Raspberry PI 4 vs Raspberry PI 3+ Quale conviene?

Il Raspberry-Pi versione 4 rappresenta un’innovazione in ciascuna delle specifiche rispetto al modello precedente. La CPU, la GPU, la velocità della memoria e persino le velocità di lettura e scrittura della SD card sono molto più efficienti, mentre il sistema appare monolitico, più robusto e responsivo per quei progetti che risultavano un osso troppo duro da masticare per il modello 3B+. Se non vi bastasse, il nuovo bimbo verrà distribuito con tre differenti opzioni di memoria — 1GB, 2GB, e 4GB — per rappresentare la giusta scelta in ogni progetto.

Il Raspberry Pi modello 3B+ rimane tuttavia un favoloso piccolo PC board, anche se viene completamente surclassato dal proprio parente più giovane. Le migliorie della versione 4 si notano soprattutto nella velocità di lettura/scrittura della SD card e nella GPU, entrambe più efficienti nella versione 4. La buona notizia è che il PI 3+ continuerà a essere supportato per diversi anni, offrendo ancora quella sua capacità particolare di riuscire a fare di tutto, seppure con i suoi tempi.

Come è noto, il Raspberry Pi non è il computer più veloce del mondo, ma forse è il più supportato. Se ne trovano utilizzati per qualsiasi cosa: dalle luci di Natale alle console per videogame, da media server a concentratori per l’automazione d’ufficio, da centraline di monitoraggio atmosferico a micro cluster per il calcolo distribuito. E in tutti questi casi si tratta di servizi efficienti e validi. La nuova versione 4 e le specifiche migliori mostrano semplicemente che la casistica d’uso si è estesa, al contrario di ciò che accade con l’obsolescenza congenita dei normali PC. Basta aggiungere un po’ di energia, e l’aumento delle prestazioni grafiche lo rendono un device di divertimento ancor più attraente. Questo non significa però che il modello 3B+ diventi obsoleto: cambiano solo le caratteristiche di utilizzo.

Tanto per fare un esempio, un mio carissimo amico ha sviluppato la propria stazione meteorologica utilizzando addirittura un Raspberry PI Zero. “Consuma molto di meno per eseguire quelle operazioni di monitoraggio sui sensori che mi sono necessarie!” ha raccontato.

Specifiche

Ciò che fa la differenza è il cambio delle specifiche. Come per ogni computer, di solito di più è meglio, ma a volte occorre pagare un costo salato.

Esiste un vecchio adagio in voga tra i sistemisti di una certa età, secondo i quali le specifiche non dicono mai tutta la verità, a maggior ragione quando ci troviamo a lavorare con un computer su scheda a basso consumo e di prezzo budget. Ricordo che quando si lavorava su sistemi con risorse carenti (il Sinclair ZX 80 e ZX 81 con 1024 bytes di RAM, o il 6809) era necessario definire con la massima attenzione l’occupazione di memoria delle singole variabili del programma e il modo con il quale esse interagivano, onde evitare il blocco di sistema per mancanza di memoria disponibile; in quel periodo c’era l’abitudine di offrire rubriche di one-liner (programmi di una sola riga) alle riviste per ottimizzare le funzioni più pesanti.

Bene, sono passati sei o sette lustri da allora, e il bravo programmatore si trova alle prese con le medesime scorciatoie software: il Raspberry Pi non è stato progettato per correre, e non offre particolare riserva di capacità di elaborazione. Pertanto a un occhio attento anche il minimo aumento di potenza erogata (sui PC si chiama overclocking) offre di conseguenza un incremento di prestazioni non indifferente.

Bene, nel nostro caso l’incremento di prestazioni sul modello 4 è ancora maggiore di quanto ci si potesse aspettare dal nuovo SoC o dalla RAM più presente e veloce. L’aumento di fruibilità del sistema si riesce a percepire in modo particolarmente piacevole durante il pilotaggio del supporto dual-monitor 4K 60fps, offerto dal PI 4. Grazie a una GPU più potente non solo è possibile lavorare con due monitor senza alcun trucco, ma anche l’output risulterà migliorato. Dobbiamo ringraziare il supporto OpenGL ES 3.0 indirizzato a un gaming più “moderno”. Ma tutte le belle storie hanno una nota triste (a eccezione delle favole di Hans Christian Andersen, che erano tutte definitivamente tristi): il Raspberry Pi 4 utilizza porte microHDMI che richiedono ben 3 Ampère di corrente, contro le porte full-size del 3B+ che consumano “solo” 2.5 Ampère.

Un’ulteriore particolare ben nascosto nelle specifiche spiega che il Raspberry Pi 3B+ non diventerà improvvisamente obsoleto: il supporto verrà mantenuto per alcuni anni (sì, anni!) e tutti quei progetti su di esso basati continueranno a funzionare correttamente. Pertanto, se non avete l’esigenza (o la disponibilità!) di maggiore potenza da fornire al vostro progetto, di acquistare una nuova scheda e un nuovo contenitore (perché lo sbroglio delle piste nel nuovo PCB del PI 4, per garantire 3 A di uscita senza interferenze, ha subito diverse modifiche rispetto alla versione originale), l’acquisto del nuovo PCB potrebbero non essere necessario. D’altronde, se siete affamati di performance e dovete comunque acquistare un nuovo PI per il vostro circuito, (non avete quindi un vecchio PI da utilizzare), allora è davvero il caso di acquistare la nuova versione 4!

Note relative al consumo

Come ho avuto modo di raccontare durante l’articolo, sono un appassionato di Teoria dei Numeri e di calcolo automatico: Ho acquistato e messo in funzione un mini cluster con 5 Odroid C2 collegati a un unico alimentatore a bassa potenza.

Ho usato il PCB Odroid C2 perché al tempo del progetto l’alternativa era il Raspberry PI 3. Odroid forniva una SD card più veloce e un clock da 1.5 GHz contro 1.2 GHZ del PI. Ovviamente il nuovo PI 4 rimette tutto in discussione, se non fosse che…

Da prove effettuate, quando il PI 4 viene lanciato in modalità multithreading, con tutti i cores al massimo, tende a eseguire throttling: il sistema sulla scheda abbassa automaticamente la frequenza di clock della CPU (e della GPU, e del bus di memoria) rendendolo praticamente inutile per gli scopi che mi ero prefissato. Ma come tutti i sistemisti amano ripetere, “quando tutti affermano che una cosa non si può fare, prima o poi arriva qualcuno che non lo sa. E la fa”.

Note relative al sistema operativo

Il Raspberry PI 4 viene distribuito con il S.O. Raspbian, una distro Linux particolarmente leggera ed efficiente a 32 bit: ma il sistema è progettato per lavorare a 64 bit! Ebbene, i progettisti hanno (sinora) considerato che 32 bit sono sufficienti per tutte le necessità che possono presentarsi a uno sviluppatore. Da smanettone incallito, quando sento qualcuno che dice a me che il sistema è sufficiente (ricordate il mantra di Bill Gates: 640 KB saranno sufficienti per tutti!), inizio a sudare freddo. Infatti per chi come me gioca con la matematica, avere un sistema che ti permette di manipolare numeri interi a 64 bit in modo nativo, e di spostare ampie zone di memoria con una sola move (perdonate il COBOL-ismo), lavorare limitato a 32 bit è come tagliarsi uno dei genitali, oltre a rasentare la frode per aver venduto qualcosa che non va secondo le specifiche. Ma delle specifiche abbiamo già parlato, pertanto glisso e passo oltre.

Esiste una distro di Linux basata su Gentoo a 64 bit, che funziona perfettamente sul nostro PI (e per chi è curioso come me, ecco il link). Funziona? Perfettamente! Ma è riconosciuto dal gruppo di sviluppo? Assolutamente no! Il gruppo sta ancora trafficando su una distro di Debian a 64 bit, castrata in molti sensi, da far funzionare per cli smanettoni come me… ma noi siamo più veloci, anche se ci scaldiamo di più!

L’immagine mostra il mio vecchio Raspberry PI 3, collegato via SSH al mio PC, mentre cerca allegramente i divisori dei numeri di Mersenne doppi usando i suoi 4 cores con il mio programma di ricerca multithreaded. Ogni core controlla se 2*k*P_Mersenne+1 divide 2^2P-1-1. Nell’esempio, P vale 25.964.951, k < 2.000.000 e i valori testati sono minori (appunto) di 64 bit (nel caso esposto, ogni thread valuta 9.000.000.000.000 (9 milioni di milioni o 9*10¹²) di possibili fattori. Il vecchio PI 3 richiede circa un mese per completare il task, più che accettabile per questa bestiolina. Per chi non ci crede, ecco l’uname:

Cambiare, dunque? O non cambiare? La risposta, amici miei, è fischiata nel vento dalle ventole di raffreddamento. Resta il fatto che quando i nuovi PI 4 vengono portati al limite, mostrano la corda e rallentano. Rallentano più dei loro omologhi della versione 3B+.

E allora? Allora, ricordiamoci che il Raspberry ha alle spalle diversi progettisti particolarmente capaci. In meno di 36 ore, tra il 2 e d il 3 luglio 2019 (quindi praticamente a ridosso del rilascio della versione 4) è stata distribuita una nuova patch firmware per i problemi riscontrati a livello VLI (Leggi il thread completo). Problema risolto? Ni. Il maggiore consumo resta evidente, ma il rallentamento del clock lo è molto meno ora. Questo potrebbe significare che l’intero PCB dovrà sopportare un utilizzo a temperature maggiori del progetto originale, mentre una delle caratteristiche del progetto Raspberry PI è la resilienza ai problemi. Però dài, è troppo divertente smanettare con questi sistemi!