Wraz z czerwcowym numerem The MagPi Magazine prenumeratorzy wersji papierowej otrzymali komputer RaspberryPi Zero W, plus obudowa (z trzema pokrywkami) oraz niezbędne przejściówki (USB, HDMI). Jest to najmniejszy komputer z rodziny Malinek – cechuje go bardzo kompaktowy rozmiar. Wydział Fizyki jako prenumerator tego magazynu otrzymał swój egzemplarz, a ja przyjrzałem się wydajności tej maszynki w znanym programie Wolfram Mathematica – bezpłatnego (pod sporymi restrykcjami) na Malinki.

Parametry

Wymaga wymienić podstawową konfigurację świadczącą o szybkości, więc:

• 1GHz, jednordzeniowy CPU,
• 512MB RAM.

Jeśli chodzi o dodatkowe rzeczy, to:

• Mini HDMI and USB On-The-Go ports
• Micro USB power
• HAT-compatible 40-pin header
• Composite video and reset headers
• CSI camera connector
• 802.11 b/g/n wireless LAN
• Bluetooth 4.1
• Bluetooth Low Energy (BLE).

Z rozmiaru pamięci widać, że szału nie będzie. Ale skoro jest to maszynka edukacyjna, z oprogramowaniem Mathematicy (w wersji na Rasbiana) to dlaczego by nie sprawdzić? Dla podkreślenia, wersja druga Maliny wyposażona jest w czterordzeniowy procek taktowany 900MHz, no i RAMu ma dwa razy więcej – 1GB. Sprawdzałem wielokrotnie, że da się pracować na Mathematicy  w zadawalający sposób. A tutaj jak będzie?

Powyżej zdjęcie porównujące „gabaryty” nowej Malinki (po prawej stronie) do wersji Pi2B (lewa strina). Widać wyraźnie, że trzeba być przygotowany na jakiś hub z portami USB, bo inaczej nie podłączymy klawiatury+myszki – jest tylko jeden port USB (drugi, widoczny na zdjęciu – to port zasilania). Więc trzeba mieć klawiaturę zintegrowaną z myszką, albo hub-a. Przy okazji – piny GPIO nie są przylutowane, należy samodzielnie to zrobić.

Upgrade systemu na Pi 2 Model B i przełożenie karty z systemem i… ZeroW wystartował bez problemów (mówie o Rasbianie). Później w domu sprawdziłem, że taki upgrade i sieć wi-fi uruchomił bezproblemowo.

Uruchomienie – ciężki start

A nawet gorzej – nie da się pracować na Mathematicy. Samo uruchomienie to czekanie ponad 2 minuty – a system stracił responsywność.  Zaglądam na zużycie pamięci i widzę, że środowisko X-ów z uruchomoioną Mathematicą pożarło 450 MB RAMu. Jesteśmy na granicy… Co się dzieje dalej?

Praca z Mathematicą – szału nie ma

Nie ma się co oszukiwać – 512MB to zdecydowanie za mało na działanie Mathematicy. Poniżej przedstawiam wyniki kilku testów szybkościowych – generowanie fraktala Mandelbrota (prosta metoda, różne siatki jak też i dwa kryteria zbieżności, różniące się dwukrotnie progiem liczby iteracji – na końcu znajdują się dokładne procedury testujące). Porównuję czasy do Pi2 Model B – uruchomionego z tej samej karty (i do biurkowego Intela i7-4790K CPU @ 4.00GHz, 32GB RAM pod kontrolą Ubuntu 16.04).

	mandel-1	export	mandel-2	mandel-3	kolor
Intel i7	0.84 s	1.2 s	0.9 s	1.4 s	0.2 s
RPi2	28.5 s	24.5 s	12 s	49 s	7.5 s
*RPi3	15.6 s	13.0 s	?	27 s	4.6 s
ZeroW	96 s	86 s	40 s	164 s	600 s

Wyniki w tabelce to wynik poleceń Timing[] Mathematicy i nie oddają dokładnie tego, co się dzieje z systemem. A dzieje się dużo – jak już wspomniałem, na RPi Zero występuje utrata responsywności, czyli możliwości pracy (system zachowuje się jakby się „zawiesił” – okna się nie odświeżają, polecenia się nie wykonują, menu się nie rozwijają). To oznacza całkowitą klęskę w obsłudze programu Mathematicy – co było do przewidzenia ze względu na wielkość pamięci RAM tego modelu. Zresztą – w domu mam RPi w pierwszej wersji, także z 512MB ramu i tam jedyne co można – to uruchomić Mathematicę, nic konkretnego nie da się zrobić (OK – poza wykresem prostej funkcji).

Z kolei wersja druga Maliny działa już jak najbardziej przyzwoicie – nawet, gdy program zajęty jest obliczeniami, ciągle możemy działać (wiadomo – więcej pamięci i cztery rdzenie CPU, podczas gdy moje testy angażują tylko jeden rdzeń).

Podsumowując

RPi Zero W – bardzo fajne urządzenie, ale nie do Mathematicy. Zdecydowanie odradzam wydatek około 50 zł na tą maszynkę w celu wykorzystania jej do rozwiązywania zadań domowych z pomocą programu Wolframa. Inne zastosowania (elektronika, IoT) – jak najbardziej TAK, zarówno mocy obliczeniowej jak i RAMu jest wystarczająco. Tym bardziej, że płytka ma już zintegrowaną kartę Wi-Fi (oraz Bluetooth, choć tego jeszcze nie sprawdziłem). 

Wyjaśnienie

Artykuł powstał z powodu rozmowy ze studentami, których uczę Mathematicy a którzy mnie dopytywali o nowy, tani model RPi Zero.

Testy

Funkcja dla Mandelbrota

mandelbrot[p_, max_] := 
 Module[{zn = p, i = 0}, 
  While[(i < max) && (Abs[zn] < 2), zn = zn^2 + p; i++]; Abs[zn] < 2]

mandelbrot[0, 100]

True

mandelbrot[I, 100]

True

mandelbrot[I + 0.1, 100]

False

Timing[mandelbrot[I + 0.1, 10000]]

{0., False}

Test 1

Timing[
 minx = -2;
 maxx = 2;
 dx = (maxx - minx)/200.;
 miny = -2;
 maxy = 2;
 dy = (maxy - miny)/200.;
 r = Show[
   Graphics[{
     Black,
     Table[
      If[mandelbrot[x + I*y, 100], 
       Rectangle[{x - dx/2, y - dy/2}, {x + dx/2, y + dy/2}]], {x, 
       minx, maxx, dx}, {y, miny, maxy, dy}]
     }
    ],
   Frame -> True,
   PlotRange -> {{minx, maxx}, {miny, maxy}}]
 ]

Test 2

Timing[
 Export["mandel.jpg", r, ImageResolution -> 300]
 ]

Test 3

Timing[
 minx = -1.45;
 maxx = -1.2;
 dx = (maxx - minx)/100.;
 miny = -0.1;
 maxy = 0.1;
 dy = (maxy - miny)/100.;
 Show[
 Graphics[{
 Black,
 Table[
 If[mandelbrot[x + I*y, 200], 
 Rectangle[{x - dx/2, y - dy/2}, {x + dx/2, y + dy/2}]], {x, 
 minx, maxx, dx}, {y, miny, maxy, dy}]
 }
 ],
 Frame -> True,
 PlotRange -> {{minx, maxx}, {miny, maxy}}]
 ]

Test 4- kolorowy

kolormandelbrot2 = Compile[{{p, _Complex}, {max, _Integer}},
  Module[{zn = p, i = 0}, 
   While[(i < max) && (Abs[zn] < 2), zn = zn^2 + p; i++]; i]
  ]


minx = -1.42;
maxx = -1.415;
dx = (maxx - minx)/200.;
miny = -0.01;
maxy = 0.01;
dy = (maxy - miny)/200.;
Timing[
 Show[
  Graphics[{
    Table[{
      Hue[-0.7*kolormandelbrot2[x + I*y, 200]/200. + 0.7],
      Rectangle[{x - dx/2, y - dy/2}, {x + dx/2, y + dy/2}]}
     , {x, minx, maxx, dx}, {y, miny, maxy, dy}]
    }
   ],
  Frame -> True,
  PlotRange -> {{minx, maxx}, {miny, maxy}}]
 ]