ODROID-H2: Un Nuevo y Flamante Dispositivo de Plataforma X86

La nueva plataforma Intel de Hardkernel, el ODROID-H2, estará disponible en noviembre de 2018. Hay muchas ventajas que nos han animado a adentrarnos en el mundo de las plataformas x86, de igual forma que lo hizo la arquitectura ARM:

La plataforma x86 (x64) tiene un soporte de software Linux bastante decente
El último Kernel 4.18 funciona de serie a la perfección (Ubuntu 18.10 actualmente)
Los modernos drivers de la GPU OpenGL 4.5, OpenCL 2.0, Wayland y Vulkan funcionan a través de la librería Mesa estándar
El decodificador y codificador de video por hardware MPEG2/MPEG4/H.264/H.265/VP8/VP9 funciona con el estándar VAAPI
La plataforma x86 (x64) cuenta con unas interfaces de hardware muy potentes
Interfaces DRAM de 64 bits de doble canal para un procesamiento de datos mucho más rápido
Múltiples salidas de video
Múltiples carriles PCIe
Múltiples hubs root USB 3.0/2.0
Múltiples puertos Ethernet
Múltiples puertos SATA

Historia del proyecto

En octubre de 2015, empezamos a desarrollar la primera placa ODROID basada en x86 con la CPU Intel Cherry Trail x5-Z8500 de 2,2 Ghz, que se suponía que iba a ser el ODROID-H. En 2015 y 2016, existían varios ordenadores de placa reducida en el mercado que utilizaban la CPU Intel x5-Z8300 de 1,8 GHz de cuatro núcleos procedentes de otros fabricantes.

Observamos una significativa diferencia de rendimiento con Z8500 2.2Ghz. Estaba a otro nivel. Después de 3 meses con esquemas y diseñando la PCB, empezamos el proceso de fabricación. Nos enfrentamos al gran problema de que el Z8500 tenía un tono muy fino de BGA, lo cual aumentaba el coste de la PCB y el coste de fabricación dos veces más de lo esperado. El Z8300 tenía 592 pines, mientras que el Z8500 tenía 1380 pines. La contratación de la RAM LPDDR3 supuso otro gran obstáculo. El Z8300 era compatible con DDR3 normal, mientras que el Z8500 solo era compatible con LPDDR3, que es bastante más cara y con un plazo de entrega bastante mayor. La CPU Z8500 en sí era muy competitiva, pero no era lo suficiente cuando llegó el momento de crear el producto final.

En agosto de 2016, empezamos otro diseño de placa x86 con la CPU Intel Braswell N3160. Gracias a los conocimiento y lecciones aprendidas de la serie anterior, el segundo desarrollo fue más rápido y tuvo más éxito. Esta vez, denominados al proyecto ODROID-H1. Fabricamos la primera muestra de ingeniería en febrero de 2017 con 8GB de memoria DDR3 integrada. El ODROID-H1 fue usado para un proyecto dedicado y el resultado fue bastante satisfactorio. Sin embargo, la siguiente generación de CPU Intel Apollo Lake ya estaba disponible en el mercado, y pensamos que Braswell ya no sería competitiva en el mercado genérico de SBC. Además, el problema de la escasez de chips DDR3 de 1 GB también influyo en el bloqueo del lanzamiento del modelo H1.

En diciembre de 2017, consideramos la posibilidad de usar el procesador móvil AMD Ryzen 5 2500U 3.5GHz. El rendimiento era impresionante, pero el precio de la CPU era demasiado elevado. Afortunadamente, Intel también anunció los procesadores Gemini Lake. Eran más lento que el Ryzen, pero mucho más rápido que el Intel Apollo Lake, y el precio era razonable. Finalmente, decidimos fabricar un ordenador de placa reducida de última generación denominado ODROID-H2 con las siguientes especificaciones:

Procesador J4105 Quad-core a 2,3 GHz (14nm) con 4MiB de Cache
Memoria de doble canal DDR4-PC19200 (2400MT/s)
Un total de 32GB de espacio para RAM con dos ranuras SO-DIMM
4 x PCIe 2.0 para un almacenamiento NVMe
2 x Puertos Ethernet Gbit
2 x SATA 3.0
Acelerador SSE4.2 (SMM, FPU, NX, MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4.1, SSE4.2, AES)
Gráficos UHD Intel (Gen9.5) 600 (GT1) 700 MHz
Salidas de Video HDMI 2.0 y DP 1.2

Empezamos a diseñar el hardware en marzo de 2018, y fabricamos las primeras muestras de ingeniería en julio. Tras solucionar algunos problemas de hardware, tuvimos listas las segundas muestras de ingeniería en septiembre. Todo salió bien y pasamos los test de certificación FCC, CE, KC y RoHS en los últimos meses. Comenzaremos la producción en masa del ODROID-H2 en pocas semanas, y nuestro primer envío estará disponible para fines de noviembre.

El ODROID-H2 incluye un gran disipador de calor, que nos proporcionara una experiencia informática silenciosa y potente. El tamaño de la placa es de aproximadamente 110x110x43 mm y pesa aproximadamente 320 gramos, incluyendo el disipador de calor, dos módulos DRAM y el SSD M.2 NVMe.

Figura 2 –Diagrama por bloques e interconexiones del ODROID-H2

Figura 3 - Primer plano de la PCB ODROID-H2

Figura 4 - Primer plano de la PCB ODROID-H2

Figura 5 - Primer plano de la PCB ODROID-H2

Analizamos la frecuencia de la CPU y las peculiaridades térmicas con el disipador de calor pasivo. La Figura 6 muestra el resultado de la medición de temperatura de una CPU quad-core bajo una alta carga de trabajo durante tres horas. La frecuencia permanece a 2,3 GHz sin estrangulamiento y la temperatura se mantiene por debajo de los 80 °C. La temperatura ambiente es de 25 ° C aprox. La prueba se ejecutó usando el siguiente comando:

$ stress-ng --cpu 4 --cpu-method matrixprod

Figura 6 - Resultados de la prueba de esfuerzo de la CPU del ODROID-H2

También medimos el consumo de energía con el almacenamiento eMMC tras iniciar Ubuntu 18.10:

Sistema sin actividad: 4 vatios (aprox.)
CPU a pleno rendimiento: 14 vatios (aprox.)
CPU + GPU a pleno rendimiento: 22 vatios (aprox.)
Sistema Apagado: 0,5 vatios (aprox.)
Sistema en suspensión: 0.6 vatios (aprox.)

Rendimiento de almacenamiento

Probamos los sistemas de almacenamiento eMMC, USB 3.0, SATA3 y NVMe con el siguiente comando:

$ iozone -e -I -a -s 100M -r 4k -r 16384k -i 0 -i 1 -i 2

Cabe señalar que el SSD conectado a la interfaz PCIe de 4 carriles M.2 MVMe tiene una tasa de transferencia de más de 1.6GiB/seg.

Figura 7 - Resultados de las pruebas de rendimiento de los sistemas de almacenamiento del ODROID-H2

También medimos el rendimiento de la transcodificación de video con una prueba desde el 4K/H.265 al 720p/H.264. La transcodificación de video 4K/H.265 a 720p/H.264 con una aceleración por hardware completa se podía realizar con FFmpeg en VAAPI. Sorprendentemente, un archivo de 10 minutos de video 4K/30Hz podía transcodificarse a video de 720p/30Hz en 3 minutos. También observamos que cuando se configura la memoria de doble canal, el rendimiento de la transcodificación es aproximadamente un 25% más rápido.

Figura 8 - Resultados de las pruebas de transcodificación de video en el ODROID-H2

La doble salida de pantalla 4K/60Hz es fantástica con los puertos HDMI 2.0 y DP 1.2, tal y como se puede apreciar en la Figura 9.

Figura 9: Ejemplo de WebGL acelerado por hardware ejecutándose a una resolución de 7680x2106

El video https://youtu.be/heb1VC5FbIM muestra lo bien que funciona el ODROID-H2, utilizando Ubuntu 18.10 con Kernel 4.18 desde el almacenamiento eMMC. Al ejecutar Dolphin en Ubuntu y habilitar el controlador GOU Vulkan, podíamos jugar a juegos de la Wii sin problemas.

Virtualización de hardware con tecnología VT-x.

Windows 10 puede ejecutarse en Ubuntu como sistema operativo invitado. Dos de los cuatro núcleos de CPU y 4 GB de los 8 GB están asignados para el sistema operativo invitado. Lo probamos con el reciente VirtualBox. Testearemos el rendimiento de la aceleración 3D/2D via HW en el sistema operativo invitado más adelante.

El precio de ODROID-H2 se anunciará oficialmente el próximo mes cuando empiece la venta. Está previsto que el precio supere los 100$.

ODROID-N2

Cuando nos dimos por vencidos con el N1, el N2 (basado en ARM Cortex A73) ya se encontraba en camino. Hasta ahora, está funcionando muy bien en la etapa de evaluación, pero aún necesitamos algo más de tiempo para verificar la estabilidad del hardware y del software. Pondremos un anuncio en los foros de ODROID (https://forum.odroid.com) tan pronto como esté disponible para el público.

Carcasas

Hemos presentado muchos tipos de carcasas diferentes para las anteriores placas ODROID. Para el ODROID-H2, nos complace anunciar 4 tipos de carcasas. Están diseñadas partiendo de nuestras propias experiencias y de lo que hemos aprendido de los foros. Todos ellas están creadas con panel acrílico, puedes fabricarlas por ti mismo con facilidad.

Tipo-I

Básicamente se trata de un diseño muy similar al ODROID CloudShell 2, que puede montar hasta dos unidades de 3.5". Similar al ODROID CloudShell 2, esta carcasa también cuenta con un ventilador de 90 mm para que el aire caliente salga de la placa y las unidades. Puesto que ODROID-H2 es compatible con la interfaz SATA nativa, a diferencia del ODROID CloudShell 2 que utiliza el puente USB 3.0 a SATA con ODROID-XU4, las unidades se pueden conectar con cables.

Figura 11 - Prototipo de diseño de la carcasa ODROID-H2

Figura 12 - Prototipo de diseño de la carcasa ODROID-H2

Figura 13 - Prototipo de diseño de la carcasa ODROID-H2

Tipo-II

Puedes anexar tu ODROID a la parte trasera de una pantalla para que tu mesa esté más ordenada. El Tipo II es una carcasa que puede ser instalada mediante un soporte de montaje VESA en la parte inferior del mismo y colgar éste en tu monitor o televisor. Por defecto, se incluye una rejilla de ventilador de 90 mm en lugar de añadir agujeros al panel superior para que pase el aire. Esperamos usarlo únicamente con un disipador de calor pasivo, pero si desea disipar el aire caliente para mayor seguridad, puedes colocar un ventilador normal de PC de 90 mm y cubrirlo con la rejilla.

Figura 14 - Prototipo de diseño de la carcasa del ODROID-H2.

Figura 15 - Prototipo de diseño de la carcasa del ODROID-H2.

Figura 16 - Prototipo de diseño de la carcasa del ODROID-H2.

Figura 17 - Prototipo de diseño de la carcasa del ODROID-H2.

Tipo-III

El ODROID-H2 tiene una ranura NVMe en la parte inferior y puede usarse como almacenamiento primario, pero también puede que necesites más almacenamiento. La carcasa del Tipo III sería una buena opción si necesitas conectar una o dos unidades de 2.5". Tanto el Tipo III como el Tipo IV cuenta con suficiente espacio para las unidades.

Figura 18 - Prototipo de diseño de la carcasa del ODROID-H2

Figura 19 - Prototipo de diseño de la carcasa del ODROID-H2

Tip-IV

Si no está satisfecho con la carcasa Tipo III, ya que no puedes conectar una unidad de 3.5 ", puede considerar la carcasa Tipo IV. La función básica y el diseño son muy similares al Tipo III, pero se amplía el espacio inferior lo suficiente como para montar una unidad de 3,5 ". Hay una pieza que puede albergar tus unidades y al moverla, permite montar dos unidades de 2.5 "o una unidad de 3.5". Desafortunadamente, no puede montar dos unidades de diferente tamaño al mismo tiempo debido a su arquitectura.