Ein Stresstest zeigt, wie sich der neue Raspberry Pi 4 Modell B gegenüber den älteren Modellen abhebt.
Es war das Ende einer Ära: Als Eben Upton letztes Jahr den Raspberry Pi 3A+ vorstellte, merkte er an, es sei nun an der Zeit für etwas radikal Neues. Nach überraschend kurzer Zeit löste er nun, Ende Juni 2019, das Versprechen ein: Der Raspberry Pi 4 bricht mit alten Standards und legt den Grundstein für eine neue Generation von Raspberry-Pi-Modellen.
Der lästige Flaschenhals durch die Anbindung von Netzwerk und USB über eine Lane gehört damit endlich der Vergangenheit an. Dasselbe gilt aber auch für das seit dem Raspberry Pi B+ gewohnte Platinenlayout. Obwohl der RasPi 4B auf den ersten Blick ganz ähnlich aussieht, fällt das Board etwas größer aus. Das liegt an den weiter außen liegenden Ports, die einen Betrieb im Gehäuse erleichtern sollen. Darüber hinaus haben die Anschlüsse für Ethernet und USB die Plätze getauscht. Als Stromzufuhr dient nun ein USB-C-Anschluss, und statt des Standard-HDMI-Ports gibt es nun gleich zwei Micro-HDMI-Ports.
Das SoC haben die Entwickler komplett überholt (siehe Tabelle “Raspberry Pi 4B: Spezifikationen”). Es erreicht jetzt einen Durchsatz von 5 GByte/s und verfügt zusätzlich über USB-3.0-Anschlüsse, über die Sie bei Bedarf externen Speicher oder Hubs anbinden. Als Kern dienen eine mit 1,5 GHz getaktete 64-Bit-CPU Cortex-A72 sowie die leistungsfähige Grafikeinheit VideoCore VI, die den bislang stets verwendete VideoCore IV ersetzt.
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SoC |
Broadcom BCM2711B0 Quad-Core A72 (ARMv8-A, 64-Bit), 1,5 GHz |
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GPU |
Broadcom VideoCore VI, 500 MHz |
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RAM |
1 , 2 oder 4 GByte LPDDR4 3200 SDRAM (4 GByte getestet) |
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Netzwerk |
Gigabit Ethernet, 2,4 GHz und 5 GHz 802.11b/g/n/ac |
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Bluetooth |
Bluetooth 5.0, Bluetooth Low Energy (BLE) |
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Speicher |
MicroSD |
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GPIO |
40-Pin-GPIO, voll bestückt |
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Ports |
2 x Micro-HDMI 2.0, analoger 3,5-mm-AV-Anschluss, 2 x USB 2.0, 2 x USB 3.0 |
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Maße/Gewicht |
88 mm x 58 mm x 19,5 mm / 46 Gramm |
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Anschlüsse |
Gigabit Ethernet, Camera Serial Interface (CSI), Display Serial Interface (DSI) |
Damit liefert die Hardware genügend Dampf mit, um zwei 4K-Displays zu betreiben und Gigabit-Ethernet auszureizen. Der Wechsel auf ein anderes SoC eröffnete außerdem die Möglichkeit, mehr als 1 GByte Arbeitsspeicher zu integrieren, was sich in den zusätzlichen Varianten mit 2 beziehungsweise 4 GByte RAM niederschlägt.
Oberflächlich betrachtet hat sich in Bezug auf die Netzwerkfähigkeit nicht viel geändert: Der WLAN-Chip funkt weiter nach Standard 802.11ac, Bluetooth wurde auf Version 5.0 angehoben, und es gibt einen Gigabit-Ethernet-Port. Teilte sich letzterer allerdings bei den Vorläufern eine Leitung mit den USB-Anschlüssen, ist er beim aktuellen Modell separat verdrahtet. Der RasPi 4B besitzt nach wie vor vier USB-A-Ports, von den jetzt aber zwei USB 3.0 unterstützen, was die theoretische Bandbreite zu externen Geräten erhöht. Der Wechsel bei der Stromversorgung zu USB-C, ausgelegt für 3 A, ermöglicht darüber hinaus den Anschluss stromhungriger Geräte ohne zusätzliche Stromversorgung.
Hitzeentwicklung
Bereits in der Vergangenheit hatten die stärkeren RasPi-Modelle mit Abwärmeproblemen zu kämpfen, insbesondere der Raspberry Pi 3B. Das Modell 3B+ erhielt deshalb eine dickere Platine, ein überarbeitetes SoC und verbesserte Wärmeleiteigenschaften. Eine Wärmebildkamera zeigt das Ergebnis (Abbildung 1).
Abbildung 1: Ein massivere Platine sorgte beim RasPi 3 Modell B+ für eine bessere Abfuhr der Wärme unter Last. (Bild: Gareth Halfacree)
Das neue Broadcom-SoC BCM2711B0 hat bei gleichem Packaging in doppeltem Sinn mehr Power als der Vorgänger. Das entsprechende Wärmebild (Abbildung 2) zeigt, dass sich der Rechner nach zehn Minuten CPU-intensiver Operationen deutlich stärker erhitzt als ein RasPi 3B+ und dass sich diese Wärme über das gesamte Board verteilt. Die Spitzenwerte direkt auf dem Chip lagen beim RasPi 4B bei 74,5 Grad Celsius, gegenüber 62,6 Grad auf einem RasPi 3B+.
Abbildung 2: Die thermale Belastung durch die stärkeren Komponenten macht beim RasPi 4B aktive Kühlung zu einem echten Thema. (Bild: Gareth Halfacree)
Schon nach wenigen Minuten ist die Abwärme mit der bloßen Hand zu spüren, bei steigender Last wird sie schnell unerträglich. Für einen Betrieb im Gehäuse empfiehlt sich also eine zusätzliche Kühlung, da der RasPi 4B sonst beim Überhitzen heruntertaktet.
Strombedarf
Mehr Wärme bedeutet einen höheren Strombedarf. Ein gewichtiger Grund für den Wechsel auf einen Typ-C-Anschluss liegt darin, dass dieser größere Ströme verkraftet: 3 A statt 2,5 A beim alten Anschluss, was ohnehin bereits ein halbes Ampere über dem Standard lag.
Der Benchmark, der den Verbrauch aller bisherigen RasPi-Varianten direkt an der Steckdose maß, bestätigte die Hypothese: Mit 3,4 W im Leerlauf und 7,6 W unter Last erweist sich der RasPi 4B als das stromhungrigste Design, das die Foundation bislang veröffentlicht hat (Abbildung 3).
Abbildung 3: Wer viel leistet, hat in der Regel ordentlichen Appetit. Das zeigt sich bei der Leistungsaufnahme der neuen RasPi 4 sehr deutlich.
Steigt die Hitze im SoC, dann senkt es den Takt, um sich abzukühlen. Das passiert nicht bei Lastspitzen, etwa während Sie im Web surfen, sondern nur bei konstanter Last. Das testeten wir mit Stress-ng, wobei das Setup zehn Minuten lang im Sekundentakt Frequenz und CPU-Temperatur über die internen Sensoren ermittelte. Die Umgebungstemperatur lag dabei bei 25 Grad Celsius.
Bereits nach 25 Sekunden erreichte die CPU-Temperatur rund 70 Grad, danach verlangsamte sich der Anstieg. Nach zwei Minuten lag sie bei 77 Grad Celsius, eine Minute später bei 81 Grad Celsius. Wie zu erwarten fielen die vom internen Sensor gelieferten Werte höher aus als die außen gemessenen.
