本日発表されたRaspberry Pi Zero 2 Wですが、サンプルをお預かりしていますので、レポートをしていきます。

外観

いきなりですが先代のRaspberry Pi Zero Wとの比較写真です。上がPiZero W、下がPiZero 2 Wです。

物理的なサイズとポートの配置・形状は一切変わりません。HDMIポートはMicroHDMIにはならずMiniHDMIのままですし、電源とUSBポートもUSB-CにはならずMicroUSBを維持しています。SDカードスロットも以前と同様ロックのないタイプです。強いて言えば、無線LANのアンテナが数ミリメートルほど左にずれました。

基板上のチップ類の配置については、アクセスランプは以前と同じ場所にACTランプが配置されていますが、その他についてはもちろんというか配置等は異なります。例えばPimoroniのPiBowなどのような、基板のパーツを避けながら被せるレイヤーが存在するようなケースは互換性はないと思われます。オフィシャルのケースなどは流用可能です。話を戻して、銀色のカバーがついているのは無線の回路部分です。

基板表面をもう少し見ます。SoCは機能的にはRaspberry Pi 3のBCM2837と同等のCortex-53ですが、RAMを統合して1パッケージ（System-in-Package）にした「RP3A0」パッケージとなっています。ちなみに、SoCの2行目の2041は、Raspberry Pi Picoで使われるRP2040の続番ではなく、製造された年と週番（2020年41週）がたまたまそれっぽかっただけとのことです。我々の手元に届く頃には2141とか2205とかになっているんでしょうね。

基板裏面を見ていきます。Zero Wまではアナログビデオ出力とリセット用にピンを取り付けられるスルーホールが左上にありましたが、省略されてしまいました。おそらく、利用されていない判断されたか、3B+以降で採用されたPoEポートとの衝突が考慮されたか、どちらかの可能性が考えられそうです。一応、スルーホールの代わりに、基板裏面にランドが残されており、リセットは左上、アナログビデオ出力は右下にそれぞれ刻印が見られます。

なお、現時点で日本の無線に関する認証はまだ取得されていないため、Zero Wのような技適マークの印字はありません。

カタログスペック比較

スペックをおさらい&いくつかのモデルと比較してみます。

	Zero 2 W	3A+	3B	Zero W
CPU	Cortex-A53	Cortex-A53	Cortex-A53	ARM1176JZF-S
周波数	1GHz	1.4GHz	1.2GHz	1GHz
コア数	4	4	4	1
64-bit	○	○	○	×
DRAM	512MB	512MB	1GB	512MB
無線LAN	802.11 b/g/n	802.11 b/g/n/ac	802.11 b/g/n	802.11 b/g/n
Bluetoorh	4.2,BLE	4.2,BLE	4.1,BLE	4.1,BLE

Zero 2 WはRaspberry Pi 3シリーズと同じCortex-A53 CPUを採用しており、4コア・64-bit対応の点で3B・3A+と共通です。周波数に関しては少し抑えめの1GHzとなっていますが、Zero Wとの性能差を考えれば3B・3A+より多少遅いことなどもはや誤差と言えそうです。

DRAMについてはZero Wや3A+と同様512MBです。1GBあると嬉しい感じはしますが、3A+と差ができてしまうので仕方ないかなと思います。個人的には本当は3A+も1GBあると嬉しいですけど。

無線LANについては引き続き2.4GHz帯のみのサポートです。ここは3A+との棲み分けポイントになりそうです。5GHzがほしかった！という方は3A+を検討すると良いでしょう。

ベンチマーク

恒例のUnixBenchでベンチマークを取得しました。今回もスイッチサイエンスさんからお借りしている電波暗箱を使用させていただいております。

ベンチマーク中の様子は、画像右下にあるPiZero v1.3をWebカメラ化したものを箱のUSBポートを通じてMacと接続して撮影しています。作り方は私あっきぃ個人のブログで紹介しているのでよければどうぞ。

さて、箱を閉じて通電を開始します。起動後のアイドル時の消費電力は0.26Aでした。ただし、これはUSB-LANアダプターを接続しているため、その消費電力も含まれる点に注意が必要です。写真は省略しますが、LANアダプターを抜いた状態では0.11A前後であることを確認できました。これはPiZero Wと同程度です。

UnixBench中のようす。0.26A→0.37Aまで上昇することを確認できました。先述のLANアダプターの消費電力0.15Aを引けば、およそ0.11A→0.25Aとなるでしょう。

Raspberry Pi 2 W UnixBench結果

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   BYTE UNIX Benchmarks (Version 5.1.3)

   System: yamanooku: GNU/Linux
   OS: GNU/Linux -- 5.10.17-v7+ -- #1414 SMP Fri Apr 30 13:18:35 BST 2021
   Machine: armv7l (unknown)
   Language: en_US.utf8 (charmap="ANSI_X3.4-1968", collate="ANSI_X3.4-1968")
   CPU 0: ARMv7 Processor rev 4 (v7l) (0.0 bogomips)

   CPU 1: ARMv7 Processor rev 4 (v7l) (0.0 bogomips)

   CPU 2: ARMv7 Processor rev 4 (v7l) (0.0 bogomips)

   CPU 3: ARMv7 Processor rev 4 (v7l) (0.0 bogomips)

   17:08:28 up 1 min,  1 user,  load average: 0.05, 0.03, 0.01; runlevel Oct

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Benchmark Run: 日 10月 17 2021 17:08:28 - 17:36:44
4 CPUs in system; running 1 parallel copy of tests

Dhrystone 2 using register variables        3695886.3 lps   (10.0 s, 7 samples)
Double-Precision Whetstone                     1025.3 MWIPS (9.9 s, 7 samples)
Execl Throughput                                626.1 lps   (29.9 s, 2 samples)
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks         94927.9 KBps  (30.0 s, 2 samples)
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks           26547.0 KBps  (30.0 s, 2 samples)
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks        273223.5 KBps  (30.0 s, 2 samples)
Pipe Throughput                              140439.4 lps   (10.0 s, 7 samples)
Pipe-based Context Switching                  26513.9 lps   (10.0 s, 7 samples)
Process Creation                               1184.1 lps   (30.0 s, 2 samples)
Shell Scripts (1 concurrent)                   1523.0 lpm   (60.0 s, 2 samples)
Shell Scripts (8 concurrent)                    457.4 lpm   (60.1 s, 2 samples)
System Call Overhead                         486290.0 lps   (10.0 s, 7 samples)

System Benchmarks Index Values               BASELINE       RESULT    INDEX
Dhrystone 2 using register variables         116700.0    3695886.3    316.7
Double-Precision Whetstone                       55.0       1025.3    186.4
Execl Throughput                                 43.0        626.1    145.6
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks          3960.0      94927.9    239.7
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks            1655.0      26547.0    160.4
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks          5800.0     273223.5    471.1
Pipe Throughput                               12440.0     140439.4    112.9
Pipe-based Context Switching                   4000.0      26513.9     66.3
Process Creation                                126.0       1184.1     94.0
Shell Scripts (1 concurrent)                     42.4       1523.0    359.2
Shell Scripts (8 concurrent)                      6.0        457.4    762.4
System Call Overhead                          15000.0     486290.0    324.2
                                                                   ========
System Benchmarks Index Score                                         214.9

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Benchmark Run: 日 10月 17 2021 17:36:44 - 18:05:01
4 CPUs in system; running 4 parallel copies of tests

Dhrystone 2 using register variables       14799937.3 lps   (10.0 s, 7 samples)
Double-Precision Whetstone                     4100.3 MWIPS (9.9 s, 7 samples)
Execl Throughput                               1699.7 lps   (29.9 s, 2 samples)
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks        160309.0 KBps  (30.0 s, 2 samples)
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks           42973.0 KBps  (30.0 s, 2 samples)
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks        456233.9 KBps  (30.0 s, 2 samples)
Pipe Throughput                              560846.9 lps   (10.0 s, 7 samples)
Pipe-based Context Switching                 103772.9 lps   (10.0 s, 7 samples)
Process Creation                               3647.1 lps   (30.0 s, 2 samples)
Shell Scripts (1 concurrent)                   3588.7 lpm   (60.1 s, 2 samples)
Shell Scripts (8 concurrent)                    438.1 lpm   (60.3 s, 2 samples)
System Call Overhead                        1874972.7 lps   (10.0 s, 7 samples)

System Benchmarks Index Values               BASELINE       RESULT    INDEX
Dhrystone 2 using register variables         116700.0   14799937.3   1268.2
Double-Precision Whetstone                       55.0       4100.3    745.5
Execl Throughput                                 43.0       1699.7    395.3
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks          3960.0     160309.0    404.8
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks            1655.0      42973.0    259.7
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks          5800.0     456233.9    786.6
Pipe Throughput                               12440.0     560846.9    450.8
Pipe-based Context Switching                   4000.0     103772.9    259.4
Process Creation                                126.0       3647.1    289.5
Shell Scripts (1 concurrent)                     42.4       3588.7    846.4
Shell Scripts (8 concurrent)                      6.0        438.1    730.2
System Call Overhead                          15000.0    1874972.7   1250.0
                                                                   ========
System Benchmarks Index Score                                         552.5

同じSDカードを使ってZero 2 W、3B、3B+の3環境でテストをしましたが、Zero 2 W < 3B < 3B+の結果となりました。

最後のSystem Benchmarks Index Scoreだけで見ると、ストレージ速度に影響するファイルシステム読み書きの項目を含んでしまうため、おもにCPUのベンチマーク項目である整数演算処理、浮動小数点数演算処理、Execlシステムコールの結果（4コア時）を抜き出して表にまとめてみました。

	Zero 2 W	3B	3B+
Dhrystone 2 using register variables	14799937.3 lps (10.0 s, 7 samples)	15492821.1 lps (10.0 s, 7 samples)	17748593.7 lps (10.0 s, 7 samples)
Double-Precision Whetstone	4100.3 MWIPS (9.9 s, 7 samples)	4928.4 MWIPS (9.9 s, 7 samples)	4935.7 MWIPS (9.9 s, 7 samples)
Execl Throughput	1699.7 lps (29.9 s, 2 samples)	1910.9 lps (29.6 s, 2 samples)	1969.6 lps (29.9 s, 2 samples)
System Benchmarks Index Score	552.5	592.0	664.0

全環境のフルの結果はまとめのあとに貼り付けます。

発熱

Zero 2 Wは、発熱が抑えられている点もアピールポイントになっています。手間ではありつつ、電源を落としてすぐに暗箱の中のZero 2 Wを触ってみる方法で確認をしてみましたが、アイドル状態では触ってもなんの問題もないぬるさでした。「yes > /dev/null &」x4回で長時間（具体的な時間計測はしませんでしたが3〜4分）負荷をかけるようなことをすると流石に熱くなりますが、開始から30秒程度なら、何秒もじっくり指を押し当ててやっと熱いと感じるくらいの温度（58℃くらい）でした。それぞれを「vcgencmd measure_temp」コマンドで見ると、アイドル時38.6℃、高負荷時は68℃ほどとなりました。3Bの場合はアイドル42.9℃、高負荷時80.6℃（！）となったので、それなりの差になりました。

以下のコマンドで高負荷時のクロックとスロットル発動状況を同時に見ていくと、3Bでは80℃に達したところでスロットルが発動してクロック数を下げようとし始めましたが、Zero 2 Wでは80度に達しないためスロットルが発動しないまま1GHz駆動を維持したことになります。

$ vcgencmd measure_temp; vcgencmd measure_clock arm; vcgencmd get_throttled
temp=80.2’C
frequency(48)=1200000000←この数字が徐々に下がっていく
throttled=0x2002

まとめ

おそらく待っていた人が結構多いと思われるRaspberry Pi Zeroのアップデート。その内容は性能を確実に進歩させつつ、先代との物理的な互換性を維持した堅実なものでした。

使い所としては、シンプルにZero Wからのアップデートもよし、3A+程度の性能はほしいが物理サイズを抑えたい時もよし、と言ったところでしょうか。Pi1/Zeroの古いCPUのARM命令に対応しないソフトウェアもZero 2 Wでコンパクトに動かすことが可能になった点も大きいです。

惜しむらくは、日本はリリース時点で技適が未取得状態のため、例によってお預け状態な点でしょう。日本で使えるようになる日が待ち遠しいですね……！！