Desentrañando el CPU de la Raspberry Pi

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Muchas veces como consumidores de equipos de computo es complicado decidir entre un dispositivo u otro debido a que las especificaciones técnicas son muy variadas y complejas. Y esto no es para menos ya que la tecnología de semiconductores avanza a velocidades vertiginosas. Saber como elegir un procesador puede que no sea una habilidad crítica para muchos. Pero como usuarios de Raspberry Pi es importante comprender que significan las especificaciones de nuestro procesador (al menos) y cómo elegir entre una tarjeta u otra. Es por esto que en esta entrada buscaremos ilustrar un poco que significan todas esas cifras y como ha ido evolucionando el procesador de la Raspberry Pi

Las especificaciones

Tomado directamente de nuestra tienda y de la pagina de Raspberry Pi, las especificaciones que se dan del CPU de una Raspberry Pi son:

  • El modelo procesador
  • El numero de núcleos
  • La tecnología del procesador
  • La arquitectura
  • La velocidad (o frecuencia) a la que trabaja cada núcleo

Además de estas especificaciones del CPU, también es conveniente (o interesante) conocer el GPU y la RAM, que revisaremos con más cuidado en otra entrada.

El CPU de la Raspberry Pi 400

Tomando como ejemplo la Raspberry Pi 400, podemos decir que incorpora un CPU Broadcom modelo BCM2711 y que tiene cuatro núcleos por ser quad-core. Que utiliza la tecnología Cortex-A72 (ARM v8) con una arquitectura de 64-bits; y que cada núcleo tiene una frecuencia máxima 1.8GHz.

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Dos datos que nos pueden interesar para comparar un modelo de Raspberry Pi con otro, o en su caso dos procesadores, es la cantidad de núcleos y la frecuencia máxima de trabajo. Entre más grandes sean esos valores, se puede esperar un mejor rendimiento de la tarjeta. Poniendo estas cifras en contraste con un modelo menos potente, como la 3B+ que integra un BCM2837B0 quad-core Cortex-A53 (ARMv8) de 64 bits a 1.4GHz. Podemos observar, que a pesar de que ambos tienen cuatro núcleos, cada núcleo de la 4B funciona 400 MHz más rápido.

Pruebas de benchmarking para distintos modelos de Raspberry Pi, entre mayor sea el puntaje, mejor rendimiento. Vía: Raspberry Pi

La arquitectura de 64 bits se ha extendido en la mayoría de los procesadores en productos de consumo de la ultima década, por lo que no es un dato muy relevante para comparar. Sin embargo, si es importante usar un Sistema Operativo de 64 bits, ya que de no hacerlo, se desperdicia ese potencial. Si quieres más detalles sobre que SO de 64 bits usar, puedes visitar esta entrada.

Sobre la tecnología del procesador

En el ejemplo anterior consideramos dos tecnologías diferentes: la ARM Cortex-A72 y la Cortex-A53. Este dato, por lo general, no aporta mucha información al comprador, más allá de que se está usando una tecnología diferente y seguramente mejor. Sucede que como desarrollaremos más adelante, la familia A72 está enfocada a tareas de alto desempeño, mientras que la A53 es un equilibrio entre performance y eficiencia energética. De ahí que la A72 se use en modelos de alta gama de Raspberry, como la 4B o la 400, mientras que el A53 se encuentra en modelos como la 3B+ o la Zero 2W.

Imagen térmica de una Raspberry Pi 4B. La Pi 400 comparte el mismo procesador y aquí podemos ver que la temperatura puede llegar hasta los 70°C cuando se estresa el CPU. Vía: Raspberry Pi

Más aún, los procesadores A72 más cache L1 y L2; pueden ejecutar instrucciones fuera de orden (Out of Order execution), algo que los A53 no soportan; la tecnología A72 integra un pipeline de 15 etapas, mientras que la A53 uno de 8, lo que le permite ejecutar 15 instrucciones a la vez, a diferencia de las 8 del segundo (esto se traduce en terminar una tarea mas rápido). Todas estas ventajas conllevan un consumo de energía mayor, pero por cada GHz, el A72 ofrecerá un mejor desempeño.

Comparación entre las características que ofrece cada procesador. Vïa: ARM

Por ultimo ARMv8 indica el conjunto de instrucciones que soporta el procesador, al igual que lo haría ARMv6 para el BCM2835 de la Zero W o ARMv7 para el BCM2836 de la Raspberry Pi 2. El conjunto de instrucciones indica las funcionalidades del CPU, entre más actualizado mejor, ya que por ejemplo la ARMv8 podrá ejecutar SO de 64 bits con mejor desempeño.

¿Por qué preocuparse?

La Raspberry Pi siempre ha tenido como objetivo acercar más a los usuarios al hardware de forma amigable. Conocer las especificaciones del procesador (y de los demás periféricos en general) permite entender mejor a la computadora y formarse un criterio para seleccionar otros productos; como podría ser la próxima laptop gamer o comparar entre dos computadoras de distintos fabricantes. Tomé como ejemplo una Raspberry Pi por ser un caso concreto, pero muchos dispositivos usan un CPU y contienen especificaciones similares.

Conclusiones:

Tu Raspberry Pi no debe ser una caja negra que funciona mágicamente. Entender qué significan las especificaciones del procesador, la RAM, o cualquier otra parte de la PC es importante para arrojar algo de luz en el funcionamiento de tu computadora. Esto es aun más importante debido a que los procesadores cada vez integrarán más y mejores funcionalidades y esto se hará a un ritmo muy veloz, y entender (aunque sea ligeramente) como distinguir de un modelo a otro podría incluso ahorrarte algunos pesos.

Referencias:

Raspberry Pi 4, 3A+, Zero W – specs, benchmarks & thermal tests

A72 vs A53 processor core

Raspberry Pi 4 ARM Cortex-A72 processor

El Broadcom BCM2711 también se encuentra en la Raspberry Pi 4B. Vía: Jeff Gerling