树莓派5来了,工程师怎么看

发布时间:2023-10-10  

距离树莓派发布上一代产品(rpi4 @2019)已有4年,树莓派4也曾在一段时间内炒到“天价”,成为理财产品,甚至之前还有新闻说今年不会更新。


但现在,树莓派正式公布第五代信息,并准备在10月23日发售。虽然整体性能有了巨量提升,但也被人吐槽“挤牙膏”,不如RK3588,同时也因电源变为5V/5A,而被人怀疑强制绑定官方电源、散热配件。


巧合的是,适逢树莓派公司继续闯关上市。这两日树莓派CEO Eben Upton表示,树莓派已经做好在伦敦交易所上市的准备,而此前树莓派因全球芯片短缺和上市环境不佳,2021年上市计划被推迟,彼时估值超过5亿美元。


那么,新品有什么看点,工程师怎么看待这款新品?


付斌丨作者

电子工程世界(ID:EEworldbbs)丨出品

有什么亮点值得关注 

树莓派5一经公开,就广受工程师讨论。(原贴地址:树莓派5发布了,变化很大 http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1258069-1-1.html)

 

首先,先说最关心的价格,分两个版本:

  • 4GB RAM版本:  60美元;

  • 8GB RAM版本:80美元。

 

变化/亮点省流版:

  • SoC: BCM2712 Cortex-A76x4 @2.4GHz,16nm工艺,相比树莓派4拥有2~3倍性能提升;

  • 双4kp60 HDMI输出;

  • 支持SDR104模式(UHS-I)的更快的SD接口,国外媒体实测能到 90MB+的速度;

  • 新增PICO团队自主设计的 RP1 "southbridge" 南桥芯片(位于USB接口后面),用于桥接 PCIe、USB、GPIO、LAN、CSI/DSI等接口,使得2xUSB3.0同时支持5Gbps的速率;

  • PCIe 2.0x1 接口(FPC插座形式),支持M.2 SSD(需HAT转接板);

  • 4pin风扇接口,支持PWM调速和转速反馈,用于主动散热(官方主动散热套件很帅,5美刀价格也还不错;

  • 新加一片瑞萨的DA9109 PMIC (Type-C接口后面),提供功耗测量功能了,USB-PD供电支持;

  • RTC及RTC电池供电;

  • 支持以太网供电 (PoE),但您需要购买新的PoE HAT才能使用;

  • 独立的3pin URAT接口,方便调试;

  • 电源按键!(极其先进);

  • 40pin GPIO 采用 SMD形式焊接;

  • 移除3.5mm耳机和模拟视频接口,模拟视频改为一个 2pin引脚,音频输出需通过HDMI/USB;

  • 支持多摄像头,同时在编码方面,libcamera和Picamera2 Python模块也都支持多个摄像头;

  • 外形与前一代产品相似,但针对新的芯片组更新了一些新元素;

  • 树莓派操作系统将在10月中旬推出。

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综合来看:

  • 树莓派5做了很多的改进,增加了期盼已久的PCIe接口(虽然只是2.0,SSD还需要HAT转接);

  • CPU性能相对来说提升很大,但在Arm/类树莓派百花齐放的今天,算不上太强。

 

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树莓派5有三款新芯片,具体解析如下:

 

BCM2712

 

BCM2712是Broadcom的新款16nm应用程序处理器(AP),技术承接树莓派4的28nm的BCM2711 AP。

 

BCM2712拥有四核64位Arm Cortex-A76处理器,时钟频率为2.4GHz,每核512KB L2缓存和2MB共享L3缓存。Cortex-A76是Cortex-A72之后的三代微架构,每时钟(IPC)提供更多指令和每指令更低的能量。较新的核心、更高的时钟速度和更小的过程几何形状的组合产生了更快的树莓派。

 

BCM2712的GPU也更强了。Broadcom的VideoCore VII在剑桥开发,更新的VideoCore硬件视频缩放器(HVS)能够同时驱动两台4Kp60 HDMI显示器,从树莓派4上的单4Kp60或双4Kp30。Kp60 HEVC解码器和新的图像传感器管道(ISP)均由树莓派咖啡,完善了多媒体子系统。为了保持系统提供内存带宽,树莓派5有一个32位LPDDR4X SDRAM子系统,传输速率为4267MT/s,低于树莓派上的2000MT/s。

 

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RP1

 

RP1是树莓派5的I/O控制器,由树莓派提供RP2040微控制器的同一团队设计,并像RP2040一样在台积电成熟的40LP工艺上实现。它拥有两个USB 3.0和两个USB 2.0接口;一个千兆以太网控制器;两个用于相机和显示器的四通道MIPI收发器;模拟视频输出;3.3V通用I/O(GPIO);以及通常的GPIO多路低速接口(UART、SPI、I2C、I2S和PWM)。四通道PCI Express 2.0接口提供16Gb/s链接回BCM2712。

 

RP1早在2016年就开始开发,是树莓派实施持续时间最长、最复杂、也最昂贵(1500万美元)的项目。多年来,随着需求的变化,它经历了重大演变:树莓派上使用的C0步骤是芯片的第三次重大修订。虽然其接口与BCM2711的接口在细节上有所不同,但从功能角度来看,它们被设计为非常相似,确保了与早期树莓派设备的高度兼容性。

 

前几树莓派建立在整体AP架构上:虽然一些外围功能由外部设备(树莓派4上的Via Labs VL805 USB控制器和集线器以及早期产品上的Microchip LAN951x和LAN7515 USB集线器和以太网控制器芯片)提供,但几乎所有的I/O功能都集成到AP本身中。树莓派在早期就意识到,随着将AP迁移到逐渐更新制程工艺节点,这种方法最终在技术上和经济上都是不可持续的。

 

因此,树莓派5现在建立在小芯片(Chiplet)架构上。此处,AP只提供主要的快速数字功能、SD卡接口(由于电路板布局原因)和最快的接口(SDRAM、HDMI和PCI Express)。所有其他I/O功能都卸载到单独的I/O控制器上,在更旧、更便宜的制程工艺节点上实现,并通过PCI Express连接到AP。

 

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DA9091

 

电源芯片方面,搭载的是瑞萨(Renesas)DA9091“Gilmour”电源管理IC(PMIC),它集成了八个独立的开关模式电源,以产生电路板所需的各种电压,包括四相核心电源,能够提供20A的电流,为Cortex-A76核心和BCM2712中的其它数字逻辑芯片供电。

 

与BCM2712一样,DA9091是与爱丁堡的Renesas团队多年共同开发努力的产物,包括两个重要的功能:一是实时时钟(RTC),可由外部超级电容或可充电锂锰电池供电;另一个则是PC风格的电源按钮,支持硬断和软断电源和开机。

 

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整个芯片组,保留了树莓派4的两个元素:一个是提供双频802.11ac Wi-Fi和蓝牙5.0与低功耗蓝牙(BLE)的英飞凌CYW43455组合芯片,虽然芯片本身保持不变,但它配备了专用的开关电源导轨,以降低功耗,并通过升级的SDIO接口连接到BCM2712,该接口支持DDR50模式,以获得更高的潜在吞吐量;另一个是提供以太网连接的Broadcom BCM54213千兆以太网PHY,这是树莓派第一次尝试把它用45度角焊在板上,也是正交布局爱好者和该公司CTO的长久期盼。

 

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配件方面,树莓派5布局的改变和性能功耗改变都需新配件支持:

 

  • 10美元的树莓派5外壳:集成的2.79(最大)CFM风扇,外形和树莓派4一样,加入了不移除SD卡插入树莓派5开发板、使用垫片和GPIO接头扩展器在风扇顶部安装HAT的功能;

  • 5美元的主动散热器:超频玩家的专属;

  • 12美元的27W USB-C电源:因为从5V/3A变为5V/5A,所以当使用标准的5V/3A(15W)USB-C电源适配器时,默认情况下会将下游USB电流限制为600mA,以确保有足够的余量支持工作负载,这比树莓派4的1.2A限制要低。这款电源则支持5V/5A (25W) 工作模式,如果树莓派5固件检测到该产品,会将USB电流限制增加到1.6A,为下游USB设备提供5W的额外功率以及 5W的额外板载功率预算,看起来,这已经是一个轻薄笔记本的功耗量了。值得注意的是,用户可以选择覆盖电流限制,即使在使用3A适配器时也可以指定更高的值;

  • 摄像头和电缆:为了支持现有的摄像头和显示器用户,树莓派提供FPC摄像头和显示器电缆,电缆共有200mm(1美元)、300mm(2美元)和500mm(3美元)三种选择;

  • PoE+ HAT:2024年初,树莓派将提供新的PoE+ HAT,新布局中集成了一个平面变压器,并利用优化的反激变换器架构,在整个0~25W 输出功率范围内保持高效率;

  • M.2 HAT:树莓派最令人兴奋的新增功能之一是单通道 PCI Express 2.0 接口,2024年初,树莓派将提供一对机械适配器板,在该连接器和M.2标准配件之间进行转换,使用户能够连接 NVMe固态硬盘和其他M.2格式配件;

  • RTC电池:树莓派采购了松下锂锰可充电硬币电池,预安装的两针 JST 插头和粘合剂安装垫。价格为 5 美元,适合在主电源断开时为树莓派 5 实时时钟(RTC)供电。

 

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对比树莓派4,树莓派5的升级幅度不小。总结来说,就是性能更好了,视频播放更流畅了,存储带宽更大了,不止如此,RTC和电源按钮也是“史诗级”的更新。

 

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对于现在的产品线,Tom'Hardware给出了建议:不想买电源和主动散热器,就买树莓派4,虽然过了4年了,依然拥有坚如磐石的表现;如果不需要Linux,只要GPIO,就买8美元的树莓派Pico W,它已经证明自己是一款多功能且优秀的MCU;如果想要最好的单板计算机,那树莓派5就是最好的选择。

 

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树莓派至今发布型号汇总,制表丨电子工程世界

 

但很多人也表示,树莓派偏离了“人人买得起的计算机”的初心。所以,工程师们究竟怎么看待这个新品? 

反应悲观,但依然有铁粉 

EEWorld论坛上,许多工程师是树莓派的忠实粉丝,在他们看来,树莓派5的实用性升级不少,是工程师等了很久的升级,比如分离I/O桥、AP接口PCIe化、RTC、PWM风扇的升级对树莓派来说,都是划时代的。尤其是自研南桥,可能是为了换SoC做准备,甚至自研SoC。而现在树莓派5的整体形态也越来越接近计算机,而非传统的开发板发展,未来使用场景和应用可能都会有所改变。


但与此同时,工程师也认为,此次升级或许是为追上其它SBC平台,但升级后的CPU和GPU性能可能还是弱于RK3588,砍掉了视频编码器、3.5mm耳机接口,其次是GPIO、MIPI、SDIO都放在了自研南桥上,难于判定后期兼容性情况,与其它主流平台相比,亮点依然乏善可陈。

 

从Phoronix的基准测试中,可以看到BCM2712和RK3588打得有来有回,不过整体上,还是RK3588胜利项更多(不排除测试问题,更多测试数据可从参考文献中溯源)。同时树莓派5的内存带宽有所提升, 但仍不如大部分使用双通道内存的各种RK3588开发板.

 

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有工程师提出,树莓派早就是性能过剩的怪物,树莓派4更是电老虎,不装风扇很难使用,以前的树莓派2和3能挂大一点充电宝跑几天,现在必须得拖一个电源,继续增强性能势必会增大功耗,这样或许就更加强绑定散热器了。

 

这意味着,不仅要购置专用的电源,还要再购置散热,这样已经背离了树莓派“便宜”的初衷。反观树莓派5的确是5V/5A的PD供电,市面上绝大部分PD适配器都是5V/3A,一般线径较低下电压很难跑满5A,比较疑惑使用独立PMIC芯片的情况下,为什么不协商广泛支持的规格,为什么不加DC口或板上降压。

 

经过Tom's Hardware的测试也可以发现,树莓派5确实相对来说更热。从硬件参数来看,树莓派5整体增加了1W,压力测试下,树莓派5温度达到86.7℃,对比树莓派4压力测试的79.8℃,温度更高,而使用官方的主动散热器后,树莓派5则可降至59.3℃。而经过测试,很多廉价的散热器不匹配或者没效果,使用官方的主动散热器或等待第三方定制冷却方案是才是明智之举。与此同时,如果想要超频,就必须安装主动散热器,小型的被动散热器基本都压不住。

 

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还有坛友比较关心zero,主要是想拿来做一个东西——在Linux内置运行ipfs软件,做一个p2p下载工具,方便不会搞这些东西的人。但是树莓派5的价格很感人,如果只是跑Linux,不如用价格更低的国产板子或者旧的mini电脑,批量生产则也有全志H618、香橙派zero2这种价格更好的选择。(欢迎移步原贴进行讨论:http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1258072-1-1.html)

 

知乎上,工程师的反应普遍较为悲观。大部分人的论调都是树莓派整不出新活了,论开源Arm比不过RISC-V,论生态和x86和SBC难以相提并论,论价格都快成理财产品了,完全违背本来初衷。而树莓派的替代品太多了,比如x86迷你小主机、或者小主机搭配一个32位MCU来实现GPIO,社区对软件、驱动、固件的支持反而成为不得不选择树莓派的原因。

 

与此同时,大多数工程师表示,树莓派的最大瓶颈就是连个外置eMMC模块都没有,还得买官方巨慢无比的SD卡Q才能用,能上M.2但速度也还只限制在PCIe2.0。

 

不过,相比树莓派4,树莓派5的USB 3.0和microSD读卡器接口速度提升都有两倍。

 

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对此,工程师总结了现在树莓派的处境:

  • 比性能高的板子至少一倍,就比如国产一众RK3588;(关于吐槽可以看工程师这一篇《吐槽一下各种国产树莓派类似物》)

  • 比便宜板子性能差得很多,有些OS也跑不动;

  • 太追求英国制造,供应链管理存在问题,缺货涨价可能会是问题;(官方频繁称designed in‑house here in Cambridge, UK.,developed here in Cambridge,manufactured in Wales)

  • 软件和社区生态丰富,这一点是任何产品都难于匹敌,国产树莓派类似物在硬件设计、资料丰富度、社区支持度、稳定性等均与树莓派存在差距,但半开源模式对创客吸引力渐低,传统教学领域被安卓亚板蚕食。

 

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当然,虽然吐槽的声音较多,但大多数人也怒其不争,其实树莓派的铁粉工程师很多,很多都持观望和期待态度,对于树莓派5,工程师提出更多期盼,包括:

  • M.2插槽;

  • 更快的USB接口,Type-C host;

  • 更大的内存(用于支持docker、虚拟化、本地AI等。

 

需要强调的是,树莓派其实并非只是玩具,也是强生产力工具,也会在工业中发挥作用。(可参考电子工程世界历史文章《树莓派又惹事了,被轻视的单板神器》)迄今为止,树莓派已经售出约5500万台树莓派电脑,去年报告收入为1.88亿美元,营业利润为2000万美元。

 

当然,虽然目前工程师纷纷吐槽树莓派5没有吸引力,上有RK3588,下有x86外接GPIO,最终实际上手怎样,软件兼容性是否存在很多问题,是否还会继续吃灰,还需实际上市上手检验。

 

最后还要再强调一下,对不喜欢折腾的人来说,购置任何SBC都可能会吃灰。

参考文献


[1] 树莓派官网:https://www.raspberrypi.com/products/raspberry-pi-5/

[2] 树莓派官方博客:https://www.raspberrypi.com/news/introducing-raspberry-pi-5/

[3] EEworld论坛:树莓派5要来了.2023.9.28.http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1258031-1-1.html

[4] EEworld论坛:新款树莓派5出来了,要买了吃灰吗.2023.9.28.http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1258059-1-1.html

[5] EEworld论坛:树莓派5即将发布.2023.9.29.http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1258072-1-1.html

[6] EEworld论坛:树莓派5 (raspberry pi 5) 发布了,变化很大.2023.9.29.http://bbs.eeworld.com.cn/thread-1258069-1-1.html

[7] 知乎:如何评价2023年9月28日发布的树莓派5?.https://www.zhihu.com/question/624165420

[8] ProjectZarya:PiDay说派||吐槽一下各种国产树莓派类似物.2023.3.14.https://mp.weixin.qq.com/s/WMKBJk7_dKqd0kBX_lrwDg

[9] ProjectZarya:胡乱分析||对树莓派5的一些吐槽.2023.10.3.https://mp.weixin.qq.com/s/XzXR0ImhwwjrcDp6L1kg9g

[10] Tom's Hardware:Raspberry Pi 5 Review: A New Standard for Makers.2023.9.28.https://www.tomshardware.com/reviews/raspberry-pi-5

[11] Phoronix:Raspberry Pi 5 Benchmarks: Significantly Better Performance, Improved I/O.2023.9.28.https://www.phoronix.com/linux/Raspberry+Pi


文章来源于:电子工程世界    原文链接
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