二代龙芯派VS树莓派3B性能孰胜一筹？

　　2018年10月，二代龙芯派正式发布。经历了长达接近半年的跳票以后，在2019年4月终于开始对龙芯俱乐部的爱好者发货了。拿到派以后，我就准备对它做一个详细的测评。
　　龙芯派是龙芯公司用龙芯2K1000处理器做的一个开发板。第一代龙芯派在很多地方模仿了树莓派，但有很多不足，诸如读卡器速度太慢等；二代龙芯派在一代派的基础上做了很多改进，体积变大，接口更加丰富。
　　外观参数对比
　　你见过二代龙芯派吗？如果没有，现在你见过了。
　　▲二代龙芯真机图
　　▲二代龙芯派接口，图自龙芯开发者商城
　　中间散热片下面安装的，就是龙芯2K1000处理器。拆下散热片，擦掉导热硅胶，终于露出了龙芯2K1000处理器。
　　▲龙芯2K1000处理器
　　龙芯派的尺寸是nano-ITX 12cm×12cm，但设计的时候没有考虑到接口的摆放，导致所有的四个面都有接口，而且接口的设计也不合理。
　　组装好的龙芯派，四面都有接口。
　　▲第一面：DB9串口
　　▲第2面：Ejtag接口，reset按键和start按键，显示屏接口，电源接口
　　▲第3面：GPIO插针以及PCIE接口
　　▲第四面：从左往右，分别是两个USB口，一个OTG口，一个HDMI口以及两个自适应千兆网口
　　▲局部细节1
　　SSD下面的四个芯片，两个VP232是CAN收发器，ISSI的是存MAC的EEPROM。最右边的GD是bios;如果需要用编程器手动刷新pmon，需要刷的就是这颗芯片。
　　▲局部细节2
　　两颗紫光内存
　　▲局部细节3
　　16GB的金士顿固态硬盘
　　▲局部细节4
　　两个RTL8211E的千兆以太网芯片
　　▲局部细节5
　　ALC269声卡芯片，保证龙芯派能出声
　　▲局部细节6
　　Sii9022 RGB转HDMI芯片
　　如果仅仅满足于开箱晒图，然后问一句＂你怎么看＂，那和某些自媒体有什么区别？作为硬核爱好者，当然要拿出基准程序，好好的测测二代龙芯派的性能了。
　　二代龙芯派使用的处理器是龙芯2K1000,采用40纳米工艺生产，双核，主频1.0GHz。很明显，这样的处理器不是拿来和主流的x86处理器去竞争市场的。官方的宣传海报宣称，龙芯2K1000的性能相当于A53。恰好，树莓派3的处理器是采用了4个A53核心的ARM处理器，因此我们决定将树莓派和2K1000的性能做一个详尽的对比。
　　我们采用的测试的方案用phoronix test suite作为基准程序，对比树莓派3B+和二代龙芯派的性能。之前，我们用同样的方法测试了龙芯3A3000的性能。详情请看IT之家的投稿：
　　《IT之家网友投稿：全面深扒国产龙芯3A3000处理器性能细节》
　　https://www.ithome.com/0/395/791.htm
　　新发布的树莓派4采用的BCM2711处理器拥有4个A72核心，1.5GHz的主频，用28纳米的工艺制造，性能太强，龙芯派肯定比不过。
　　▲二代龙芯派和树莓派3B+参数对比
　　和树莓派相比，龙芯派自带16GB的SSD硬盘、散热片、亚克力支架，并且带有高速的PCIE接口，有更丰富的接口，从设计上更接近开发板。从价格上，二代龙芯派仍然是树莓派的6倍多。龙芯派这么贵，值得吗？除了高额的情怀税，它在性能上和树莓派相比有优势吗？
　　我们用phoronix test suite对龙芯派的性能进行了测试，并且和openbenchmarking网站中查询到的树莓派3B+的数据进行了对比。顺便也重复利用了一下龙芯3A3000处理器的数据，和树莓派、龙芯派进行了对比。我们将数据大致分为单核性能、多核性能两部分，然后每一部分再大致分为整数性能和浮点性能。有一些不好归类的，单独进行介绍。下面，我们将分别介绍我们的测试结果。
　　1. 单核整数性能
　　1.1 TSCP
　　TSCP是一个象棋性能测试的程序。可以认为这是一个以单核整数性能为主的测试。从测试结果来看，在使用了优化的数学库（openlibm）的前提下，龙芯派的性能达到了树莓派的85%;如果使用默认的libm，龙芯派的性能只有树莓派的55%。使用openlibm，性能提高了53%。这是非常大的性能提升。使用libm的龙芯3A3000的性能是树莓派的1.3倍，假如采用openlibm的话，性能大概是树莓派的两倍。
　　在都使用libm的情况下，龙芯派中的2K1000处理器性能是龙芯3A3000的43%。考虑到龙芯2K1000主频只有3A3000的2/3,而且只有双发射（3A3000是四发射），这个性能还算正常。
　　1.2 压缩算法
　　采用三种压缩算法，分别统计了压缩文件的耗时。从数据可以看出，龙芯派的性能比树莓派差。在Pbzip、LZMA和GZIP三种算法上，龙芯3A3000和龙芯派与树莓派相比，性能分别是3.89、1.86、1.50倍和83%，71%和79%。在压缩算法上，龙芯派表现欠佳。
　　运行Pbzip、LZMA和GZIP这三个程序，龙芯派的性能分别为龙芯3A3000的21%、38%、和52%。需要注意的是，pbzip2考察的是程序的多核性能。
　　2. 单核浮点性能
　　2.1 Scimark2
　　Scimark2是一个单核性能测试程序。测试的内容包括一系列算法，包括雅克比逐次超松弛法、稠密LU矩阵分解、稀疏矩阵乘、快速傅利叶变换、蒙特卡罗。
　　从Scimark2数据来看，即使龙芯2K1000处理器的主频只有1.0GHz，其性能也远远超过主频1.4GHz的BCM2837B0处理器，浮点运算模块功能很强大。不过，在龙芯3A3000面前就露馅了，综合性能只有3A3000的1/4。最让人意外的是蒙特卡罗性能，龙芯3A3000居然比龙芯派还要糟糕，猜测是在libm部分性能没有优化。
　　从Scimark2的综合性能看，龙芯派的性能是树莓派的2.13倍，然而只有龙芯3A3000的26%。
　　2.2 Aobench
　　在龙芯派上，分别用libm和openlibm进行了编译，我们发现用openlibm的时候性能比libm快50%以上。龙芯派的速度只有树莓派的70%。值得注意的是，我们发现使用libm的龙芯3A3000速度居然比树莓派还要慢。可见龙芯用的libm数学库性能有多么的糟糕。
　　在使用libm的情况下，龙芯派的性能是龙芯3A3000的62%。
　　2.3 Himeno
　　Himeno基准是一个使用点Jacobi方法的压力泊松线性解算器，数值越大性能越好。测试表明，龙芯3A3000和龙芯派性能都超过树莓派，性能分别是后者的2.65倍和2.05倍。我们还发现，和使用libm相比，使用openlibm龙芯派的性能提高了42%。
　　使用libm时，龙芯派单核性能是龙芯3A3000的54%。
　　3. 多核整数性能
　　3.1 7zip
　　7zip是一个常用的benchmark程序，反映的是处理器的多核、整数性能。同样是4核处理器，同样是1.4GHz的主频，龙芯3A3000的性能是树莓派的2.6倍。龙芯派核数只有树莓派的一半，7z性能是树莓派的56%，看起来表现还可以。和单核龙芯2F相比，龙芯派的7z性能是前者的2.4倍。龙芯派多核性能只有3A3000的22%。
　　3.2 多重序列对比
　　MAFFT（多重序列对比）是一个多线程程序，统计程序运行的时间，数值越短越好。根据测试，龙芯3A3000和龙芯派的性能分别是树莓派的1.83倍和0.61倍。龙芯派性能是3A3000的33%。
　　3.3 Primesieve
　　Primesieve是多线程的质数生成程序，根据计算用的时间考察处理器的整数性能。从测试结果来看，龙芯3A3000的性能是树莓派的2.8倍。龙芯派的多核性能只有树莓派的66%，3A3000的24%。
　　4. 多核浮点性能
　　4.1 TTSIOD 3D Renderer
　　TTSIOD渲染测试是多核性能测试，测试结果为渲染的速度。从测试结果来看，龙芯3A3000的多核性能是树莓派的1.75倍；龙芯派的多核性能是树莓派的47，3A3000的27%。
　　4.2 Smallpt
　　Smallpt是多线程光线渲染测试程序，数值越低，性能越好。从以上的数值可以看到，3A3000的性能是达到了树莓派的4.9倍；龙芯派的性能是树莓派的1.25倍，3A3000的23%。
　　双核的龙芯派，多核性能超过了4核的树莓派！
　　4.3 高性能共轭梯度
　　从高性能共轭梯度看，龙芯派的性能只有龙芯3A3000的1/3。我没有找到树莓派3B+的测试数据。
　　5. 其他
　　5.1 音频编码
　　对于音频编码，我们做了两组测试，分别将WAV音频用MP3和FLAC进行编码，耗时越短越好。从测试的结果来看，在MP3编码表现上，龙芯3A3000和龙芯派均快于树莓派，速度分别是树莓派的4.6倍和2.1倍；在FLACi编码上，差距没有那么大，速度分别是树莓派的1.27倍和1.10倍。究其原因，MP3编码是一种有损压缩算法，而FLAC是一种无损压缩算法。推测前者需要进行较多的浮点运算，而后者主要是整数运算。
　　5.2 缓存性能测试
　　从缓存性能看，龙芯3A3000性能超过同主频的树莓派，在读取/修改/写入的性能测试中，龙芯3A3000的性能是树莓派的4.4以上,写入速度速度是树莓派的1.5倍。但在第三项读取速度测试中，和树莓派相比优势不明显。而龙芯派，前两个测试性能明显优于树莓派，而读取速度只有树莓派的一半。
　　5.3 内存性能测试
　　内存性能测试，简单一句话，龙芯派落后于树莓派。龙芯派内存频率默认为400MHz，树莓派内存频率默认为450MHz，估算一下龙芯派内存性能只有树莓派的89%。根据龙芯2K1000处理器手册，内存接口最高频率为533MHz。很明显，龙芯派的设计没有发挥出内存的速度。
　　5.4 网络服务性能测试
　　Apache测试反映了系统在运行网络服务时的多核性能。根据我们的测试，龙芯3A3000表现良好，运行Apache性能是树莓派的1.86倍。龙芯派的表现不佳，性能分别只有树莓派的44%，龙芯3A3000的24%。
　　5.5 解释性语言
　　我们对比了龙芯派和树莓派运行两种脚本语言的性能。龙芯派的性能悲剧了。运行PHP性能和python的性能分别只有树莓派的36%和93%。如果要拿龙芯派跑PHP程序，还得三思而后行。
　　从Perl语言的性能来看，龙芯派的性能只有树莓派的46%左右。从Python、Perl、PHP三种解释性语言的运行效果来看，性能都不是很好。原因可能有两个：一个是这些测试主要反映程序的整数性能而非浮点性能，一个是龙芯派上Python、Perl、PHP的解释器都没有进行优化。
　　5.6 SQLite
　　SQLite测试，耗时越短越好。从测试结果来看，龙芯派速度是树莓派的2.13倍。
　　总结
　　上面的测评实在是太罗嗦了，能不能告诉我谁更强一些？一图胜千言，先放一张图。
　　▲✅代表优势项，❌代表劣势项
　　在21项测试中，龙芯派赢了7个，树莓派赢了其中14个。作为一个只有1GHz主频的双核处理器，和1.4GHz主频的4核处理器做比较，能够赢7个，还是有些让人意外的。我们来尝试分析一下龙芯派和树莓派相比的优势和劣势：
　　首先说劣势：
　　1. 价格太高。1399元的价格，和树莓派220元的价格相比实在是太！高！了！不过，据小道消息龙芯正在做乞丐版教育版的龙芯派，价格会有大幅下降。
　　2. 主频太低。同样是40纳米工艺的处理器，龙芯2K1000主频只有1.0GHz，而树莓派3B+的处理器主频高了40%。IPC再好，主频不够高也白搭。好比一个技能全面的蝇量级拳王，碰到重量级拳手的话就会被一拳撂倒。
　　3. 软件生态不够好。在测试中可以明显看到，操作系统自带的libm性能非常糟糕，没有进行充分的优化，导致龙芯派在很多测试项目上成绩非常差。用libm的龙芯3A3000性能甚至会不如用openlibm的龙芯派。这个情况已经存在很久了，但我没有看到一点改善的迹象。也许是我用龙芯的姿势不太对吧！:(
　　再强行说一下龙芯派的优势：
　　1. 纯国产的CPU，自主可控。没有买国外的CPU核，也不用给ARM公司交昂贵的指令集授权费用，也不需要担心美国制裁。对于普通用户来说，这个优势聊胜于无吧！对于特殊行业的用户来说，可能是非常重要的。
　　2. 软件全开源。从BIOS到操作系统，统统开源。
　　3. GS264处理器核很优秀。1GHz的龙芯2K1000能够在某些项目上打败1.4GHz的A53处理器，足以说明GS264处理器核的优秀。如果看同主频的性能，龙芯还会在更多项目上领先（假如不考虑功耗问题的话……）
　　总之，二代龙芯派在部分性能上接近了树莓派上的4核A53处理器，提供了丰富的接口，可以在工业控制、计算机教育等领域发挥重要的作用。和龙芯3A3000处理器相比，龙芯2K1000单核性能大约是前者的40%～50%，多核性能是前者的20%～25%。期待龙芯派能在性能、价格、软件生态上有更多的进步，让它能够更加亲民、易用。
　　致谢
　　感谢龙芯某个不能提他名字的销售对此文章的支持！感谢龙芯派群老鼠老师和flygoat两位对文中部分错误的修正。