Eine schnellere CPU, USB 3.0 und Gigabit-Ethernet sind nur die Highlights des Raspberry Pi 4B: Das Board bringt viele weitere Neuerungen mit.
Die Raspberry Pi Foundation überraschte Ende Juni mit der vierten Generation des Mini-PCs, dem RasPi 4 Modell B. Er arbeitet laut Foundation-Gründer Eben Upton bis zu dreimal schneller als der RasPi 3B+ und bringt bis zu 4 GByte RAM mit. Es gibt zwei Micro-HDMI-Ports, um zwei Monitore anzuschließen, zwei USB-3.0-Ports, und Gigabit-Ethernet mit einem in das SoC integrierten Anschluss. So müssen sich Netzwerk- und USB-Ports nicht länger die Bandbreite teilen.
Trotz der Änderungen bleibt der RasPi 4B größtenteils kompatibel zu den Vorgängern. Der GPIO-Header, die PoE-Pins, die vierpolige Audio-Video-Buchse sowie die Kamera- und Display-Ports finden sich in den erwarteten Positionen und unterstützen dieselbe Hardware wie beim RasPi 3B+. Ein wenig Geld in neues Zubehör investieren müssen Sie für ein USB-C-Netzteil mit 3 Ampere (oder einen Adapter auf Micro-USB), einen Micro-HDMI-Adapter, ein neues Gehäuse und optional Kühlkörper oder Lüfter.
Sowohl der LAN- als auch die USB-Ports stehen jetzt einen Millimeter weiter über die Platine hinaus als beim RasPi 3B+, was Gehäuseherstellern das Leben erleichtert. In für den RasPi 3 konzipierte Cases passt der Neue nicht: Die Position der LAN- und USB-Anschlüsse hat sich aufgrund eines neuen PCB-Routings geändert, hinzugekommen sind die Ausschnitte für die Micro-HDMI-Ausgänge und den Stromanschluss (USB-C). Die Maße der Platine bleiben jedoch unverändert.
Die Foundation bietet eigenes preiswertes Zubehör mit an. Neben einem Netzteil, einem Micro-HDMI-Kabel und einem Gehäuse gibt es einen Adapter von Micro-USB auf USB-C. Damit nutzen Sie hochwertige 2,5-A-Netzteile mit Micro-USB-Stecker – vorausgesetzt, die angeschlossenen Geräte ziehen zusammen weniger als 500 mA Strom.
Das neue Board stammt aus der Hand von James Adams, seines Zeichens Director of Hardware bei der Raspberry Pi Foundation. Als Easter Egg findet sich seine Signatur, wenn Sie den USB-C-Verbinder auslöten. Laut Adams war das Board sehr schwierig zu designen, da die Komponenten und Leiterbahnen nur knapp auf den bisherigen Formfaktor passen.
|
SoC |
BCM2711B0, 64 Bit, 28 nm |
|
CPU |
Broadcom Quad-Core Cortex-A72 (ARM v8), 1,5 GHz |
|
GPU |
Broadcom VideoCore VI, 500 MHz |
|
RAM |
1/2/4 GByte LPDDR4 (35/45/55 US-Dollar) |
|
WLAN |
2,4/5 GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac WLAN, Bluetooth 5.0/BLE |
|
Ports |
Gigabit-Ethernet, 2 x USB 3.0, 2 x USB 2.0 |
|
Video/Sound |
2 x Micro-HDMI (bis 4Kp60), DSI, CSI, Audio- und Composite-Video-Klinkenbuchse |
|
GPIO |
40-Pin-Header (voll abwärtskompatibel) |
|
SD-Karte |
MicroSD-Slot, unterstützt DDR50 (bis 50 MByte/s) |
|
Multimedia |
H.265 (4Kp60 Decode), H.264 (1080p60 Decode, 1080p30 Encode), OpenGL ES 3.0 |
|
Strom |
5 V/3 A Gleichspannung via USB-C oder GPIO, Power over Ethernet (mit PoE-HAT) |
|
Umgebung |
0 bis 50 Grad Celsius |
Neues Herz
Alle SoCs für die früheren Modelle wurden in 40-nm-Technik gefertigt, der neue BCM2711 dagegen in 28-nm-Technik (Abbildung 1). Je kleiner die Strukturgröße, desto geringer fallen die Wärmeverluste aus und desto komplexere Chips lassen sich bei gleichem Platzbedarf realisieren. Der Wechsel erlaubt, die vier Cortex-A72-Kerne mit 1,5 GHz etwas höher zu takten. Mit aktiver Kühlung sollten sich sogar bis zu 2 GHz erreichen lassen.
Abbildung 1: Der neue Raspberry Pi 4 verfügt jetzt mit zwei Micro-HDMI-Buchsen über zwei Monitoranschlüsse. (Quelle: Raspberry Pi Foundation)
Der wichtigste Performancegewinn resultiert jedoch aus der veränderten Architektur der Kerne: Beim Cortex-A72 handelt es sich um einen Core mit nicht sequenzieller, spekulativer Ausführung; der im RasPi 3B+ verbaute Cortex-A53 dagegen arbeitet die Befehle nacheinander ab. Durch die sogenannte Out of Order Execution bearbeitet die CPU des RasPi 4B bestimmte Teile eines Programms bereits, während sie noch auf Daten für die vorherigen Teile wartet. So gehen keine CPU-Zyklen durch Warten verloren.
Die Änderungen sowie die tiefere Pipeline ermöglichen dem Cortex-A72, im Schnitt mehr Instruktionen je Takt auszuführen als der Cortex-A53. Ein grober Vergleich gelingt anhand des DMIPS-Werts [1]: Der RasPi 4 arbeitet mit seinen rechnerisch 28 320 DMIPS rund 22 mal schneller als ein Pi Zero (1250 DMIPS), gut doppelt so schnell wie der RasPi 3B+ (12 544 DMIPS) und etwa gleich schnell wie ein Intel Core 2 Extreme X6800 von 2006. Einen ausführlichen Leistungsvergleich der RasPi 4B mit seinen Vorgängern finden Sie in unserem ausführlichen Benchmark-Artikel [2].
Mehr RAM
Seit Langem wünschen sich viele RasPi-Nutzer mehr Arbeitsspeicher, doch Einschränkungen der VideoCore-IV-GPU ließen bisher maximal 1 GByte RAM zu. Die VideoCore-VI-GPU des neuen SoCs behebt diese Einschränkung: Neben einer Version mit 1 GByte RAM (36 Euro) gibt es den RasPi 4B auch in Varianten mit 2 (50 Euro) und 4 GByte (60 Euro) Arbeitsspeicher. Beim neuen RasPi kommt zudem statt LPDDR2-900 das moderne LPDDR4-2400 zum Einsatz, was die theoretische Speicherbandbreite um etwa den Faktor 2,5 anhebt.
Der Grafikprozessor und einige vom vorherigen SoC geerbte Bus-Master können jedoch weiterhin nur 1 GByte RAM adressieren. Der Kernel des inzwischen für den RasPi 4 optimierten Raspbian-System nutzt allerdings LPAE-Erweiterungen (Large Physical Address Extensions), sodass die vollen 4 GByte RAM zur Verfügung stehen. Je Prozess macht das bis zu 3 GByte RAM verfügbar, 1 GByte virtuellen Speicher reserviert das System in der Standardkonfiguration für den Kernel und für Hardware-I/O.
Der RAM-Chip befindet sich jetzt auf der Oberseite der Platine, direkt rechts neben dem SoC. Anhand der Aufschrift lassen sich die verschiedenen Versionen unterscheiden. Sehen Sie einen QR-Code, handelt es sich um die 1-GByte-Variante mit RAM von Samsung. Ein Logo mit einem M kennzeichnet einen RAM-Chip von Micron mit 2 oder 4 GByte. Hier liefert ein Aufdruck weitere Informationen: Das Kürzel D9WHZ steht für die Variante mit 2 GByte Kapazität, D9WHV für die Version mit 4 GByte.
Interessante Details zum RasPi 4B
Der kürzlich auf den Markt gebrachte Raspberry Pi 4B birgt so manches für den Anwender relevante technische Detail, das beim Nennen der Kernneuerungen gerne untergeht:
- Die aktuelle Firmware – sie befindet sich jetzt auf einem Flash-Speicher – unterstützt noch kein Booten via USB oder PXE. Benötigen Sie diese Features, müssen Sie sich also bis zu einem Firmware-Update gedulden oder auf eines der Vorgängermodelle zurückgreifen. Aktuelle Raspian-Images booten übrigens wie bisher auf allen Raspberry-Pi-Modellen.
- Der USB-C-Anschluss für die Stromversorgung ist gleichzeitig auch ein USB-2.0-Port. Dort liegt jetzt der primäre und einzige USB-OTG-Port des SoC an.
- Die neue Architektur beseitigt Probleme, die bisher durch den Datenverkehr über den einzigen USB-Port des SoCs verursacht wurden, wie Audioaussetzer bei Netzwerktransfers.
- Der Grafik-Stack zum Ansprechen der neuen VideoCore-VI-GPU beinhaltet signifikant weniger proprietären Code und bietet eine verbesserte 3D-Beschleunigung. Der vom Broadcom-Angestellten Eric Anholt entwickelte, quelloffene GPU-Treiber für Mesa war schon längere Zeit in Arbeit. Dies hatten einige Kommentatoren bereits als Hinweis auf die GPU eines künftigen RasPi 4 gewertet.
- Die analoge Audioausgabe für die Klinkenbuchse wird nach wie vor über PWM generiert. Wer bessere Audioqualität benötigt, muss sich also weiter einen HAT anschaffen oder einen der beiden Micro-HDMI-Ausgänge nutzen.
- Der analoge Composite-Video-Ausgang an der Klinkenbuchse steht weiter zur Verfügung, lässt sich aber nicht parallel zu den Micro-HDMI-Anschlüssen verwenden. (Julius Cordes/jlu)
