Rockchip RK3399: Ein umfassender Überblick über den leistungsstarken SoC

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Der Rockchip RK3399 ist ein hochleistungsfähiger System-on-Chip (SoC), der für seine Vielseitigkeit und Leistung in einer Vielzahl von Anwendungen bekannt ist, darunter Einplatinencomputer (Single Board Computers, SBCs), Tablets, Smart-Home-Geräte, Virtual-Reality-Systeme (VR) und industrielle Steuerungen. Seit seiner Einführung im Jahr 2016 hat sich der RK3399 als eine der führenden Lösungen im Embedded-Computing-Segment etabliert.

1. Technische Spezifikationen des RK3399

Der RK3399 basiert auf der ARM big.LITTLE-Architektur, die eine Kombination aus leistungsstarken und energieeffizienten Kernen bietet. Dies macht ihn ideal für Anwendungen, die sowohl hohe Rechenleistung als auch geringe Energieaufnahme erfordern. Im Folgenden die wichtigsten Spezifikationen:

Prozessor (CPU)

  • Architektur: big.LITTLE-Design mit zwei Clustern:
    • High-Performance-Cluster: Dual-Core ARM Cortex-A72, bis zu 1,8 GHz (in einigen Geräten übertaktbar auf 2,0 GHz).
    • Low-Power-Cluster: Quad-Core ARM Cortex-A53, bis zu 1,4 GHz.
  • Befehlssatz: ARMv8-A, 64-Bit, mit Unterstützung für ARM Neon (SIMD) zur Beschleunigung von Medien- und Signalverarbeitung.
  • Cache:
    • Cortex-A72: 48 KB L1-Befehlscache + 32 KB L1-Datencache pro Kern, 1 MB gemeinsamer L2-Cache.
    • Cortex-A53: 32 KB L1-Befehlscache + 32 KB L1-Datencache pro Kern, 512 KB gemeinsamer L2-Cache.

Grafikprozessor (GPU)

  • Modell: ARM Mali-T860 MP4 (vier Kerne).
  • Unterstützte APIs:
    • OpenGL ES 1.1/2.0/3.0/3.1/3.2
    • Vulkan 1.0
    • OpenCL 1.1/1.2
    • OpenVX 1.0
    • DirectX 11.1
  • Funktionen: Unterstützung für ASTC (Adaptive Scalable Texture Compression), Smart Composition, Local Pixel Storage. Die GPU bietet etwa 45 % mehr Leistung im Vergleich zur vorherigen Generation.

Videoverarbeitung

  • Dekodierung:
    • 4K VP9, H.265/H.264 bei bis zu 60 fps.
    • Unterstützung für 10-Bit H.264/H.265.
  • Kodierung:
    • H.264/MVC/VP8 bei bis zu 1080p@30fps.
  • Weitere Funktionen: Integrierter Bildvor- und -nachprozessor, Unterstützung für hochwertige JPEG-Kodierung/Dekodierung.

Arbeitsspeicher

  • Speicherschnittstelle: Dual-Channel DDR3/DDR3L/LPDDR3/LPDDR4, bis zu 1866 MHz.
    • Unterstützt 16- oder 32-Bit-Datenbreite pro Kanal.
    • Maximal 4 GB Adressraum (2 Ranks pro Kanal).
  • Speicheroptionen:
    • eMMC: Kompatibel mit JEDEC eMMC 5.0/5.1, unterstützt HS400, HS200, DDR50.
    • SD/MMC: Zwei MMC-Schnittstellen, unterstützt SD 3.0, MMC 4.51, konfigurierbar als SDIO.
    • PCIe: Integrierte PCIe-Schnittstelle für Hochgeschwindigkeits-Wi-Fi oder Speichererweiterungen.

Anzeigeschnittstellen

  • HDMI: Unterstützt HDMI 1.4/2.0, bis zu 4K@60fps, kompatibel mit HDCP 1.4/2.2.
  • MIPI DSI: Unterstützt Auflösungen bis 2560×1600, Dual-Display-fähig.
  • eDP: Entspricht eDP 1.3 oder höher.
  • DisplayPort: Unterstützt DisplayPort 1.2, kompatibel mit HDCP 2.2, über USB Type-C mit DP Alt Mode.
  • VOP: Zwei integrierte Videoausgabeprozessoren (VOP) mit Unterstützung für AFBC (ARM Frame Buffer Compression).

Konnektivität

  • USB:
    • Zwei USB3.0 Type-C-Schnittstellen mit Unterstützung für Audio/Video-Ausgabe (DisplayPort-Modus).
    • Mehrere USB2.0-Host-Schnittstellen.
  • Ethernet: Unterstützt Gigabit-Ethernet (GbE), einige Geräte mit Dual-GbE.
  • WLAN/Bluetooth: Unterstützung über PCIe oder SDIO (externe Module erforderlich).
  • PCIe: Integrierte PCIe-Schnittstelle für 4G-LTE-Module oder NVMe-SSDs.
  • Weitere Schnittstellen: SPI, I2C, UART, GPIO, ADC.

Audio

  • I2S/PCM: Drei I2S/PCM-Schnittstellen:
    • I2S0/I2S2: Unterstützung für 8-Kanal-TX/RX.
    • I2S1: Unterstützung für 2-Kanal-TX/RX.
    • I2S2: Intern mit HDMI und DisplayPort verbunden.
  • SPDIF: Unterstützt 2-Kanal-Audioausgabe (16-31 Bit).
  • Mikrofon: Unterstützung für 8-Kanal-Digitalmikrofon-Arrays.

Kamera

  • MIPI CSI: Unterstützt Dual-Channel MIPI CSI, bis zu 800 MPixel/s.
  • ISP: Zwei ISPs mit Unterstützung für 3D- und Tiefeninformationsverarbeitung.

Weitere Eigenschaften

  • Fertigungsprozess: 28nm HKMG.
  • Leistungsaufnahme: Optimiert für geringe Energieaufnahme, ideal für mobile und eingebettete Geräte.
  • Timer und Watchdog:
    • 14 64-Bit-Timer (nicht sicherheitskritisch), 12 sichere Timer.
    • 4 PWM, 3 32-Bit-Watchdogs.
  • Betriebssysteme:
    • Android (6.0 bis 9.0 und höher)
    • Linux (Debian, Buildroot, u.a.)
    • Unterstützung für U-Boot, Linux-Kernel, Grafik- und Videounterstützung.

2. Hauptmerkmale des RK3399

Der RK3399 zeichnet sich durch seine Vielseitigkeit und Leistung aus. Hier sind die wichtigsten Merkmale:

  1. Leistungsstarke CPU und GPU:
    • Die Cortex-A72-Kerne bieten hervorragende Single-Thread-Leistung für rechenintensive Aufgaben.
    • Die Mali-T860 MP4 GPU eignet sich für Spiele, Multimedia und VR-Anwendungen.
  2. Umfassende Multimedia-Unterstützung:
    • 4K-Videodekodierung und -anzeige für Digital Signage und Mediaplayer.
    • Hardwarebeschleunigte Video-Kodierung/Dekodierung entlastet die CPU.
  3. Flexible Konnektivität:
    • USB3.0 Type-C, PCIe und Gigabit-Ethernet ermöglichen zahlreiche Erweiterungen.
    • Unterstützung für 4G LTE, Wi-Fi und Bluetooth.
  4. Leistungsstarke Anzeigefunktionen:
    • Mehrere Anzeigeausgänge (HDMI, MIPI DSI, eDP, DisplayPort).
    • Ideal für Dual-Display- und High-End-Anzeigeanwendungen.
  5. Open-Source-Unterstützung:
    • Rockchip bietet umfangreiche Open-Source-Ressourcen, einschließlich Linux-Kernel, U-Boot und Hardwaredokumentation (verfügbar auf GitHub und Rockchip-Wiki).
    • Unterstützung für Panfrost, einen Open-Source-Treiber für Mali-GPUs.
  6. AI- und Erweiterungsfähigkeit:
    • Unterstützung für TensorFlow Lite und Android NN API für einfache KI-Anwendungen.
    • Die Variante RK3399Pro integriert eine 3.0 TOPS NPU für erweiterte KI-Funktionen.
  7. VR-Unterstützung:
    • Bildschirmlatenz unter 20 ms, Unterstützung für 90 Hz und 2K-Displays mit geringer Persistenz, ideal für immersive VR-Erlebnisse.

3. Anwendungen des RK3399

Die hohe Leistung und die vielfältigen Schnittstellen machen den RK3399 für zahlreiche Anwendungen geeignet:

Unterhaltungselektronik

  • Einplatinencomputer (SBCs):
    • Bekannte Produkte: Orange Pi RK3399, Rock Pi 4, Pine64 RockPro64, NanoPi M4B, Khadas Edge.
    • Konkurrenz zu Raspberry Pi, mit überlegener Leistung und 4K-Unterstützung.
  • Tablets und Chromebooks:
    • Beispiele: Asus Chromebook Flip C101PA, Samsung Chromebook Plus.
  • TV-Boxen und Gaming-Geräte:
    • Unterstützt 4K-Videowiedergabe und 3D-Spiele.
  • Virtual Reality (VR):
    • Niedrige Latenz und hohe Bildwiederholraten für immersive Erlebnisse.

Industrie und Embedded

  • Industrielle Automatisierung:
    • Einsatz in Robotik, Steuerungssystemen und POS-Terminals.
  • Digital Signage:
    • Unterstützt Mehrfachanzeigen und hochauflösende Videowiedergabe.
  • Smart Home:
    • Einsatz in Smart Gateways und Sprachsteuerungsgeräten (8-Kanal-Mikrofon-Array).
  • Internet der Dinge (IoT):
    • Unterstützung für drahtlose Konnektivität und Sensoren.
  • Sicherheitsüberwachung:
    • Dual ISP und MIPI CSI für hochauflösende Kameras und Videoanalyse.

Weitere Anwendungen

  • Automotive:
    • Einsatz in Navigations- und Infotainmentsystemen.
  • VOIP-Videokonferenzen:
    • Unterstützt hochauflösende Video- und Audiobearbeitung.
  • Einzelhandel und POS:
    • Integration von Zahlungs-, Anzeige- und Netzwerkfunktionen.

4. Entwicklungsunterstützung

Rockchip bietet umfassende Unterstützung für Entwickler, um die Integration des RK3399 zu erleichtern:

  • Open-Source-Ressourcen:
    • Linux-Kernel, U-Boot, Treiber und Hardwaredokumentation sind auf GitHub und dem Rockchip-Wiki verfügbar.
    • Unterstützung für Panfrost Open-Source-GPU-Treiber.
  • Entwicklungsboards:
    • Bekannte Boards: Firefly RK3399, Boardcon EM3399, 96Boards RK1808.
    • Einige Boards entsprechen dem 96Boards-Standard (z. B. Geniatech SOM3399) für modulare Entwicklung.
  • Firmware-Updates:
    • Das Tool upgrade_tool ermöglicht Firmware-Updates unter Linux.
    • Schritte: USB-OTG-Verbindung, Recovery-Modus, Befehle wie upgrade_tool di -k kernel.img.
  • SDKs:
    • Unterstützung für Debian, Buildroot, Android SDK für schnelle Entwicklung und Anpassung.
  • Community-Unterstützung:
    • Aktive Entwickler-Community, unterstützt von Rockchip und Drittanbietern wie Pine64 und Orange Pi.

5. Vergleich und Positionierung

Vergleich mit anderen Rockchip-SoCs

  • RK3288:
    • Quad-Core Cortex-A17, Mali-T760 MP4 GPU, geringere Leistung.
    • Geeignet für kostengünstige IoT- und Multimedia-Anwendungen.
  • RK3566:
    • Quad-Core Cortex-A55, Mali-G52 GPU, geringerer Stromverbrauch, aber schwächere Leistung.
    • Für Einsteiger-SBCs und IoT.
  • RK3588:
    • Quad-Core Cortex-A76 + Quad-Core Cortex-A55, Mali-G610 GPU, deutlich leistungsstärker.
    • 2020 eingeführt, ersetzt RK3399 als Flaggschiff-SoC.

Vergleich mit Konkurrenten

  • Amlogic A311D:
    • Quad-Core Cortex-A73 + Dual-Core Cortex-A53, 5.0 TOPS NPU.
    • Stärkere Multimedia-Funktionen (z. B. HDR), aber weniger ausgereifte KI-Unterstützung.
    • Benchmarks zeigen ca. 40 % höhere CPU-/GPU-Leistung.
  • Qualcomm Snapdragon:
    • Integrierte Mobilfunkmodems, ideal für Smartphones/Tablets, aber teurer.
    • RK3399 punktet mit Open-Source-Unterstützung und Kosten.
  • Raspberry Pi SoC (Broadcom):
    • BCM2711 (Raspberry Pi 4) schwächer bei GPU und 4K-Videoverarbeitung.
    • RK3399 besser für High-End-Multimedia.

Marktpositionierung

  • Der RK3399 war 2016 Rockchips Flaggschiff-SoC für High-End-Embedded- und Unterhaltungsanwendungen.
  • Konkurrenzfähig zu Raspberry Pi, besonders für 4K-, KI- oder Multimedia-Projekte.
  • Obwohl vom RK3588 abgelöst, bleibt der RK3399 dank seines ausgereiften Ökosystems und günstiger Kosten relevant.

6. Vor- und Nachteile

Vorteile

  • Leistungsstarke CPU/GPU für komplexe Berechnungen und Grafikverarbeitung.
  • Umfangreiche Schnittstellen (USB3.0, PCIe, HDMI 2.0) für hohe Erweiterbarkeit.
  • Starke Multimedia-Funktionen für 4K und VR.
  • Umfassende Open-Source-Unterstützung.
  • Gute Balance zwischen Leistung und Energieeffizienz.

Nachteile

  • 28nm-Prozess veraltet, höherer Stromverbrauch/Wärmeentwicklung als moderne SoCs (z. B. RK3588 mit 8nm).
  • Keine integrierte NPU (außer in RK3399Pro).
  • Manche Entwicklungsboards teurer als Raspberry Pi.
  • Dokumentation und Firmware-Updates weniger umfassend als bei Raspberry Pi.

7. Beispiele für RK3399-Produkte

  • Orange Pi RK3399:
    • 2GB/4GB DDR3, 16GB eMMC, unterstützt Android 6.0/Linux.
    • Ideal für DIY-Projekte und Bildung.
  • Pine64 RockPro64:
    • 4GB LPDDR4, PCIe-Erweiterung, Linux/Android-Unterstützung.
    • Für Entwickler und Server-Anwendungen.
  • Firefly RK3399:
    • Unterstützt Android 7.1/9.0, Debian, für Industrie und IoT.
  • Asus Chromebook Flip C101PA:
    • Leichtes Design, Chrome OS, für Bildung und Büro.
  • Boardcon EM3399:
    • Industrielles SBC, anpassbar für Automatisierung.

8. Entwicklung und Beschaffung

  • Entwicklungsressourcen:
  • Beschaffung:
    • RK3399-Chips über Distributoren wie IC-Components.com.
    • SBCs und Entwicklungsboards bei DigiKey, Mouser, AliExpress oder Hersteller-Websites (z. B. Firefly, Orange Pi).
  • Preise:
    • RK3399-Chip: ca. 10-20 USD (je nach Menge).
    • RK3399-SBCs: 50-150 USD, je nach Konfiguration.

Der Rockchip RK3399 ist ein vielseitiger und leistungsstarker SoC, der durch seine hohe Rechenleistung, umfangreichen Schnittstellen und Open-Source-Unterstützung überzeugt. Obwohl er vom moderneren RK3588 abgelöst wurde, bleibt der RK3399 eine kostengünstige und zuverlässige Wahl für Einplatinencomputer, industrielle Anwendungen, Smart-Home-Geräte und Multimedia-Projekte. Seine Fähigkeit, 4K-Video, KI und VR zu unterstützen, macht ihn besonders attraktiv für Entwickler und Hersteller.

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