini 2018 i5（6C6T） | 44.03x |
| （对比组）Intel E5-2690 v4 x2（28C58T） | 130.18x |
这里可以看到各个设备的提升均达到了核心数的两倍。
一些想法
证明了 BCM2711 的低缓存（每核心 32kB 数据 + 48kB 指令 L1 cache 和共 1MB L2 cache）导致一旦计算所需的数据稍大一些，那么并行性能就大幅度下降，无法发挥所有核心的性能。
当然我怀疑这也和新系统没有优化完善有关，看看后续会不会好一些。
FFMPEG
有些时候需要对一些视频进行格式转换、转码修复问题等，我用 ffmpeg 比较多，偶尔转换分辨率和裁切有时候用 macOS 自带的也很方便。
这里说明一下测试中的单位x，在使用 ffmpeg 的时候，速度是用类似123x的格式来显示的。这表示当前一秒处理的帧数和视频平均帧数的比值，比如说视频是 24hz 的，那么如果一秒钟处理了48帧，则会显示2x；如果只处理了 12 帧，那么则会显示0.5x。
测试项目：对一个约 950MB 的 FLV 格式的抖音录播进行操作，平均码率约 500K。
转化格式
转换格式最快的办法是直接拷贝流，如下：
$ ffmpeg -i input.mkv -c copy out.mp4
这种格式不会对任何音视频、编码器、码率进行修改，是直接抓流到新的格式里（就是需要注意字幕和音轨的选择）。
树莓派 4 的成绩和对比成绩如下：
| 设备 | 速度 |
|---|---|
| 树莓派 + Micro SD（45MB/s） | 35x |
| 树莓派 + USB NVMe SSD (约 350MB/s) | 617x |
| （对比组）Mac mini 2018 i5（读2400写1200） | 2410x |
可以看到随着硬盘速度的提升，速度有着巨幅提升。
需要说明一下，上面这个USB SSD 的速度是固态硬盘本身的限制，因为使用的是 BG4，没有内存作为缓冲，那么由于单闪存颗粒加上 TLC 导致使用 USB 外接的时候 IOPS 性能不光难以达到内接（内接会用系统内存作为缓冲），也比不过带内存颗粒缓冲或者多闪存颗粒的其他 SSD。
IOPS 是每秒可读写数，会影响系统的响应速度。
转码
这里模拟平时最简单的命令，码率一般在 1500～3000K：
$ ffmpeg -i in.flv out.mp4
| 设备 | 速度 |
|---|---|
| 树莓派 + Micro SD（45MB/s） | 0.23x |
| 树莓派 + USB NVMe SSD (约 350MB/s) | 0.452x |
| （对比组）Mac mini 2018 i5（读2400写1200） | 2.7x |
硬件加速转码
在树莓派上使用硬件加速转码需要使用：
ffmpeg -i in.flv -c:v h264_v4l2m2m -b:v 1500k out.mp4
这里的1500k不是视频本身的码率，而是上一节中自动转码的码率，这样可以作为对比。我也测了一下其他码率，速度差不多：
| 设备 | 速度 |
|---|---|
| 树莓派 + Micro SD（45MB/s） | 2.1x |
| 树莓派 + USB NVMe SSD (约 350MB/s) | 2.36x |
| （对比组）Mac mini 2018 i5 UHD 630（读2400写1200） | 4.36x |
可以看到树莓派 4B 在使用硬件加速之后，速度提升了 6～10 倍。不过需要注意一点，h264_v4l2m2m是有 CPU 占用率的，如果你在跑其他程序，那么性能会降低一些。
为什么还是买了树莓派 4
最后记录一下为什么虽然树莓派 5 已经发布了，但是我又重新买了台树莓派 4B，因为考虑到几点：
- 功耗涨了 10 W，不光充电器得特別买（4B直接用现在的很多手机充电器都行，甚至显示器上的充电接口都可以），如果想无散热无风扇使用不太可能（Jeff 测试结果证明了这一点）。
- 虽然树莓派 5 的性能提升了 2～3 倍，但是实际价格也涨了不少。可能你会说官方售价不过涨了 5 美元哎，也不多啊。但是需要考虑到用的 5V5A 充电器目前并不是很多，而且必须用散热器。那么根据官方指定商家的过期链接的价格（4GB 550）再加上官方充电器（69）和散热器（99），也就是七百（不用官方充电器便宜 50），而且这个价格我能买到两倍性能并且直接有 M.2 + SATA 接口的 N100 主机了。
- 我要用来调试树莓派 Pico，这个在树莓派上刚好有调试接口，这也不要求什么性能。
- 树莓派 5 刚出可能会有一些问题，我想长期使用，不想当小白鼠，现在树莓派 4B 卖出了至少 300 万台，出现严重问题的可能性不大。
- 说实话我上次买树莓派 4B 就没用满。树莓派 5 也没有公开说支不支持 OpenCL，4B 是不能用的。
- 最关键的是，树莓派 5 在国内还没开始卖呢，而且双十一补贴树莓派 4B 4GB 裸板只要330，这还要啥自行车。
希望能帮到有需要的人～
