Einplatinenrechner erfreuen sich steigender Beliebtheit. Zu den jüngsten Neuerscheinungen zählen der Odroid-C2 und der Pine A64+. Wir lassen sie gegen den Raspberry Pi 2 und 3 antreten.

Dem Raspberry Pi gelang eine klassische Erfolgsgeschichte: Seit im Februar 2012 das Modell B auf den Markt kam, gibt es kein Halten mehr. Im Oktober 2015 überschritt der Einplatinenrechner modellübergreifend die Marke von sieben Millionen verkauften Exemplaren. Dabei war der RasPi nicht der erste SBC und auch nicht der leistungsfähigste. Was ihn attraktiv macht, ist der günstige Preis von 35 US-Dollar und die GPIO-Steckleiste, hinter der sich der von der Raspberry Pi Foundation entwickelte Bildungsauftrag verbirgt: Der Mini-Rechner soll nämlich besonders jungen Menschen durch Basteln und Experimentieren Hardware- und Programmierkenntnisse vermitteln.

Die Anzahl der Projekte, die mit den verschiedenen RasPi-Modellen bis heute umgesetzt wurden, kennt niemand genau. Sie geht vermutlich ebenfalls in die Millionen. Das reicht von der kleinsten Schaltung bis hin zu Clustern und dem Projekt Astro Pi [1], das vor wenigen Monaten zwei Raspberrys auf die Raumstation ISS beförderte, um dort von Schülern erdachte Experimente auszuführen. In der Überwachung, Automation und Robotik punkten der Raspberry Pi und seine Mitstreiter ebenso. Vielfach kommen sie auch als Multimediazentrale oder Mini-NAS zum Einsatz. Diese Art der Verwendung bringt aber zumindest den RasPi auch in der dritten Generation schnell an seine Grenzen.

Trittbrettfahrer

Eine solche Erfolgsgeschichte findet immer Nachahmer. Besonders Firmen in Asien, denen die Produktionsmaschinen zur Verfügung stehen, entwarfen häufig zeitnah Konkurrenzprodukte, um sich ein Stück vom immer noch boomenden Markt der Mini-Rechner zu sichern. Dabei liegt die Attraktivität nicht allein in der Hardware des RasPi, die sich beim Stückpreis von 35 US-Dollar nur schwer unterbieten lässt.

Zumindest genauso wichtig ist, was dem Raspberry Pi in wenigen Jahren gelang: Um den kleinen Rechner herum entstand im Laufe der Zeit eine gut funktionierende Infrastruktur mit gepflegter Software und Zubehör sowie eine große und aktive Community. Das zu bewerkstelligen fällt den Nachahmern schwer – was auch daran liegt, dass Hersteller in Asien meist wenig Wert auf den Open-Source-Gedanken legen. Negativbeispiel ist der Halbleiterhersteller Allwinner, der fortgesetzt mit seinen Produkten die GPL verletzt [2].

Dem Raspberry Pi haftet gegenüber der Konkurrenz jedoch ein konzeptioneller Nachteil an: Die Raspberry Pi Foundation will vom Board-Design her abwärtskompatibel bleiben. Die daraus resultierenden Einschränkungen lassen sich nur schwer beheben. So verfügt selbst der neue, Ende Februar 2016 vorgestellte RasPi 3 nur über einen 10/100-Mbit/s-Ethernet-Anschluss, während die Konkurrenz meist bereits Gbit-Ethernet bietet. Nur eine Änderung des grundlegenden RasPi-Layouts könnte hier Abhilfe schaffen, da das Ethernet beim jetzigen Design am langsamen USB2-Controller hängt.

Die Kandidaten

Für den Vergleich stehen neben den RasPi-Modellen 2B und 3B der Odroid-C2 von Hardkernel sowie der Pine A64+ in den Startlöchern. Die Herausforderer bewegen sich im selben Preissegment wie die beiden RasPis, die Hersteller stehen dem Open-Source-Gedanken nahe.

Odroid bietet bereits einiges an Zubehör an und schart eine aktive Community um seine Produkte. Beim Pine geschieht das gerade: Ein Shop ist eingerichtet, die Community entwickelt fleißig an der Software mit.

RasPi 2B

Am 2. Februar 2015 erblickte der RasPi 2B [3] das Licht der Welt. Er unterscheidet sich von seinem Vorgänger durch die Quadcore-CPU des speziell für ihn entworfenen Broadcom BCM2836 sowie den auf 1 GByte verdoppelten Hauptspeicher.

Der BCM2836-SoC basiert auf einem 32-Bit-Prozessorkern ARM Cortex-A7 mit einer Taktfrequenz von bis zu 900 MHz (statt ARMv6/700 MHz beim Vorgänger). Die sonstige Ausstattung sowie Preis und Größe blieben gleich. Damit soll der Pi 2B bei bestimmten Anwendungen bis zu sechsmal flotter zu Werke gehen als die 1B+-Variante.

Auch der Kreis der verfügbaren Betriebssysteme erweiterte sich. So stehen durch die neue Plattform Cortex-A7 mit Windows 10 und Ubuntu Snappy Core unter anderem zwei auf das Internet of Things (IoT) spezialisierte Distributionen bereit.

RasPi 3B

Im Februar 2016 erschien mit dem RasPi 3 Model B die dritte Generation des Mini-Rechners (Abbildung 1). Der Formfaktor blieb gleich, die Foundation achtete auf Abwärtskompatibilität bis hinunter zum RasPi 1. Mit dieser Politik des behutsamen Aufrüstens unter Beibehaltung des Platinenlayouts macht sich das Projekt nicht nur Freunde: Viele Anwender sehen inzwischen 2 GByte Hauptspeicher und einen nativen Gbit-Ethernet-Adapter als Mindestausstattung, die ein SBC bieten sollte. Die Foundation lässt sich aber in ihrem Kurs nicht beirren, zumal Änderungen vermutlich auch einen höheren Endpreis zur Folge hätten.

Abbildung 1: Der neue RasPi 3 Model B wartet mit einer 64-Bit-CPU sowie integriertem WLAN und Bluetooth auf.

So erweiterten die Entwickler an der neuesten Version lediglich die CPU und die Konnektivität. Als SoC kommt Broadcoms BCM2837 zum Einsatz, der im Gegensatz zum Vorgänger BCM2836 eine 64-Bit-Basis mitbringt. Es handelt sich um einen Prozessor des Typs ARM Cortex-A53 mit vier Kernen, der bei 1,2 GHz Taktrate schneller arbeitet als der Vorgänger und den ARMv8-A-Befehlssatz implementiert. Die neue CPU arbeitet theoretisch rund zehnmal flotter als der BCM2835 der ersten Generation.

Mit dem Broadcom-BCM43438-Modul erhielt der RasPi 3 zudem 802.11b/g/n-WLAN und Bluetooth 4.1 LE. Wer sich allerdings von der integrierten Broadcom-GPU eine 4K- oder H.265-Videodekodierung erhofft, der wird enttäuscht: Der verbaute Dual Core VideoCore IV unterstützt lediglich OpenGL-ES 1.1/2.0 und Full-HD 1080 mit 30 Frames pro Sekunde (fps).

Die bisherigen RasPi-Modelle erlaubten ein gemäßigtes Übertakten. Dazu bot das Tool Raspi-config der Standarddistribution Raspbian einige Einstellmöglichkeiten an. Der neuen Variante fehlt diese Option. Das liegt an den erhöhten Temperaturen von bis zu 70 Grad, die die CPU erzeugt. Hier hätte ein Übertakten womöglich fatale Folgen. Den im Test verwendeten Probanden versahen wir vorsorglich mit kleinen Kühlkörpern.

Odroid-C2

Schon mit dem Odroid-C1+ stellte der südkoreanische Hersteller Hardkernel dem RasPi 2 einen starken Konkurrenten entgegen. Zum Preis von 37 US-Dollar – und damit nur 2 Dollar mehr als der RasPi – brachte der C1+ eine bessere CPU sowie eine Gbit-Ethernet-Schnittstelle mit. Zudem bot er neben dem SD-Karten-Steckplatz auch aufsteckbare eMMC-Module, die wesentlich schneller arbeiten als SD-Karten.

Insofern verwundert es nicht, dass Hardkernel auch dem RasPi 3 einen auf Augenhöhe agierenden Konkurrenten entgegensetzt. Dabei handelt es sich um den kürzlich veröffentlichten Odroid-C2 (Abbildung 2), den in Deutschland Pollin [4] mit einer reichhaltigen Zubehörpalette vertreibt. Der Begriff Odroid bedeutet Open Droid und weist darauf hin, dass neben Linux auch Android auf der Platine läuft.

Abbildung 2: Der Odroid-C2 bietet gegenüber dem RasPi 3 eine schnellere CPU, mehr RAM und Gbit-Ethernet.

Auf dem Preisschild des C2 stehen nominell 39 US-Dollar, bei Pollin wandert er derzeit für 50 Euro über den Online-Ladentisch. Damit spielt er bei 11 Euro Aufpreis zum RasPi 3 noch in derselben Liga. Als SoC kommt hier, wie beim RasPi 3, ein Cortex-A53 zum Einsatz. Der AMLogic-S905 taktet allerdings mit 2 GHz, 800 MHz mehr als beim Pi. Den Hauptspeicher verdoppelt Odroid im Vergleich zum Konkurrenten auf 2 GByte, zudem bringt der C2 Gbit-Ethernet mit. Die im SoC integrierte GPU vom Typ Mali-450 unterstützt generell 4K-Video und soll H.265 mit 4K/60 fps sowie H.264 mit 30fps verarbeiten.

Wie schon der Vorgänger bietet auch der C2 einen eMMC-Steckplatz. Das Modul kostet mit 8 GByte Speichergröße 30 Euro, eine gleich große SD-Karte von SanDisk der Klasse 10 kommt auf rund 20 Euro. Ein Vorteil bei der Verwendung von eMMC: Der SD-Karten-Slot bleibt frei. Im Vergleich zum Pi 3 fehlen dem Mini-Rechner allerdings integriertes WLAN und Bluetooth; diese müssen Sie bei Bedarf über die USB-Anschlüsse nachrüsten.

Die Platine des Odroid-C2 ist von Aufbau und Maßen sowie der Platzierung der einzelnen Komponenten identisch mit dem RasPi, bis hin zu den Befestigungslöchern. Trotzdem fällt es leicht, die Platinen zu unterscheiden: Auf dem C2 thront ein massiver, abnehmbarer Kühlkörper, der die Wärme der CPU abführt (Abbildung 3). Spaßeshalber haben wir versucht, den Odroid-C2 in zwei verschiedene RasPi-Gehäuse zu stecken – in einem Fall gelang das sogar.

Abbildung 3: Beim Odroid-C2 sitzt auf der weiß markierten Fläche ein abnehmbarer Kühlkörper.

Pine A64+

Die vierte Platine in der Testriege ist der brandneue Pine A64+ (Abbildung 4). Wie der Name andeutet, handelt es sich um einen SBC mit 64-Bit-ARM-SoC. Das Projekt ging aus einer erfolgreichen Kickstarter-Kampagne hervor, die statt der anvisierten 31?416 US-Dollar über 1,7 Millionen einspielte.

Freunde der Zahl Pi bemerken bei der anvisierten Kickstarter-Summe sofort, wozu der Pine in Konkurrenz gehen möchte. Der Preis des Pine liegt in der kleinsten Ausbaustufe bei 15 US-Dollar. Dafür erhält man ein Board mit dem 64-Bit-Quadcore-Mobilprozessor ARMv8 Cortex A53 Allwinner 64 mit 1,2 GHz Taktrate, dem eine Mali-400-MP2-GPU und 512 MByte Hauptspeicher zur Seite stehen. Mit an Bo(a)rd sind 10/100-Mbit/s-Ethernet, zwei USB-2.0-Ports sowie ein HDMI-1.4-Anschluss, über den sich Videos bis zu 4K Auflösung darstellen lassen.

Abbildung 4: Den Pine A64 bietet der Hersteller in mehreren Leistungsstufen an. Die Preise variieren entsprechend zwischen 15 und 29 US-Dollar.

In der zweiten Ausbaustufe als Pine A64+ für 19 US-Dollar verdoppelt sich der Hauptspeicher auf 1 GByte. Obendrein gibt es eine Gbit-Ethernet-Schnittstelle sowie drei zusätzliche Ports für Kamera, Touch-Eingabegeräte und ein MIPI-Video-Display. Der Pine A64+ für 29 US-Dollar bietet 2 GByte RAM und integriertes WLAN.

Zum jeweiligen Board-Preis kommen derzeit noch 12 US-Dollar Versandkosten sowie Mehrwertsteuer und Zoll, was den Preis für unser Testmodell mit Topausstattung auf rund 55 US-Dollar trieb. Ob und wann der Pine A64 in den deutschen Handelsregalen steht, ist derzeit noch offen.

Software für die Probanden

Für den RasPi stehen in beiden getesteten Varianten zahlreiche Distributionen bereit. Neben dem Standard Raspbian, einer angepassten Debian-Version, gibt es in der Allrounder-Riege Images verschiedener Ubuntu-Varianten, den Fedora-Ableger Pidora, Arch Linux, PiBang, RISC OS und Gentoo. Populär sind auch Mediacenter wie OpenELEC, Raspbmc und Xbian. Aktuelle Kernel unterstützen die Distributionen zwar, verharren jedoch für den Raspi 3 derzeit noch bei 32-Bit-Images. Daneben stehen Windows 10 und Chromium OS für den RasPi 3 bereit.

Die Firma Hardkernel, Hersteller des Odroid-C2, bietet neben Android 5.1.1 [5] ein Ubuntu-16.04-Image mit Maté [6] als Desktop in der 64-Bit-Version an, das auf Kernel 3.14 basiert. Außerdem stellt die Community mit Odrobian ein Debian 8 “Jessie” sowie ein Arch-Image zum Download bereit. Als Mediacenter bietet sich der OpenELEC-Fork LibreELEC [7] an. In Zusammenarbeit mit CPU-Hersteller AMLogic und der sehr aktiven Odroid-Community entwickelt Hardkernel bereits an einem Kernel 4.4 LTS für den AMLogic-S905-SoC des C2. Erste Teile des dazu nötigen Codes flossen bereits in den Linux-Next-Zweig des offiziellen Kernels ein [8].

Als offizielle Linux-Distributionen für den Pine A64 kommen Xubuntu 16.04 und Debian 8 mit Maté zum Einsatz [9], daneben eignen sich noch Android 5.1.1 und Remix OS 2.0 Beta. Auch hier kommt ein Kernel in der Version 3.14 zum Einsatz. Wann der Allwinner A64 mit aktuellen Kerneln kooperiert, steht derzeit noch in den Sternen; eine Zusammenarbeit der Kernel-Entwickler mit dem CPU-Hersteller Allwinner ist nicht zu erwarten.

Benchmarks

Für den RasPi 2 und 3 sowie den Odroid-C2 wählten wir das für alle drei SBCs geeignete Image von Ubuntu 16.04 mit Maté-Desktop. Beim Pine A64+ kam das offizielle Xubuntu 16.04 zum Einsatz. Da wir alle Benchmarks per SSH triggerten, spielte die Desktop-Umgebung keine Rolle, sodass Ubuntu 16.04 eine durchgängig gute Vergleichsbasis darstellte.

Wir brachten vor den Tests alle Images auf den neuesten Stand. Als SD-Karte diente eine SanDisk Class 10 mit 32 GByte Kapazität. Beim C2 testeten wir zusätzlich mit einem 16 GByte eMMC-Modul, das der Odroid als Einziger in der Runde unterstützt.

Als Benchmark-Software entschieden wir uns für Sysbench [10], Iperf und P7zip. Sysbench ermittelt sowohl die Integer-Leistung der CPU als auch die Ein- und Ausgabegeschwindigkeit im Zusammenspiel mit der SD-Karte. Iperf [11] stellt die Geschwindigkeit der Ethernet- und WLAN-Schnittstellen fest.

Das Packprogramm P7zip [12] bietet eine wenig dokumentierte Option für einen Benchmark, bei dem die Software Pakete unter Verwendung des LZMA-Algorithmus ver- und entpackt. Die Ergebnisse dieser Benchmarks sind beim Vergleich aussagekräftiger als die Integer-Berechnungen des Sysbench, jedoch auch schwieriger zu interpretieren. Hier gilt es, sich auf der Webseite etwas in die Bedeutung der einzelnen Werte einzulesen.

Einordnung

Die Ergebnisse der Benchmarks fassen die Abbildungen 5 bis**7 zusammen. Die Sysbench-Integer-Resultate (Abbildung 5) sollten Sie mit Vorsicht genießen: Die CPU des Odroid-C2 arbeitet nicht wirklich 10- bis 15-mal schneller als die des RasPi 3. Der Sysbench-Test zeigt hier lediglich Tendenzen auf.

Abbildung 5: Auf dem Papier sprechen die Sysbench-Ergebnisse eine klare Sprache – in der Praxis muss man sie aber aus diversen Gründen mit Vorsicht genießen.

Die Gründe dafür sind vielfältig: Zum einen messen wir auf verschiedenen Architekturen, auf denen die verwendete Software unterschiedlich gut arbeitet. Ließe man den Integer-Test zum anderen mit 200?000 statt 20?000 zu berechnenden Primzahlen absolvieren, könnte der RasPi 2 in Relation besser dastehen, da er weniger thermische Probleme hat. RasPi 3 und Odroid-C2 würden hier wegen zu starker Hitzeentwicklung vermutlich die CPU drosseln. Das ändert aber nichts an der erkennbaren Tendenz. Ähnliches gilt für den I/O-Teil des Sysbench-Tests.

Wie zu erwarten, schlägt der RasPi der dritten Generation seinen Vorgänger – auch fühlbar – klar und erweist sich in der Praxis als rund ein Drittel schneller. Beim I/O-Test liegen die beiden Geschwister in etwa gleich auf. Als limitierender Faktor erweist sich hier die Anbindung der SD-Karte, wie der Test des Odroid-C2 mit eMMC-Modul belegt.

Der Odroid-C2 setzt sich beim Integer-Test entscheidend von den beiden RasPis ab. Mit seiner wesentlich schnelleren CPU und doppelt so viel Hauptspeicher sieht ihn Sysbench allerdings etwas zu optimistisch. Beim I/O-Test unter Verwendung der SD-Karte schneidet er allerdings bei wiederholten Versuchen etwas schlechter ab als die RasPis – der Grund dafür blieb uns verborgen. Mit dem eMMC-Modul, das man auf der Unterseite der Platine aufsteckt, erzielt er im I/O-Test jedoch die achtfache Leistung der SD-Karte.

Im Test mit Iperf (Abbildung 6) reizen die beiden RasPi-Modelle die 10/100-Mbit/s-Ethernet-Schnittstelle gut aus, das WLAN des RasPi 3 erreichte rund 25 Mbit/s. Allerdings zeigt sich hier 10/100 als limitierender Faktor gegenüber Odroid-C2 und Pine A64+. Der C2 reizt seine Gbit-Ethernet-Schnittstelle mit 940 Mbit/s fast völlig aus. Enttäuschend präsentiert sich hier der A64+, dessen Netzwerkschnittstelle nur knapp über die Hälfte des möglichen Durchsatzes liefert. Das Problem ist bekannt und liegt im Kernel, ein Update zu einem späteren Zeitpunkt soll es beheben.

Abbildung 6: Mit ihrer Fast-Ethernet-Schnittstelle können die RasPis gegen die GbE-bestückte Konkurrenz nicht punkten.

Die Ergebnisse des P7zip-Benchmarks (Abbildung 7) fallen aussagekräftiger aus als jene von Sysbench, sind aber auch schwieriger zu interpretieren. Wir zogen die MIPS-Werte (Million Instructions per Second) und den erreichten I/O-Durchsatz in KByte/s als Vergleichswerte heran, jeweils für das Komprimieren und das Dekomprimieren. Der Pine A64+ wird auch in der Ausführung mit 2 GByte RAM und Gbit-Ethernet seiner zugedachten Rolle als RasPi-3-Bezwinger hier nicht gerecht und liegt in den meisten Tests leicht hinter dem neuesten Raspberry.

Abbildung 7: Der Pine A64+ kann in Sachen I/O-Leistung mit dem Raspberry Pi 3 nicht mithalten.

Fazit

Wie lassen sich die Ergebnisse nun für verschiedene Szenarien einordnen? Der Odroid-C2 empfiehlt sich klar für Anwendungen als Server, Mediacenter oder – mit Einschränkungen – als ultraportabler Desktop-Ersatz. Hier stößt der RasPi auch in der dritten Generation oft an seine Leistungsgrenzen. Das gilt gleichermaßen für CPU-Performance, I/O-Leistung, Netzdurchsatz und Grafikleistung. In all diesen Kategorien zeigt sich der Odroid-C2 als überlegen.

Geht es darum, Basteleien oder Messgeräte zu automatisieren, Rechner-Cluster (Abbildung 8) aufzubauen, die eigenen vier Wände zu automatisieren oder einfach spielerisch die Grundlagen von Hard- und Software zu erlernen, liegen die RasPis meist klar vorne. Hier spielen sie ihre Hauptstärken aus. Keiner der Konkurrenten bietet bisher auch nur ansatzweise eine vergleichbare Community, einen ähnlichen Wissensfundus im Internet oder eine ähnlich gute Infrastruktur. Wer Odroid-C2, Pine A64+ oder eine der vielen anderen Alternativen einsetzen möchte, sollte also ein wenig mehr Grundwissen mitbringen und im Idealfall sogar bereit sein, etwas zur jeweiligen Community beizutragen.

Abbildung 8: Geht es darum, mit SBC zu experimentieren, erweist sich der RasPi nicht zuletzt wegen der riesigen Community als erste Wahl. Das Bild zeigt einen Rechner-Cluster mit 33 RasPis.

Nicht außer Acht lassen sollten Sie auch die Tatsache, dass für den RasPi stets recht aktuelle Kernel bereitstehen. Die Konkurrenz muss sich noch mit Kernel 3.14 LTS begnügen, der seit August 2015 keine offizielle Unterstützung mehr erfährt. Allerdings bewegt sich zumindest beim Odroid hier etwas, wo Sie in den nächsten Monaten mit Kernel 4.4 LTS rechnen dürfen.