Der Run auf die ersten NVMe-Adapter für den RasPi 5 war gigantisch – jeder glaubte, so etwas sei ein Muss. Die Realität sieht anders aus.
Schon das allererste RasPi-Modell, ursprünglich als Basis für Elektronikbasteleien konzipiert, setzten Bastler früh auch als Mini-Server ein. Doch das Verhältnis von RasPi und Massenspeicher war nie von echter Liebe geprägt. Beim Raspberry Pi 1 krankte es an der USB-Stromversorgung, bei den beiden Nachfolgegenerationen lahmte die USB-2-Schnittstelle. Erst der RasPi 4 bot mit USB 3 eine zeitgemäße Leistung. Aber auch hier war das Gesamtsystem wegen des Kabels samt USB-Festplattengehäuse alles andere als kompakt.
Der Raspberry Pi 5 ändert das alles: Per PCIe-Anschluss bindet er Adapter-Boards für SSDs mit einem kurzen Flachbandkabel an. Die Platinen können sowohl als HAT (über dem RasPi) als auch als Base (unter dem RasPi) ausgeführt sein. Beides hat Vor- und Nachteile, wie dieser Test zeigt.
In unserem Testlabor haben wir eine Base von Pimoroni [1] (siehe Kasten “Pimoroni NVMe Base”) sowie zwei Boards der recht neuen Firma Pineberry Pi [2] aus Polen (siehe Kasten “Pineberry Pi HatDrive!”) unter die Lupe genommen. Preislich liegen alle Angebote um die 30 Euro, was unter anderem daran liegt, dass ein solcher Adapter mit wenigen Elektronikkomponenten auskommt.
Pimoroni NVMe Base
Die NVMe Base (Abbildung 1) von Pimoroni nimmt alle M.2-Größen auf. Sie kommt unter den RasPi, die Platte sitzt dazwischen. Pfiffig gelöst ist die Anordnung der SSD leicht versetzt zum Konnektor am RasPi (Abbildung 2): Das erfordert zwar ein gebogenes FPC-Kabel, aber der SD-Karten-Slot bleibt frei. Manche Bastler montieren den Adapter auch oberhalb des RasPi 5 – dafür gibt es zwar keinen offiziellen Support, aber das Kabel reicht dafür.
Weniger gut gelöst ist die Befestigung der SSD mit einer kleinen Schraube und zwei winzigen Muttern – das artet in Fummelei aus. Wer nicht gerade verschiedene Platten testet, hat diese Arbeit aber nur einmal. Ansonsten decken die Zugaben den Betrieb ausreichend ab: kurze und lange Abstandsbolzen, eine Reihe von Schrauben und vier selbstklebende Silikon-Pads als Füße.
Im Betrieb zeigte die NVMe-Basis keine Auffälligkeiten. Die Sorge, dass die SSD zwischen RasPi und Base überhitzt, erscheint bei PCIe mit einer Lane eher unbegründet. Nach dem Shutdown ist kein erhöhter Stromverbrauch messbar.
Abbildung 1: Die NVME Base von Pimoroni findet unterhalb des Raspberry-Pi-Boards ihren Platz.
Abbildung 2: Durch geschickte Anordnung hält die NVMe Base den SD-Karten-Slot des RasPi frei.
Pineberry Pi HatDrive!
Ein in der Szene schon bekannter polnischer Platinendesigner und sein Freund haben mit Erscheinen des RasPi 5 kurzerhand eine kleine Firma gegründet und mit dem HatDrive! Top und dem HatDrive! Bottom gleich zwei M.2-Adapter-Boards auf den Markt geworfen.
Beim HatDrive! Top (Abbildung 3) handelt es sich um einen klassischen HAT, der oberhalb des RasPi 5 sitzt. Dort bleibt weder Platz für einen Kühler noch für die großen 2280er-SSDs. Trotzdem hat er seine Berechtigung, denn in für den RasPi ausgelegten Racks passt kein Unterbau, und die Kühlung übernehmen dort sowieso eingebaute Gebläse.
Die Bottom-Variante (Abbildung 4) befindet sich wie bei Pimoroni unterhalb des RasPi 5 – mit dem Unterschied, dass die SSD nicht zwischen Basis und RasPi 5 sitzt, sondern unterhalb der Basis, was theoretisch für eine bessere Belüftung sorgt. Für Liebhaber von SSDs mit großen Kühlkörpern ist das die einzige gangbare Option.
Vorteile der Pineberry-Pi-Varianten sind zusätzliche LEDs für Strom und M.2-Aktivität. Auch die SSD-Befestigung haben die Polen besser gelöst. Nachteilig ist die Blockade des SD-Kartenslots beim Bottom-HAT. Ein anfängliches Problem mit einer höheren Stromaufnahme von ungefähr 100 mA nach dem Herunterfahren hat der Hersteller inzwischen behoben. Pineberry Pi war hier zu schnell und hat nach Bekanntgabe der Spezifikationen durch die Raspberry Pi Foundation eine neue Revision erstellt. Im Shop von Pineberry Pi erhalten Sie auch ein passendes Acrylgehäuse.
Abbildung 3: Den HatDrive! Top hat Pineberry Pi als klassisches Aufsteck-Board (HAT) realisiert.
Abbildung 4: Der HatDrive! Bottom sitzt wie das Pimoroni-Pendant unterhalb des RasPi.
Einrichtung
Besonders hohe Ansprüche an den Bastler stellt keines der Boards. Die mitgelieferten PCIe-Kabel kommen in die Anschlüsse, was sich im Fall von FPCs etwas diffizil gestaltet: Zuerst müssen Sie die Verriegelung hochziehen, dann das Flachbandkabel einführen und anschließend die Verriegelung wieder nach unten drücken. Erst danach stecken Sie den HAT auf beziehungsweise schrauben die Base unter den RasPi. Viel Spiel haben die kurzen Kabel nicht, aber es reicht.
Auf Softwareseite müssen Sie PCIe aktivieren, was Sie in der /boot/firmware/config.txt mit den Zeilen aus Listing 1 erledigen. Bei der zweiten Zeile handelt es sich um ein Alias der ersten Zeile, die dritte Zeile ist optional. Sie schaltet in den nicht offiziell unterstützten PCIe-Gen3-Modus um. Der bringt theoretisch eine Verdoppelung des Durchsatzes, aber im ungünstigen Fall geht das auf Kosten der Stabilität – dazu später mehr.
Listing 1
PCIe aktivieren
dtparam=pciex1 #dtparam=nvme #dtparam=pciex1_gen=3
Zusätzlich sollten Sie die aktuellste Firmware auf den RasPi 5 aufspielen. Das übernimmt das Kommando sudo rpi-eeprom-update, danach steht eine Aktivierung über sudo raspi-config an (Menüpunkt 6 | A5 | E1). Die EEPROM-Konfiguration (siehe Kasten “EEPROM-Konfiguration”) ergänzen Sie um den Eintrag PCIE_PROBE=1, den allerdings nur SSDs erfordern, bei denen sich das System mit der Erkennung schwertut.
EEPROM-Konfiguration
Der Raspberry Pi besitzt ein EEPROM mit Konfigurationsdaten, die das Systemverhalten beim Start beeinflussen – analog zum BIOS, das Sie von PCs kennen. Inzwischen fallen Änderungen an der EEPROM-Konfiguration des RasPi leicht. Dazu rufen Sie einfach sudo rpi-eeprom-config --edit auf und ändern die Einstellungen. Das Format ähnelt dem der /boot/config.txt. Änderungen greifen nicht sofort, sondern erst beim nächsten Neustart, und können bis dahin zurückgenommen werden. Ein Aufruf von sudo rpi-eeprom-config ohne Parameter zeigt die Werte zur Kontrolle noch einmal an.
Plattenware
Für die Boards benötigen Sie M.2-NVMe-SSDs. Deren Abmaße ähneln denen eines Kaugummistreifens, die SSDs sind in den Längen 2232, 2242 und 2280 verfügbar. Die letzten beiden Ziffern beziehen sich dabei auf die Länge der Platte in Millimetern. Die großen 2280er passen nur in die Base-Boards, der HAT benötigt bauartbedingt eine der beiden kleineren Varianten. Hier fällt die verfügbare Auswahl deutlich geringer aus.
Augen auf beim Plattenkauf: Den M.2-Formfaktor gibt es auch mit dem alten SATA-Interface. Die Unterscheidung fällt leicht: SATA-M.2-Platten haben zwei Lücken (“Key B+M”) in der Anschlussleiste, NVMe-Platten nur eine (“Key M”). Findige Händler auf den üblichen Marktplätzen versuchen manchmal, durch verschwurbelte Beschreibungen die alten SATA-Platten als NVMe-SSDs loszuwerden.
Was die Sache nicht einfacher macht: Es gibt Platten, die der RasPi 5 einfach nicht mag. Dazu gehören sogar die weitverbreiteten Platten von Western Digital. Am besten informieren Sie sich vor dem Kauf bei den Herstellern der M.2-Adapter, die entsprechende Kompatibilitätslisten führen. Eine endgültige Garantie, dass es mit den dort genannten SSDs klappt, gibt es aber auch nicht. PCIe wurde nicht dafür entwickelt, dass die Signale vom Rechner über einen FPC-Konnektor, ein Flachbandkabel und einen weiteren FPC-Konnektor zur Festplatte laufen. Das klappt fast immer, aber eben nur fast.
