高性能SBC Khadas VIM4

ざっくりまとめると

Khadas VIM4

高性能 8コアCPU/GPU+32GBストレージが搭載されたシングルボードコンピューター

Amazon.co.jp

ハードウェア

手のひらサイズのボードにかなり詰め込まれている印象を受けます。個人的には M.2 ポートが用意されており、高速ストレージを利用可能なのが嬉しいです。

背面にはMicroSDカード/M.2スロットあたりも用意されています。また、HDMI出力以外にもタッチパネルやモニターを接続可能なインタフェースも用意されており、モニターを複数利用するアプリケーションにも利用できそうです。

New M2X Extension | Khadas

The New M2X Extension board is an ultra-thin version of the Original M2X Board. It has M.2 slots for adding a 4G LTE module and NVMe SSD to your VIM3, 3L or Edge-V. A nano-SIM card slot is built into the board.Features: M.2 Slot (M-Key) for 2280 NVMe SSDs M.2 Slot (B-Key) for 4G LTE Modules Nano-S…

Khadas

電源

VIM4の電源は USB-C もしくは背面にある電源入力ピンから行います。背面の電源入力ソケットは 9~20vでの入力が可能となっており、それなりにレンジが広いですが、対応している電源アダプターを見ると 9v 3A /12v 2.5A / 20v 2A となっているためそれなりの電力供給が必要となります。

またUSB-C電源はUSB Power Deliveryに対応したものが必要です。

サイズ比較

SBCで有名なラズベリーパイ4 Model Bと比較すると若干小さいといった程度ですが、VIM4はインタフェースが多いため密度が高いように感じます。

ファンやヒートシンクも薄く、LANポートに至っては基板に埋め込まれるように設置されています。

厚さは相当頑張って薄くしたな、、という印象です。

機械学習用途

VIM4はその名の通り４世代目のVIMですが、以前のVIM3で組み込まれていたNPUは搭載されていません。今後発売されるVIM4の新しいリビジョンでは搭載される可能性があるようです。ただし、それなりにCPU/GPUがパワフルなので、軽量なモデルあれば十分に動作させることができます。

ソフトウェア

VIM4では本体に搭載されている OOWOW と呼ばれる管理ツールを起動時に本体横のボタン操作で起動することができます。

このOOWOWではeMMCストレージへのOS書き込みや、レスキュー用のシェル起動などの便利機能が用意されており、VIM4単体でのセットアップが可能となっています。

起動するとシンプルなメニュー画面が表示されるので、OSのセットアップが可能です。

Ubuntu

インストール完了後は普通のLinuxマシンとして利用することが可能です。ラズベリーパイと比較するとスペックの違いからもかなりサクサク動作する印象を受けます。

普通のLinuxマシンとして使えるので、それほど言う事が無い！

GPIO

若干クセが強いように思いますが、GPIOはもちろん利用可能です。ピン配列は以下の通りとなっており、ごく一部のピンはラズベリーパイと同様ですが互換性はありません。

Choromium をインストール

現在最も利用されているブラウザChromeとほぼ同じブラウザであるChromiumを利用する事ができます。インストールは以下のコマンドをターミナルで実行します。

sudo apt install -y chromium-browser

動画を再生してみるとChromiumが最適化されていないためか、4Kではフレームドロップが発生しました。しかし1080pでは全く問題無く再生できました。

ハードウェア構成を考えると再生に問題が発生するとは考えにくいので、ここは今後に期待する部分です。ちなみにAndroidで再生した方がスムーズでした。

Android

VIM4ではAndroid を利用することができます。

HDMI入力

他のデバイスから出力されたHDMI入力をそのまま画面に表示できます。Ubuntuでも使えるようになるのが待ち遠しい。。。

ラズベリーパイ4と比較

ハードウェア性能は完全にVIM4が上回っていますが、ソフトウェア的な部分ではまだまだラズベリーパイの方が充実しているケースがあります。しかし、CPUはクロックも高い上にコア数も２倍搭載されているため性能的にVIM4が圧倒的に有利である事は変わらず、ラズベリーパイではちょっと遅いなという高負荷アプリに適しているように思います。

また、VIM４は内蔵ストレージとして32GB eMMCが搭載されているためMicroSDカードを用意する必要がありません。地味に助かります。

価格

現時点ではファンとヒートシンクが付属するキットとボード単体版の２種類が販売されておりボードのみは 28,000円、キットでは 32,000円となっています。

高スペック！値段！インタフェース充実！

入門用として

VIM4はスペックやインタフェースの充実っぷりからも伝わるように、かなり本格的なSBCです。入門用としては若干オーバースペック気味ですが、OOWOWのようなツールがプリインストールされていることでセットアップが簡単になり、トライアンドエラーがしやすいと思います。

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Khadas VIM

ユースケース

デスクトップマシンとして

本格的なデスクトップマシンと見比べると劣るものの、手のひらサイズの省スペースデバイスと考えるとほとんどのケースで必要十分な性能を持っています。

OS に Ubuntu を選択可能なので、普通のLinuxマシンとして利用したり、Chromium, VS Code, Docker等を利用して開発の学習用のマシンとしても使えます。

デフォルトで入っているブラウザFireFoxは残念ながらそのままでは起動しませんが以下のコマンドを実行すると起動できるようになります。VIM4はリリース直後の段階にあり、今後こういった問題は修正されていくものと思います。

sudo apt update
sudo apt upgrade
sudo snap install firefox

ブラウザ無いと困るよ！

小型サーバー

MicroSD/USB/NVMe SSD等のストレージを接続可能なので、家庭や小規模オフィスのファイルサーバ、VPNサーバ、高性能なエッジデバイスとして利用できそうです。

デジタルサイネージデバイス

映像や広告を流すだけにしておくにはもったいない程の性能ですが、店舗のディスプレイや広告用のモニターなどへの利用も想定されています。

また、GPIOピンもあり、何らかの制御が必要なデバイスにも対応する事ができます。

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Khadas VIM

マイニングでは？

あまり現実的ではないですが、試しにMoneroをマイニングしてみました。比較として普段使っているMacStudio (M1 Max) と比べるとおよそ1コア分より少し低い値となりました。

VIMは４つの高性能コア＋４つの高効率コアで構成されており、高性能コアでは 50~60 H/s でしたが、高効率コアでは 40 H/s 程度となりました。

安定性を確かめるため、２４時間程連続稼働させてみましたが問題は発生しませんでした。ただし、ファンは常時動作している状態になるため、ベッド横等の静かさが重要な環境では気になる場合もあるかもしれません。

[2022-05-25 11:07:10.740]  miner    speed 10s/60s/15m 307.9 307.9 n/a H/s max 313.8 H/s
|    CPU # | AFFINITY | 10s H/s | 60s H/s | 15m H/s |
|        0 |        0 |   55.01 |   55.27 |     n/a |
|        1 |        1 |   57.54 |   57.73 |     n/a |
|        2 |        2 |   53.96 |   53.89 |     n/a |
|        3 |        3 |   58.38 |   58.27 |     n/a |
|        4 |        4 |   41.65 |   41.70 |     n/a |
|        5 |        5 |   40.92 |   40.92 |     n/a |
|        - |        - |   307.5 |   307.8 |     n/a |
[2022-05-25 11:07:21.851]  miner    speed 10s/60s/15m 307.5 307.8 n/a H/s max 313.8 H/s

[2022-05-24 23:11:22.210]  miner    speed 10s/60s/15m 3075.4 n/a n/a H/s max 3093.8 H/s
|    CPU # | AFFINITY | 10s H/s | 60s H/s | 15m H/s |
|        0 |        0 |   384.6 |   373.9 |     n/a |
|        1 |        1 |   389.5 |   377.8 |     n/a |
|        2 |        2 |   382.9 |   372.1 |     n/a |
|        3 |        3 |   386.4 |   375.7 |     n/a |
|        4 |        4 |   385.8 |   376.3 |     n/a |
|        5 |        5 |   386.4 |   376.2 |     n/a |
|        6 |        6 |   381.8 |   370.9 |     n/a |
|        7 |        7 |   384.4 |   372.4 |     n/a |
|        - |        - |  3081.8 |  2995.3 |     n/a |
[2022-05-24 23:11:24.803]  miner    speed 10s/60s/15m 3081.8 2995.3 n/a H/s max 3093.8 H/s

おまけ

コマンドの実行結果を載せておきます。

uname -a

khadas@Khadas:~$ uname -a
Linux Khadas 5.4.125 #1.0.10 SMP PREEMPT Mon Apr 25 13:56:56 CST 2022 aarch64 aarch64 aarch64 GNU/Linux

sysbench

khadas@Khadas:~$ sysbench --test=cpu run
WARNING: the --test option is deprecated. You can pass a script name or path on the command line without any options.
sysbench 1.0.20 (using system LuaJIT 2.1.0-beta3)

Running the test with following options:
Number of threads: 1
Initializing random number generator from current time


Prime numbers limit: 10000

Initializing worker threads...

Threads started!

CPU speed:
    events per second:  2031.94

General statistics:
    total time:                          10.0005s
    total number of events:              20323

Latency (ms):
         min:                                    0.49
         avg:                                    0.49
         max:                                    1.02
         95th percentile:                        0.49
         sum:                                 9981.64

Threads fairness:
    events (avg/stddev):           20323.0000/0.00
    execution time (avg/stddev):   9.9816/0.00

khadas@Khadas:~$ sysbench --num-threads=4 --test=cpu --cpu-max-prime=20000 --validate run
WARNING: the --test option is deprecated. You can pass a script name or path on the command line without any options.
WARNING: --num-threads is deprecated, use --threads instead
sysbench 1.0.20 (using system LuaJIT 2.1.0-beta3)

Running the test with following options:
Number of threads: 4
Validation checks: on.

Initializing random number generator from current time


Prime numbers limit: 20000

Initializing worker threads...

Threads started!

CPU speed:
    events per second:  3325.37

General statistics:
    total time:                          10.0006s
    total number of events:              33260

Latency (ms):
         min:                                    1.19
         avg:                                    1.20
         max:                                    2.53
         95th percentile:                        1.21
         sum:                                39971.21

Threads fairness:
    events (avg/stddev):           8315.0000/25.17
    execution time (avg/stddev):   9.9928/0.00

lscpu

khadas@Khadas:~$ lscpu 
Architecture:           aarch64
  CPU op-mode(s):       32-bit, 64-bit
  Byte Order:           Little Endian
CPU(s):                 8
  On-line CPU(s) list:  0-7
Vendor ID:              ARM
  Model name:           Cortex-A73
    Model:              2
    Thread(s) per core: 1
    Core(s) per socket: 4
    Socket(s):          1
    Stepping:           r0p2
    CPU max MHz:        2208.0000
    CPU min MHz:        500.0000
    BogoMIPS:           48.00
    Flags:              fp asimd evtstrm aes pmull sha1 sha2 crc32 cpuid
  Model name:           Cortex-A53
    Model:              4
    Thread(s) per core: 1
    Core(s) per socket: 4
    Socket(s):          1
    Stepping:           r0p4
    CPU max MHz:        2016.0000
    CPU min MHz:        500.0000
    BogoMIPS:           48.00
    Flags:              fp asimd evtstrm aes pmull sha1 sha2 crc32 cpuid
Vulnerabilities:        
  Itlb multihit:        Not affected
  L1tf:                 Not affected
  Mds:                  Not affected
  Meltdown:             Not affected
  Spec store bypass:    Vulnerable
  Spectre v1:           Mitigation; __user pointer sanitization
  Spectre v2:           Vulnerable
  Srbds:                Not affected
  Tsx async abort:      Not affected

df -h

しばらく使った後なので、インストール直後はもっとディスクが空いてます。

khadas@Khadas:~$ df -h
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
tmpfs           796M  9.9M  786M   2% /run
/dev/rootfs      29G  4.5G   24G  16% /
tmpfs           3.9G     0  3.9G   0% /dev/shm
tmpfs           5.0M  4.0K  5.0M   1% /run/lock
tmpfs           3.9G     0  3.9G   0% /tmp
tmpfs           796M   68K  796M   1% /run/user/1000
khadas@Khadas:~$