Raspberry Pi Zero 2W Benchmarks

Raspberry Pi Zero 2W Benchmarks

Produktvorstellungen, Raspberry Pi
28 Oktober 2021

In diesem Artikel stellen wir diverse Raspberry Pi Zero 2W Benchmarks und Infromationen vor.

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Viele Anfänger denken beim Begriff „Raspberry Pi“ an das kultige SOM (System on a module) Raspberry Pi 4 und dessen Vorgänger. Um auch für speziellere Projekte mit höheren Anforderungen gewappnet zu sein, hat die Raspberry Pi Foundation im November 2015 schließlich den Pi Zero gelauncht. Dieser entfaltet seine Stärken, wenn es darum geht, Gewicht und Footprint zu minimieren, allerdings müssen in puncto Rechenleistung gewisse Einbußen in Kauf genommen werden. Auf den Pi Zero folgt nun ein weiteres, brandneues Modell: der Raspberry Pi Zero 2W. Und das vielseitige Board stellt gleich in mehrerlei Hinsicht einen Meilenstein in der Geschichte des Pi Zero dar.

Was bleibt gleich?

Im Hinblick auf die Optik wird der Laie vermutlich nur in den seltensten Fällen einen Unterschied zwischen dem neuen Pi Zero 2W und seinem Vorgänger, dem Zero W, feststellen können.

Dass es äußerlich kaum Veränderungen gibt, hat jedoch einen großen Vorteil: Alle Cases sind ohne weitere Anpassungen mit dem neuen Modell kompatibel. Auch an dem 40 Pin GPIO (General Purpose Input / Output) Pin Header hat es keine Neuerungen gegeben. Das hat zur Folge, dass alle HATs ebenfalls wieder verwendet werden können.

Bei genauerem Hinsehen fällt allerdings auf, dass sich das Wireless Chipset vergrößert hat und auch die Power-Supply-Komponenten anders aussehen. 5GHz WLAN ist bei dieser Pi-Zero-Generation abermals nicht verfügbar (2.4GHz IEEE 802.11b/g/n wireless LAN, Bluetooth 4.2, BLE, onboard antenna).

Wie viel RAM bringt der Pi Zero 2W mit?

Eine Schwäche des Pi Zero lag in dem vergleichsweise geringen Arbeitsspeicher – ein Faktor, der sich bei einigen Projekten als Deal-Breaker entpuppte. Alle, die sich beim Pi Zero 2W auf einen Zuwachs an RAM gehofft haben, müssen leider immer noch auf den Standard Raspberry Pi zurückgreifen. Denn der Arbeitsspeicher wird einmal mehr 512 MB betragen.
Als Grund für die gleichbleibende Kapazität nannte die Pi Foundation den Formfaktor des SiP (System-in-package). Hierbei handelt es sich um 512 MB LPDDR2 SDRAM, die direkt in einem Chip (Paket) mit der CPU verbaut sind.

Die neue CPU

Dennoch erweist sich das neue Board als absolute Kaufempfehlung – und das liegt vor allem an der überarbeiteten CPU.

Der Raspberry Pi RP3A0 SiP Chip enthält neben dem bereits erwähnten SDRAM auch eine quad-core 64bit Arm Cortex-A53 CPU mit einer Clokrate von 1 GHz, was laut Hersteller eine single-threaded Performance Boost von 40 % bedeutet. In Sachen multi-threaded soll es einen Schub von 500 % geben.

Um diese Leistungssteigerung zu qualifizieren, habe ich im Folgenden einige Benchmarks durchgeführt:

Leistung / Benchmarks

Power

Der einzige Grund doch auf den Leistungsvorteil des neuen Pis zu verzichten könnten Power-Ansprüche des Projekts sein. Wie überall im Leben gilt auch hier die Regel: Mehr Leistung braucht mehr Energie.

Im Idle Zustand, also nach dem vollständigen Bootvorgang braucht der 2W 108mA im Vergleich zu den 85mA des Vorgängers. Unter Volllast wird der Unterschied sogar noch extremer, hier liegt der 2W bei 540mA und der W bei 290.

Boot Zeit

Eine schnellere CPU bringt im Normalfall auch eine kürzere Boot-Zeit mit sich, aber wie viel schneller ist der neue Zero im direkten Vergleich?

Der ältere Pi Zero W braucht für den ersten Boot durchschnittlich 02:13 min und für alle weiteren 01:27 min. Der neue Pi Zero 2W benötigt dagegen beim ersten Start gerade mal 01:06 min und ist sonst sogar schon nach 24 sec arbeitsbereit. Beim Standard-Boot spart man somit 72,41% ein und beim ersten 50,38 %.

CPU

Die einfachste Methode, die CPU-Leistung zu messen, besteht darin, mathematische Probleme lösen zu lassen. Im ersten Test geht es darum, die ersten 10 000 Stellen der Konstante Pi zu berechnen, wobei der Pi Zero 2W mit 08:36 min 71,65 % besser abschneidet als der Pi Zero W, der 30:20 min benötigt.

Das nächste Benchmark-Skript misst die Dauer, die es braucht, um alle Primzahlen von 0 bis 20 000 zu finden. Auch hier ist eine Überlegenheit des Pi Zero 2W festzustellen, die sich auf 24,59 % beziffern lässt (07:37 min vs. 10:06 min).

Anwendungen

Der Grund, warum sich der Pi Zero nie wirklich als solide Alternative zum Desktop eignete, ist die lange Wartezeit beim Öffnen von GUI-Programmen. Auch in diesem Punkt nähert sich der Pi Zero 2W immer mehr dem Pi 4 an:


Chromium, der Webbrowser, der im Full Image des Raspberry Pi OS enthalten ist, öffnet sich statt in 01:04 min in gerade mal 20 sec, was eine Verbesserung von 68,75 % bedeutet.

Ein ähnlicher Trend ist auch beim Start von LibreOffice zu erkennen: Die Office Suite startet auf dem Pi Zero 2W 75 % schneller (3 sec vs. 12 sec).

Webserver

Sehr häufig werden Raspberry Pi Modelle als Webserver genutzt. Egal, ob das Board im Bereich Hausautomation oder als Wetterstation verwendet wird: Oftmals geht es darum, Webdaten zur Verfügung zu stellen.

Um 10 000 Requests mit dem Apache Server zu beantworten, braucht der Pi Zero 2W 5 sec, wobei der Pi Zero W 51 sec in Anspruch nimmt. In diesem Punkt ist eine Zeitersparnis von 90,2 % zu erkennen.

Gaming

Retro Gaming Emulation ist ein weiteres sehr beliebtes Anwendungsgebiet für den Pi Zero, und auch in diesem Bereich kannst du beim Pi Zero 2W eine viel bessere Performance erwarten. Um dies zu veranschaulichen, habe ich verschiedene Tests der GeexLab Suite verwendet, die auf OpenGl zurückgreift.


Der Pi Zero W hatte mit diesen Tests stark zu kämpfen und konnte bei keinem mehr als 1 FPS (Frames per Second) produzieren. Mit dem neuen RP3A0 Chipsatz bewegen sich dagegen alle Tests rund um 16 FPS, was einem enormen Fortschritt von 1600 % entspricht. Dieser Unterschied ist nicht zuletzt beim Thema Gaming spürbar und erlaubt es, bessere bzw. neuere Titel mit höheren Einstellungen zu spielen.

WiFi

Außer der neuen CPU wurde auch das Wireless-Chipset überarbeitet und auch hier geht aus meinen Tests ein klarer Leistungsgewinn hervor.

Um 1GB Daten in unserem lokalen (gigabit) Netzwerk zu downloaden braucht der neue Pi nur 03:17M im Vergleich zu den 07:42M des Zero W.

Fazit

Für mich persönlich ist der Raspberry Pi Zero 2W ein absolutes Highlight und wird in den kommenden Projekten in diesem Blog definitiv zur Anwendung kommen. Man sollte allerdings nicht davon ausgehen, dass die Leistung mit dem Pi 4 oder sogar 3B+ en par sei. Ganz im Gegenteil: Auch wenn es grundsätzlich möglich ist, den Pi Zero 2W als Desktop-Ersatz einzusetzen, raten wir davon eher ab.


Wie anfangs bereits erwähnt, scheint der Pi Zero, wenn es darum geht Platz und Energie zu sparen, aber nicht sein eigenes Carrier Board zu entwickeln, wie es zum Beispiel beim CM4 der Fall ist. Somit ordne ich das Wertversprechen und die damit verbundene Philosophie folgendermaßen ein:


Durch die unveränderte IO / Ports ist es möglich, dein Projekt ganz einfach und ohne große Anpassungen auf den neuen Pi Zero 2W upzugraden und damit ohne großen Energieaufwand eine enorme Leistungssteigerung herbeizuführen.

Für weitere Raspberry Pi News und Tutorials schaue hier vorbei!

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Kommentare

  1. Abermals verschiedene Test gelesen und abermals enttäuscht. Jeder schreibt wie schnell der Prozessor ist im Vergleich zum Vorgänger. Aber was wirklich anscheinend von euch niemand verstanden hat, ist die veränderte Prozessorarchitektur und die damit verbunden Möglichkeiten. Während der Pi Zero (genauso wie der Pi B+) sich mit armv6 sich begnügen musste, ist der Pi Zero 2 W mit armv7 deutlich besser dran, was die Kompatibilität von z.B. vielen Docker Images angeht. Es ist wirklich ein Krampf ein armv6 kompatibles Projekt bzw. Image zu finden, das wirklich auch funktioniert. Unter Pi Zero 2 W ist es dagegen weitläufig kein Problem. Das ist meine größte Kritik, weil ich es wirklich mag viele verschiedene Programme wie Pihole, Nextcloud, Ubooquity, Plex etv. auf dem Pi laufen bzw. stoppen zu können und ihn damit wirklich als Multitasking Talent einsetzen zu können. Das kapieren aber die meisten hier nicht oder übersehen diesen wichtigen Fakt.

  2. Krass negativ: Man kann nicht einfach die Graphen abschneiden. Das ist eine falsche Darstellung, wie es auch zur Manipulation benutzt wird. Es sieht so aus, als würde der Pi Zero 2 nur grob 10% der Zeit des alten zum booten benutzen.

    BITTE macht die entsprechenden Graphen neu.

  3. Prinzipiell fände ich einen Vergleich interessant; jedoch habe ich mit obigem Vergleich 3 Probleme:

    1. Diagramme: Die Diagramme sind extrem schlecht bzw. unseriös. Die Diagramme müssen auf der X-Achse bei 0 beginnen; bei einem Ergebnis von 1-3 Minuten das Diagramm bei 1 Minute beginnen zu lassen, ist Mist, und die Vortäuschung falscher Tatsachen.

    2. normale Raspberry Pis: Wirklich interessant wäre noch der Vergleich mit einem Raspberry Pi 4 und/oder Raspberry Pi 3B+ — damit wäre der Vergleich erheblich aussagekräftiger, und man könnte die Leistung grob einordnen.
    So hängt er etwas in der Luft, und ist nur für diejenigen brauchbar, die bereits einen Pi Zero genau kennen.

    3. Prozentangaben: Die Angabe “x % besser” finde ich nicht sonderlich hilfreich bzw. etwas umständlich. Besser wäre entweder bei Zeitmessungen “benötigt nur x % der Zeit” oder der Kehrwert “x-mal so schnell”.
    (Beispiel CPU: Sie schreiben “71,65 % besser”, besser wäre “benötigt nur 28.35% der Zeit” oder ist 3.5-mal so schnell”.)

  4. Guter Vergleich, habe mir auch einen bestellt. Die Grafiken für den Vergleich solltet ihr aber auf jeden Fall nochmal überarbeiten! Achsen über Messwerte auf Verhältnisskalen müssen bei 0 beginnen. Aktuell suggerieren sie Teils deutlich größere Unterschiede als tatsächlich vorhanden sind.

    1. Hallo Tim,
      vielen Dank für die Anmerkung.
      Da noch einige weitere Tests gewünscht wurden, werde ich im Zuge dessen alle Graphiken nochmal neu erstellen.

      Viel Spaß mit dem neuen Zero!
      Viele Grüße
      Fabio von BerryBase

  5. Hey,
    gibt es bzgl. WLAN spürbare Verbesserungen?
    Du schreibst, “dass sich das Wireless Chipset vergrößert hat”, aber hat das auch einen messbaren Einfluss auf die Signalstärke?

    Danke und Besten Gruß,
    Ben

    1. Hallo Ben,
      danke für deinen Kommentar und den damit verbundenen Hinweis.
      Ich werde morgen noch einige Tests durchführen und den Beitrag dann ergänzen.

      Viele Grüße
      Fabio von BerryBase

  6. Hi @Andreas und @Macten,

    eine Messung des Stromverbrauchs in verschiedenen Szenarien reiche ich gerne Anfang der nächsten Woche nach.

    Viele Grüße
    Fabio von BerryBase

  7. Super! Bestellung ist raus :-D. Kann es kaum erwarten meinen Retroflag “Gameboy” aufzurüsten und zu testen wie der SEPIA open-source assistant damit läuft! Vielleicht reicht es ja endlich für einen brauchbaren smart-speaker auf Zero Basis ^^.

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