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NXP i.MX8 系列处理器核心性能对比测试

Wednesday, September 1, 2021

简介

NXP iMX8系列 Arm 处理器是 NXP 近几年新发布的产品,架构均升级到了 64bit 的 Armv8,其中包含了 iMX8,iMX8x,iMX8M Mini,iMX8M Plus 等一系列处理器,其基本参数属性的对比可以参考下面来自于 NXP 官网的表格,而本文就从 CPU 核心、GPU 核心、内存性能等几个方面对于 iMX8 系列的不同产品做一个简单对比测试供参考。需要注意的是 Benchmark 测试无法做到绝对完整客观,通常和软硬件系统配置以及所采用的 Benchmark 工具有很大的相关性,不同配置或工具可能得出不同结论,因此本文的测试只是基于本文测试环境以及所用 Benchmark 工具的参考数据。

本文所采用的全部测试平台均来自于 Toradex iMX8 系列 Arm 核心板和对应载板。


准备

  1. Apalis iMX8QM 4GB WB IT ARM核心版配合 Ioxra 载板,连接调试串口UART1(载板X22)到开发主机方便调试。
  2. Colibri iMX8QXP 2GB WB IT ARM核心板配合Colibri Evaluation Board载板,连接调试串口UART1(载板X27)到开发主机方便调试。
  3. Verdin iMX8M Mini Quad 2GB WB IT ARM核心板配合Verdin Development Board 载板,连接调试串口UART1(载板X66)到开发主机方便调试。
  4. Verdin iMX8M Plus Quad 4GB WB IT ARM核心板配合Verdin Development Board 载板,连接调试串口UART1(载板X66)到开发主机方便调试。

预设软件测试环境

  • 所有测试模块均更新为Toradex Ycoto Linux Reference Multimedia Image 5.3.0 Quarterly 版本。
  • 参考这里的说明在Linux下将所有测试模块的CPU核心工作模式设置为 ”performance”,也就是持续运行在最高主频。
    $ echo performance > /sys/devices/system/cpu/<cpux>/cpufreq/scaling_governor

CPU单核性能对比测试

  • 测试工具软件 nbench,测试Linux BSP自带
  • 测试方法

进入/usr/bin目录,因为测试需要NNET.DAT这个文件

$ cd /usr/bin

对于Apalis iMX8QM,分别测试A72核心和A53核心

$ taskset -c 4,5 nbench && taskset -c 0-3 nbench

对于其他模块

$ nbench

  • 测试结果

Apalis iMX8QM A72

root@apalis-imx8:/usr/bin# taskset -c 4,5 nbench
BYTEmark* Native Mode Benchmark ver. 2 (10/95)
Index-split by Andrew D. Balsa (11/97)
Linux/Unix* port by Uwe F. Mayer (12/96,11/97)

TEST                : Iterations/sec.  : Old Index   : New Index
                  :                  : Pentium 90* : AMD K6/233*
--------------------:------------------:-------------:------------
NUMERIC SORT        :           695.3  :      17.83  :       5.86
STRING SORT         :          345.36  :     154.32  :      23.89
BITFIELD            :      2.2166e+08  :      38.02  :       7.94
FP EMULATION        :          198.55  :      95.27  :      21.98
FOURIER             :           47074  :      53.54  :      30.07
ASSIGNMENT          :          23.827  :      90.67  :      23.52
IDEA                :          6381.3  :      97.60  :      28.98
HUFFMAN             :          1921.2  :      53.27  :      17.01
NEURAL NET          :          19.353  :      31.09  :      13.08
LU DECOMPOSITION    :          1125.2  :      58.29  :      42.09
==========================ORIGINAL BYTEMARK RESULTS==========================
INTEGER INDEX       : 64.608
FLOATING-POINT INDEX: 45.949
Baseline (MSDOS*)   : Pentium* 90, 256 KB L2-cache, Watcom* compiler 10.0


Apalis iMX8QM A53

root@apalis-imx8:/usr/bin# taskset -c 0-3 nbench                                                    

BYTEmark* Native Mode Benchmark ver. 2 (10/95)
Index-split by Andrew D. Balsa (11/97)
Linux/Unix* port by Uwe F. Mayer (12/96,11/97)

TEST                : Iterations/sec.  : Old Index   : New Index
                  :                  : Pentium 90* : AMD K6/233*
--------------------:------------------:-------------:------------
NUMERIC SORT        :          432.04  :      11.08  :       3.64
STRING SORT         :          142.03  :      63.46  :       9.82
BITFIELD            :      1.8588e+08  :      31.88  :       6.66
FP EMULATION        :          94.362  :      45.28  :      10.45
FOURIER             :           19599  :      22.29  :      12.52
ASSIGNMENT          :          11.424  :      43.47  :      11.28
IDEA                :          2943.3  :      45.02  :      13.37
HUFFMAN             :          998.72  :      27.69  :       8.84
NEURAL NET          :          6.9556  :      11.17  :       4.70
LU DECOMPOSITION    :          462.88  :      23.98  :      17.32
==========================ORIGINAL BYTEMARK RESULTS==========================
INTEGER INDEX       : 34.226
FLOATING-POINT INDEX: 18.143
Baseline (MSDOS*)   : Pentium* 90, 256 KB L2-cache, Watcom* compiler 10.0

Colibri iMX8X A35

TEST                : Iterations/sec.  : Old Index   : New Index
                  :                  : Pentium 90* : AMD K6/233*
--------------------:------------------:-------------:------------
NUMERIC SORT        :          370.76  :       9.51  :       3.12
STRING SORT         :          103.29  :      46.15  :       7.14
BITFIELD            :      1.3321e+08  :      22.85  :       4.77
FP EMULATION        :          70.273  :      33.72  :       7.78
FOURIER             :           16962  :      19.29  :      10.83
ASSIGNMENT          :          9.5353  :      36.28  :       9.41
IDEA                :          2319.5  :      35.48  :      10.53
HUFFMAN             :          814.55  :      22.59  :       7.21
NEURAL NET          :          5.9326  :       9.53  :       4.01
LU DECOMPOSITION    :          408.75  :      21.18  :      15.29
==========================ORIGINAL BYTEMARK RESULTS==========================
INTEGER INDEX       : 26.762
FLOATING-POINT INDEX: 15.731
Baseline (MSDOS*)   : Pentium* 90, 256 KB L2-cache, Watcom* compiler 10.0

Verdin iMX8M Mini A53

TEST                : Iterations/sec.  : Old Index   : New Index
                  :                  : Pentium 90* : AMD K6/233*
--------------------:------------------:-------------:------------
NUMERIC SORT        :          576.19  :      14.78  :       4.85
STRING SORT         :          189.54  :      84.69  :      13.11
BITFIELD            :      2.4316e+08  :      41.71  :       8.71
FP EMULATION        :           125.9  :      60.41  :      13.94
FOURIER             :           26154  :      29.74  :      16.71
ASSIGNMENT          :          15.263  :      58.08  :      15.06
IDEA                :            3927  :      60.06  :      17.83
HUFFMAN             :          1332.7  :      36.96  :      11.80
NEURAL NET          :          9.2744  :      14.90  :       6.27
LU DECOMPOSITION    :          621.37  :      32.19  :      23.24
==========================ORIGINAL BYTEMARK RESULTS==========================
INTEGER INDEX       : 45.545
FLOATING-POINT INDEX: 24.252
Baseline (MSDOS*)   : Pentium* 90, 256 KB L2-cache, Watcom* compiler 10.0

Verdin iMX8M Plus A53

TEST                : Iterations/sec.  : Old Index   : New Index
                  :                  : Pentium 90* : AMD K6/233*
--------------------:------------------:-------------:------------
NUMERIC SORT        :          576.66  :      14.79  :       4.86
STRING SORT         :          189.55  :      84.69  :      13.11
BITFIELD            :       2.429e+08  :      41.67  :       8.70
FP EMULATION        :          125.89  :      60.41  :      13.94
FOURIER             :           26154  :      29.74  :      16.71
ASSIGNMENT          :          15.209  :      57.87  :      15.01
IDEA                :          3927.1  :      60.06  :      17.83
HUFFMAN             :          1332.7  :      36.96  :      11.80
NEURAL NET          :          9.2744  :      14.90  :       6.27
LU DECOMPOSITION    :          615.61  :      31.89  :      23.03
==========================ORIGINAL BYTEMARK RESULTS==========================
INTEGER INDEX       : 45.520
FLOATING-POINT INDEX: 24.177
Baseline (MSDOS*)   : Pentium* 90, 256 KB L2-cache, Watcom* compiler 10.0

  • 测试结果图表展示

CPU多核性能对比测试一

  • 测试工具软件 7zip,需通过Ycoto环境编译

### option-1 IPK package ###

### on compiling server

$ bitbake p7zip

$ scp deploy/ipk/aarch64/p7zip_16.02-r0_aarch64.ipk root@<target_device_ip_address>:/home/root/

### on target device

$ cd /home/root && opkg install p7zip_16.02-r0_aarch64.ipk

### option-2 modify conf/local.conf to include 7zip into image

IMAGE_INSTALL_append = " p7zip"


  • 测试方法

### 为了将多核尽可能满负荷,benchmark threads数量设置根据memory容量1.5或者2倍于设备CPU核心数

### 对于Apalis iMX8QM

$ 7z b -mmt12

### 对于其他模块

$ 7z b -mmt6

  • 测试结果

Apalis iMX8 2xA72+4xA53

root@apalis-imx8:~# 7z b -mmt12

7-Zip (a) [64] 16.02 : Copyright (c) 1999-2016 Igor Pavlov : 2016-05-21
p7zip Version 16.02 (locale=C,Utf16=off,HugeFiles=on,64 bits,6 CPUs LE)

LE
CPU Freq: - - - - - - - - -

RAM size:    3713 MB,  # CPU hardware threads:   6
RAM usage:   2647 MB,  # Benchmark threads:     12

                     Compressing  |                  Decompressing
Dict     Speed Usage    R/U Rating  |      Speed Usage    R/U Rating
       KiB/s     %   MIPS   MIPS  |      KiB/s     %   MIPS   MIPS

22:       4431   528    817   4311  |      85954   583   1257   7331
23:       4342   540    819   4424  |      84676   586   1251   7326
24:       4534   576    846   4876  |      83469   588   1246   7326
25:       4478   580    882   5114  |      82760   591   1247   7365
----------------------------------  | ------------------------------
Avr:             556    841   4681  |              587   1250   7337
Tot:             571   1046   6009

Colibri iMX8X 4xA35

root@verdin-imx8mm:~# 7z b -mmt6

7-Zip (a) [64] 16.02 : Copyright (c) 1999-2016 Igor Pavlov : 2016-05-21
p7zip Version 16.02 (locale=C,Utf16=off,HugeFiles=on,64 bits,4 CPUs LE)

LE
CPU Freq: - - - - - - - - -

RAM size:    1982 MB,  # CPU hardware threads:   4
RAM usage:   1323 MB,  # Benchmark threads:      6

                     Compressing  |                  Decompressing
Dict     Speed Usage    R/U Rating  |      Speed Usage    R/U Rating
       KiB/s     %   MIPS   MIPS  |      KiB/s     %   MIPS   MIPS

22:       2587   368    683   2517  |      62071   380   1393   5293
23:       2575   376    698   2624  |      58488   364   1389   5061
24:       2608   384    730   2805  |      56726   360   1384   4979
25:       2547   378    769   2908  |      56061   359   1390   4989
----------------------------------  | ------------------------------
Avr:             377    720   2713  |              366   1389   5081
Tot:             371   1054   3897

Verdin iMX8M Plus 4xA53

root@verdin-imx8mp:~# 7z b -mmt6

7-Zip (a) [64] 16.02 : Copyright (c) 1999-2016 Igor Pavlov : 2016-05-21
p7zip Version 16.02 (locale=C,Utf16=off,HugeFiles=on,64 bits,4 CPUs LE)

LE
CPU Freq: 64000000 - - 64000000 - 256000000 - - -

RAM size:    3635 MB,  # CPU hardware threads:   4
RAM usage:   1323 MB,  # Benchmark threads:      6

                     Compressing  |                  Decompressing
Dict     Speed Usage    R/U Rating  |      Speed Usage    R/U Rating
       KiB/s     %   MIPS   MIPS  |      KiB/s     %   MIPS   MIPS

22:       3100   377    801   3016  |      61989   371   1426   5286
23:       3035   375    824   3093  |      63639   386   1427   5507
24:       3035   379    862   3264  |      63178   389   1427   5545
25:       3004   377    910   3431  |      57788   360   1430   5143
----------------------------------  | ------------------------------
Avr:             377    849   3201  |              376   1427   5370
Tot:             377   1138   4286

  • 测试结果图表展示

CPU多核性能对比测试二

  • 测试工具软件 smallpt,需下载源码编译,详细的下载编译使用请参考这里
  • 测试方法

### 对于Apalis iMX8QM

$ taskset -c 0-5 time ./smallpt 100

### 对于其他模块

$ taskset -c 0-3 time ./smallpt 100


  • 测试结果

Apalis iMX8QM 2xA72+4xA53

root@apalis-imx8:~# taskset -c 0-5 time ./smallpt 100
Rendering (100 spp) 100.00%
real    1m 34.80s
user    9m 23.44s
sys     0m 0.03s

Colibri iMX8X 4xA35

root@colibri-imx8x-06748681:~# taskset -c 0-3 time ./smallpt 100                                    
Rendering (100 spp) 100.00%
real    3m 52.67s
user    15m 18.40s
sys     0m 0.13s

Verdin iMX8M Mini 4xA53

root@verdin-imx8mm:~#  taskset -c 0-3 time ./smallpt 100
Rendering (100 spp) 100.00%
real    2m 30.11s
user    9m 56.64s
sys     0m 0.06s

Verdin iMX8M Plus A53

root@verdin-imx8mp:~# taskset -c 0-3 time ./smallpt 100
Rendering (100 spp) 100.00%
real    2m 30.05s
user    9m 56.26s
sys     0m 0.07s

  • 测试结果图表展示

内存性能测试

测试工具软件 stream,测试Linux BSP自带。另外BSP中还有其他内存测试工具,比如 tinymembench,有兴趣的读者可以自行测试。

测试方法

### 对于Apalis iMX8QM,分别测试A72核心和A53核心

$ taskset -c 4-5 stream && taskset -c 0-3 stream 

### 对于其他模块

$ taskset -c 0-3 stream

  • 测试结果

Apalis iMX8QM 2xA72

root@apalis-imx8:~# taskset -c 4-5 stream
STREAM copy latency: 2.60 nanoseconds
STREAM copy bandwidth: 6159.37 MB/sec
STREAM scale latency: 2.57 nanoseconds
STREAM scale bandwidth: 6232.96 MB/sec
STREAM add latency: 4.52 nanoseconds
STREAM add bandwidth: 5312.67 MB/sec
STREAM triad latency: 4.52 nanoseconds
STREAM triad bandwidth: 5305.04 MB/sec

Apalis iMX8QM 4xA53

root@apalis-imx8:~# taskset -c 0-3 stream
STREAM copy latency: 5.88 nanoseconds
STREAM copy bandwidth: 2722.48 MB/sec
STREAM scale latency: 7.44 nanoseconds
STREAM scale bandwidth: 2149.96 MB/sec
STREAM add latency: 13.36 nanoseconds
STREAM add bandwidth: 1796.68 MB/sec
STREAM triad latency: 15.41 nanoseconds
STREAM triad bandwidth: 1557.53 MB/sec

Colibri iMX8X 4xA35

root@colibri-imx8x-06748681:~# taskset -c 0-3 stream
STREAM copy latency: 5.94 nanoseconds
STREAM copy bandwidth: 2695.42 MB/sec
STREAM scale latency: 8.78 nanoseconds
STREAM scale bandwidth: 1821.91 MB/sec
STREAM add latency: 13.61 nanoseconds
STREAM add bandwidth: 1763.93 MB/sec
STREAM triad latency: 15.72 nanoseconds
STREAM triad bandwidth: 1526.23 MB/sec

Verdin iMX8M Mini 4xA53

root@verdin-imx8mm:~#  taskset -c 0-3 stream
STREAM copy latency: 4.17 nanoseconds
STREAM copy bandwidth: 3839.23 MB/sec
STREAM scale latency: 5.46 nanoseconds
STREAM scale bandwidth: 2928.26 MB/sec
STREAM add latency: 9.13 nanoseconds
STREAM add bandwidth: 2628.41 MB/sec
STREAM triad latency: 10.70 nanoseconds
STREAM triad bandwidth: 2242.15 MB/sec

Verdin iMX8M Plus 4xA53

root@verdin-imx8mp:~# taskset -c 0-3 stream
STREAM copy latency: 3.06 nanoseconds
STREAM copy bandwidth: 5226.20 MB/sec
STREAM scale latency: 5.30 nanoseconds
STREAM scale bandwidth: 3020.58 MB/sec
STREAM add latency: 8.58 nanoseconds
STREAM add bandwidth: 2797.53 MB/sec
STREAM triad latency: 10.22 nanoseconds
STREAM triad bandwidth: 2348.11 MB/sec

测试结果图表展示


GPU性能测试

  • 测试工具软件glmark2-es2-wayland,测试Linux BSP自带。Apalis iMX8/Colibr iiMX8X连接LVDS液晶屏,分辨率为1280x800; Verdin iMX8MM/iMX8MP连接HDMI显示器,分辨率1920x1080。
  • 测试方法

### 保证测试输出分辨率统一为 1280x800 ###

### Apalis iMX8/Colibri iMX8X

$ glmark2-es2-wayland --fullscreen

### Verdin iMX8MM/iMX8MP

$ glmark2-es2-wayland --size 1280x800


  • 测试结果

Apalis iMX8QM 2x GC7000XSVX GPU

root@apalis-imx8:~# glmark2-es2-wayland --fullscreen
EGL: Warning: No default display support on wayland
=======================================================
  glmark2 2017.07
=======================================================
  OpenGL Information
  GL_VENDOR:     Vivante Corporation
  GL_RENDERER:   Vivante GC7000XSVX
  GL_VERSION:    OpenGL ES 3.2 V6.4.3.p1.305572
=======================================================
......
=======================================================
                                glmark2 Score: 1308 
=======================================================

Colibri iMX8X 1x GC7000L GPU

root@colibri-imx8x-06748681:~# glmark2-es2-wayland --fullscreen
EGL: Warning: No default display support on wayland
=======================================================
  glmark2 2017.07
=======================================================
  OpenGL Information
  GL_VENDOR:     Vivante Corporation
  GL_RENDERER:   Vivante GC7000L
  GL_VERSION:    OpenGL ES 3.1 V6.4.3.p1.305572
=======================================================
......
=======================================================
                                glmark2 Score: 516 
=======================================================

Verdin iMX8M Mini 1x GC7000NanoUltra GPU

root@verdin-imx8mm:~# glmark2-es2-wayland --size 1280x800
EGL: Warning: No default display support on wayland
=======================================================
  glmark2 2017.07
=======================================================
  OpenGL Information
  GL_VENDOR:     Vivante Corporation
  GL_RENDERER:   Vivante GC7000NanoUltra
  GL_VERSION:    OpenGL ES 2.0 V6.4.3.p1.305572
=======================================================
......
=======================================================
                                glmark2 Score: 165 
=======================================================

Verdin iMX8M Plus 1x GC7000UL GPU

root@verdin-imx8mp:~# glmark2-es2-wayland --size 1280x800
EGL: Warning: No default display support on wayland
=======================================================
  glmark2 2017.07
=======================================================
  OpenGL Information
  GL_VENDOR:     Vivante Corporation
  GL_RENDERER:   Vivante GC7000UL
  GL_VERSION:    OpenGL ES 3.1 V6.4.3.p1.305572
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                                glmark2 Score: 521 
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  • 测试结果图表展示


总结

本文从CPU、GPU、内存等几个方面简单对NXP iMX8系列嵌入式ARM处理器家族产品进行了一些benchmark测试,从结果可以看到iMX8QM各方面性能都是非常领先的;iMX8X强调功耗性能比,非常均衡;iMX8M Mini和iMX8M Plus在CPU方面基本相当,GPU则是iMX8M Plus领先巨大,同时iMX8M Plus还拥有一个神经网络算法加速的NPU核心,综合下来iMX8M Plus性能还是好于iMX8M Mini。

参考文献

https://developer.toradex.cn/knowledge-base/board-support-package/openembedded-core
https://developer.toradex.cn/knowledge-base/toradex-easy-installer-os-and-demo-images

Author: 秦海,技术销售工程师,韬睿(上海)
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