Обзор Raspberry Pi 5: новый уровень для разработчиков

Новый флагманский Raspberry Pi 5 впервые за последние четыре года, стоил того, чтобы его ждать.

Raspberry Pi 5 значительно быстрее своего предшественника, при этом стоит практически столько же. Единственный недостаток, который скорее всего является временным — это отсутствие программной поддержки некоторых старых HAT и дополнительных модулей.

Проверить цену Raspberry Pi 5 можно на следующих сайтах:

• Aliexpress

Технические характеристики

	Raspberry Pi 5	Raspberry Pi 4
Процессор	BCM2712 SoC Arm Cortex-A76 64-битный процессор с частотой 2,4 ГГц	BCM2711 SoC Четырехъядерный 64-разрядный процессор Cortex-A72 с частотой 1,8 ГГц
GPU	Графический процессор VideoCore VII 800 МГц с поддержкой OpenGL ES 3.1, Vulkan 1.2	Графический процессор VideoCore VI с частотой 500 МГц
Дисплей	2 выхода HDMI 4Kp60 с поддержкой HDR	2 x HDMI-выход 4Kp60
Оперативная память	1,2,4,8 ГБ LPDDR4X-4267 SDRAM	1,2,4,8 ГБ LPDDR4
Хранилище	Твердотельный накопитель Micro SD (совместимый с SDR104) M.2 NVMe через M.2 HAT	Микро SD
GPIO	Совместимость с 40-контактным разъемом Raspberry Pi HAT	Совместимость с 40-контактным разъемом Raspberry Pi HAT
USB	2 x USB2 2 x USB3 (5 Гбит/с)	2 х USB2 2 х USB3
Разъемы	2 4-канальных приемопередатчика камеры/дисплея MIPI Интерфейс PCIe 2.0 x1 Разъем UART Питание часов RTC Питание вентилятора	2-полосный порт дисплея MIPI DSI 2-полосный порт камеры MIPI CSI 4-контактный порт стереоаудио и композитного видео
Сеть	Гигабитный Ethernet, PoE через PoE+ HAT	Гигабитный Ethernet, PoE через PoE+ HAT
Wi-Fi / Bluetooth	Двухдиапазонный 802.11ac, Bluetooth 5/BLE	Двухдиапазонный 802.11ac, Bluetooth 5/BLE
Кнопка питания	Мягкая кнопка питания	Нет
Напряжение	5В, 4А через USB C PoE через Poe+ HAT 5 В через GPIO	5В, 3А через USB C PoE через Poe+ HAT 5 В через GPIO
Размеры	85 х 56 мм	85 х 56 мм

Особенности

Raspberry Pi 5 заявляет о том, что его вычислительная мощность в два-три раза выше, чем у Raspberry Pi 4, который и так является мощным одноплатным компьютером. Raspberry Pi 5 выпускается с объемом оперативной памяти 4 и 8 ГБ (позднее появятся модели с 1 и 2 ГБ), имеет те же основные размеры и форму, что и модель 4 B, но при этом добавляет ряд давно востребованных функций, таких как встроенные часы реального времени, разъем PCIe 2.0 и кнопка включения.

Что еще более важно, Raspberry Pi оснащен новым четырехъядерным процессором Cortex-A76 Arm с частотой 2,4 ГГц (в старой модели процессор Cortex-A72 работал на частоте 1,5 ГГц, но обновление прошивки позволило увеличить частоту до 1,8 ГГц), новым южным мостом, который обещает улучшить пропускную способность USB 3, и новым GPU VideoCore VII, работающим на частоте 800 МГц (против 500 МГц VideoCore VI в Pi 4). Кроме того, на плате реализована масса мелких улучшений, включая встроенную головку вентилятора с крепежными отверстиями, более быстрый и двойной разъемы для камеры, а также устройство чтения карт памяти microSD, работающее с более высокоскоростными картами.

Модели с 4 и 8 ГБ памяти, цена которых составляет всего 60 или 90 долл. по MSRP, всего на 5 долл. дороже, чем аналогичные по объему памяти модели Raspberry Pi 4, что делает их хорошим вариантом модернизации. Но насколько лучше работает Raspberry Pi 5 и как она сочетается с существующей экосистемой HAT и аксессуаров? Мы провели несколько тестов, чтобы выяснить это.

Дизайн и интерфейс

Raspberry Pi 5 имеет поразительное сходство с Raspberry Pi 4 и 3B+. На первый взгляд, это еще один классический дизайн платы Raspberry Pi, напоминающий о редизайне B+ в 2014 году, но присмотритесь! Композитный разъем 3,5 мм исчез, так что аналогового видео/аудио в этом поколении Raspberry Pi нет. Впрочем, мы не использовали этот порт со времен Raspberry Pi 3.

Разъемы камеры и дисплея стали меньше, что соответствует более компактному 15-контактному разъему Raspberry Pi Zero вместо оригинального 22-контактного. Обратите также внимание, что теперь рядом находятся два разъема, и мы можем подключить две камеры, два DSI-дисплея или их сочетание.

Третий интерфейс предназначен для устройств PCIe. Это интерфейс PCIe 2.0 x1 для быстрых периферийных устройств, и да, это означает твердотельные накопители NVMe.

В Raspberry Pi 5 сохранились два порта micro HDMI, появившиеся в Raspberry Pi 4. Каждый порт способен выводить изображение в формате 4K 60, но честно говоря, мы никогда не использовали Raspberry Pi с двумя дисплеями. Между портами micro HDMI находится один разъем UART, который можно использовать с отладочным набором Raspberry Pi Pico или для подключения UART к другим микроконтроллерам.

Зоркие глаза заметят, что порты USB и Ethernet поменялись местами. Похоже, что Raspberry Pi 5 берет пример со старых плат. В Raspberry Pi 4 расположение портов было изменено, а теперь они поменялись местами. Что это означает? Это означает, что для Raspberry Pi 5 потребуется новый корпус. Если не принимать во внимание изменения портов, есть тонкие различия, которые сделают корпуса, предназначенные для старых плат Raspberry Pi модели B, более несовместимыми. Интересно, что в описании продукта Raspberry Pi 5 говорится, что «при использовании внутри корпуса корпус не должен быть закрыт». Причину этого мы рассмотрим в ходе обзора, но вкратце можно сказать, что процессор Raspberry Pi 5 необходимо охлаждать.

Кнопка питания и часы

Рассмотрим две новые функции для Raspberry Pi 5. Во-первых, у нас есть резервные часы реального времени. Да, теперь ваш Raspberry Pi может поддерживать правильное время без необходимости использования NTP-сервера или дополнительной платы, занимающей место на GPIO.

Другая новая функция — кнопка питания! Кто-то может посмеяться над этим дополнением, но эта функция была очень востребована и заставила некоторых разработчиков изобретать свои собственные или покупать продукты сторонних производителей. При включенном Raspberry Pi однократное нажатие вызывает меню выключения/выхода из системы. Еще одно нажатие приводит к безопасному выключению. Это выключение больше похоже на режим ожидания, поскольку Raspberry Pi потребляет 1,4 Вт. Нажатие кнопки питания приводит к включению Raspberry Pi 5. Кроме того, можно запрограммировать ОС так, чтобы кнопка выполняла и другие действия, поскольку это кратковременная кнопка, а не жесткий переключатель, отключающий электричество.

GPIO

Одно осталось неизменным — это ставший уже повсеместным 40-контактный GPIO. Впервые появившись в Raspberry Pi B+ в 2014 году, 40-контактный GPIO также ввел стандарт HAT (Hardware Attached on Top). Стандарт HAT — аналогичный шилдам Arduino, предложил стандартный шаблон разработки и электронную стандартизацию для растущего числа дополнительных устройств. GPIO в Raspberry Pi 5 практически такие же, как и в предыдущих моделях, но с некоторыми изменениями.

Охлаждение

Официальный кулер подключается к новому разъему вентилятора, расположенному рядом с портами USB, что значительно лучше, чем в предыдущих моделях Pis, где любой подключаемый вентилятор занимал контакты GPIO, что иногда препятствовало использованию HAT. Вентилятор настроен на включение при достижении процессором температуры 50°C. В режиме простоя радиатор поддерживал температуру Raspberry Pi 5 на уровне 39,5°C и потреблял 2,6 Вт. При запуске нашего стресс-теста температура поднялась до 59,3°C (6,8 Вт), что значительно ниже точки теплового дросселирования. Похоже, что при работе Raspberry Pi 5 с охлаждением он потребляет на несколько процентов меньше энергии, чем без него.

Можно ли разогнать Raspberry Pi 5?

Ответ короткий — да, но насколько быстро вы сможете разогнаться, зависит от «кремниевой лотереи». Разгон — это простой процесс, требующий внесения нескольких изменений в конфигурационный файл. В наших тестах нам удалось разогнать процессор до 3 ГГц, правда, получилось 3,2 ГГц, но в neofetch и vcgencmd система показывала разную скорость. Neofetch показывал 3,2 ГГц, а vcgencmd — 3 ГГц. После общения с командой инженеров Raspberry Pi мы убедились, что скорость 3,2 ГГц была ошибочной, и исключили эти данные из обзора.

Для любого разгона необходимо хорошее охлаждение. Пассивное охлаждение с помощью небольших радиаторов не подойдет, поскольку для снижения температуры ниже 80°C необходимо активное охлаждение. На частоте 3 ГГц температура Raspberry Pi 5 в режиме холостого хода составляла 46,6°C, а потребляемая мощность — 3 Вт. Под нагрузкой Raspberry Pi 5 достигал максимальной температуры 69,2°C и потреблял 10 Вт.

64-разрядная ОС

В комплект поставки нашего обзорного устройства входила карта microSD с предварительной версией последней версии ОС Raspberry Pi, но на этот раз это была 64-разрядная ОС под управлением ядра Linux 6.1.0. 64-разрядная версия Raspberry Pi OS уже давно занимает второе место после популярной 32-разрядной версии. Во многом это объясняется тем, что многие старые платы поддерживают только 32-битную ОС. Но начиная с Raspberry Pi 3, появилась поддержка 64-разрядной ОС.

Новая ОС основана на Debian 12 под кодовым названием «Bookworm», выпущенном в июле 2023 года. Bookworm содержит ряд изменений, и одно из самых значительных — новая версия Python. В предыдущих выпусках по умолчанию использовался Python 3.9, но в Bookworm мы видим обновление до 3.11, что приводит к изменению способа установки модулей Python.

Раньше мы устанавливали модули Python либо на всю систему, либо на каждого пользователя. Это отлично работало для многих пользователей, но при этом появлялась вероятность повреждения/конфликта установки Python в базовой ОС, которая использовала менеджер пакетов, а модули Python устанавливались с помощью pip. В Python 3.11 появился PEP 668, призванный предотвратить или, по крайней мере, уменьшить это влияние.

Цель PEP 668 — свести к минимуму вероятность того, что установленный пользователем модуль Python повлияет на версию Python, установленную для ОС, используемую для специальных инструментов ОС и приложений конечного пользователя. PEP 668 не позволит пользователю установить пакет Python с помощью pip в основную ОС. Вместо этого мы должны создать виртуальную среду (venv), активировать ее и затем установить выбранные нами модули Python. Эта среда изолирована от ОС и не должна вызывать никаких проблем. Правда, новичкам будет немного сложнее устанавливать модули Python, но это имеет большее значение для компаний, выпускающих сторонние дополнения и HAT.

Производительность

Благодаря более быстрому времени загрузки, более высокой производительности карты памяти micro SD и 64-разрядной ОС мы получили систему, ориентированную на более высокую скорость работы. Компания Raspberry Pi утверждает, что Raspberry Pi 5 в 2-3 раза быстрее, чем Raspberry Pi 4, и в целом это ощущается именно так.

Открытие приложений происходит гораздо быстрее. Открытие Gimp на Raspberry Pi 5 с прилагаемой карты micro SD заняло 5,5 секунды по сравнению с 10,8 секунды на Raspberry Pi 4. Открытие Firefox заняло 5,1 секунды на Pi 5 по сравнению с 8,6 секунды на Raspberry Pi 4. Время загрузки составило около 18 секунд против 38 секунд на Raspberry Pi 4 (с той же картой microSD и образом ОС).

В синтетических бенчмарках различия между поколениями были хорошо заметны. В однопоточном процессорном тесте Sysbench Pi 5 генерировал 2 729 событий в секунду против 1 766 у Pi 4 (больше событий — лучше). Когда мы увеличили количество событий до четырех потоков, Pi 5 снова выиграл — 10 912 против 7 068, что составляет 54%.

При выполнении бенчмарка 7-Zip Pi 5 обеспечил 9 543 MIPS сжатия против 4 287 у старшей модели, что составляет 122% прироста. Декомпрессия также составила 13 231 MIPS против 7 568 у Pi 4.

Нам не удалось провести полный набор тестов на искусственный интеллект, но мы смогли запустить бенчмарк TensorFlow Lite от Phoronix Benchmark Suite с использованием нейтральной сети SqueezeNet. В этом тесте более низкий результат, то есть количество микросекунд, которые потребовались компьютеру для выполнения задачи, является лучшим. Pi 5 потребовалось всего 25 276 микросекунд против 80 327 у Pi 4, что составляет 68% разницы.

Воспроизведение и потоковая передача видео

Как и Raspberry Pi 4, Pi 5 имеет возможность вывода изображения на два монитора с разрешением до 4K через два порта microHDMI. Благодаря улучшенному графическому процессору плата обещает обеспечить частоту 60 Гц на каждом экране и даже использовать цвет HDR, если он доступен.

Нам не удалось (пока) заставить ее работать с HDR или проверить, обеспечивает ли она частоту 60 Гц, но она легко выводит изображение на один 4K-монитор, и у нас есть все основания полагать, что она будет работать и со вторым монитором (как это делал ее предшественник). Более серьезным вопросом является то, как плата справляется с такими сложными ситуациями, как потоковое видео с YouTube в высоком разрешении.

Потоковое видео долгое время было «ахиллесовой пятой» Raspberry Pi, и более быстрые GPU и CPU обещают улучшить эту ситуацию. Однако во время наших тестов производительность YouTube все еще оставляла желать лучшего. Запустив экран с разрешением 1080p, мы воспроизвели на YouTube фильм Tears of Steel в режиме 1080p / 30 (на самом деле, скорее 24 к/с), и производительность была плавной, с небольшим количеством выпавших кадров. Когда мы переключились на видео с природой в разрешении 1080p, 60 кадров в секунду, изображение по-прежнему выглядело довольно плавным, хотя наложение YouTube «Статистика для ботаников» сообщило о большом количестве выпавших кадров.

Когда мы запустили экран в разрешении 4K, но сохранили видео в разрешении 1080p, оба видео были очень дергаными и вялыми. Stats for Nerds сообщает, что в каждом из них выпало около двух третей кадров. Это происходило независимо от того, воспроизводилось ли видео на весь экран или только в части окна браузера. Даже изменение размеров видеоплеера происходило с задержкой.

Возможно, будущие обновления программного обеспечения или изменения конфигурации позволят улучшить качество потоковой передачи YouTube. Однако тот факт, что он воспроизводится достаточно плавно при разрешении экрана 1080p, все равно является хорошим шагом вперед по сравнению с предыдущими моделями Pi.

Микросхема RP1

На плате Raspberry Pi появилась новая микросхема «Pi Silicon» — RP1. Внешне она очень похожа на RP2040, первую разработку Raspberry Pi в области пользовательского кремния, и призвана обеспечить основную часть ввода/вывода для Raspberry Pi 5.

Согласно полученному нами описанию продукта, RP1 обеспечивает более чем вдвое большую пропускную способность USB по сравнению с предыдущими моделями, что позволяет увеличить скорость передачи данных для USB-накопителей, использующих UAS (USB Attached SCSI). Кроме того, в RP1 имеется выделенный четырехканальный интерфейс MIPI 1,5 Гбит/с для камер и дисплеев. Это в три раза увеличивает общую пропускную способность для комбинации камер и дисплеев. Однако следует помнить, что теоретический максимум портов USB 3.0 составляет 5 Гбит/с, как и в Pi 4, поэтому мы рассчитываем на увеличение вычислительной мощности для повышения пропускной способности.

USB

Чтобы выяснить, насколько быстрее работают соединения USB 3 в Pi 5, мы провели сравнительные испытания систем хранения данных как на встроенном устройстве чтения карт памяти microSD, так и на твердотельном накопителе PCIe 3.0, который находился в корпусе и подключался по USB. В тесте Sysbench «Файловый ввод-вывод» Raspberry Pi 5 смог прочитать с карты microSD Kingston Canvas Go Plus со скоростью 12,75 МБ/с и записать со скоростью 8,5 МБ/с. При этом скорость чтения с твердотельного накопителя составила 31,33 МБ/с, а записи — 20,89 МБ/с.

microSD

Как это соотносится с Raspberry Pi 4? Kingston Canvas Go Plus показал скорость чтения 8,78 МБ/с и записи 5,85 МБ/с. Скорость чтения SSD-накопителя составила 12,96 МБ/с, а записи — 8,64 МБ/с. Таким образом, это более чем двукратное превышение скорости как на интерфейсе USB 3.0, так и на интерфейсе чтения microSD.

Кстати, о microSD: кардридер Pi 5 теперь поддерживает более скоростные карты microSD, использующие стандарт SDR104. SDR104 является подмножеством популярного стандарта UHS-I и теоретически может передавать данные со скоростью до 104 МБ/с. Хотя на некоторых картах действительно указано, что они поддерживают SDR104, можно найти карты UHS-I, на которых заявлена скорость передачи данных более 100 МБ/с. Картридер Pi 4 имеет теоретический максимум около 50 Мбайт/с, но на практике мы ни разу не видели, чтобы скорость передачи данных на карту превышала 40 Мбайт/с.

Мы попробовали несколько различных карт microSD как в Pi 5, так и в Pi 4. Используя бенчмарк IOZone, мы обнаружили, что скорость последовательного чтения и записи Kingston Canvas Go Plus, рассчитанной на 170 МБ/с, составляет 86 и 55 МБ/с. На Pi 4 скорость последовательной записи на эту же карту составила 37-41 МБ/с.

На Pi 4 также имеется разъем M.2, который позволяет напрямую подключать к нему твердотельные накопители. Это довольно значительное улучшение, и нам не терпится протестировать NVMe-накопители, используя необходимый M.2 HAT, когда он появится в продаже. Он должен стереть с лица земли эти и без того впечатляющие показатели.

Использование GPIO

GPIO — это коронный элемент Raspberry Pi. Эти 40 выводов GPIO открывают мир электронных проектов с использованием предпочитаемого нами языка программирования. Raspberry Pi давно связан с Python, и именно этот язык является основным для многих проектов, но мы также можем писать код для GPIO на Lua, Go, C, JavaScript, BASIC или других языках.

Обычно наши тесты предполагают использование модулей Python RPi.GPIO и GPIO Zero для взаимодействия с GPIO. Мы провели обычную батарею тестов GPIO Zero и не обнаружили никаких проблем, что является отличной новостью для новичков, которые хотят попробовать свои силы в электронике и Raspberry Pi. В то время как GPIO Zero работал безупречно, RPi.GPIO оказался проблемным, и это связано с некоторыми особенностями настройки.

Также обратите внимание, что при установке активного кулера доступ к GPIO для подключения перемычек не блокируется. Добраться до контактов может быть немного сложно, но не невозможно. Просто убедитесь, что провода находятся вдали от вращающегося вентилятора. Если вы планируете использовать HAT или другие дополнительные устройства с GPIO, приобретите переходник с женского на мужской заголовок 2×20. Это позволит освободить пространство над кулером и сохранить свободным воздухозаборник. Несколько стоек и винтов M2.5 (около 10 долл. на Amazon) помогут стабилизировать плату.

Поддержка двух камер

Raspberry Pi 5 представляет поддержку нескольких камер на основных платах Pi Пользователи вычислительных модулей привыкли к поддержке нескольких камер, поскольку она была встроена в платы ввода-вывода Compute Module с самого первого дня, но большинство поклонников Pi, вероятно, не имеют Compute Module.

Что касается кодирования, то и libcamera и Python-модуль Picamera2 поддерживают несколько камер, и мы успешно провели тестирование, передав аргумент камеры для libcamera (0 или 1), а для Picamera — используя правильный конструктор камеры (опять же 0 или 1). В настоящее время мы работаем над учебным пособием в котором подробно описано, как использовать обе камеры.

Для подключения камеры/дисплея используется 15-контактный разъем, который ранее применялся в платах серии Raspberry Pi Zero, а в последнее время — в Raspberry Pi Zero 2 W. В модулях камеры и более старых Raspberry Pi используется 22-контактный разъем, что требует замены кабелей или переходников. Мы протестировали оба варианта с Raspberry Pi 5 и все прошло успешно.

Поддержка технологии питания через Ethernet

Raspberry Pi 5 поддерживает технологию Power over Ethernet (PoE), но для ее использования необходимо приобрести новый PoE HAT. В Raspberry Pi 3B+ и Raspberry Pi 4 заголовок PoE изначально располагался между GPIO и портом Ethernet, в том месте, которое Raspberry Pi 5 использует для разъема вентилятора, но теперь PoE перемещен вниз по плате, между разъемом камеры/дисплея и портом Ethernet. Поэтому мы не можем просто проложить соединения с помощью перемычек. Замена PoE HAT ожидается в ближайшем будущем.

Эмуляция на Raspberry Pi 5

Эмуляция на Raspberry Pi 5 на момент написания статьи находится в роли догоняющего. Несомненно, RetroPie, Lakka, Recalbox и др. будут работать над обновлениями своих предложений. Мы будем тестировать их, как только появятся совместимые образы.

Мы надеемся, что эмуляция, начиная с эпохи PS2, будет лучше. Такие платы, как VIM4 и Edge 2 Pro от Khadas, обладают исключительной производительностью эмуляции игр эпохи PS2 и PSP. Эмуляция Gamecube / WiiU будет наилучшим вариантом и может привести к тому, что Raspberry Pi 5 станет недорогим вариантом для ретро-эмуляции.

Если же ваши вкусы уходят еще дальше в прошлое, то мы на 100% уверены, что вычислительной мощности Raspberry Pi 5 более чем достаточно для 8-, 16- и многих 32-разрядных игровых приставок. Это может даже повысить производительность некоторых более поздних аркадных автоматов (конец 1990-х годов и далее), в которых использовались собственные микросхемы, требующие эмуляции.

Заключение

Во многих отношениях Raspberry Pi 5 — это продукт, заслуживающий обзора. Если вы являетесь поклонником Pi, вы будете стремиться купить его, как только он появится в продаже и учитывая цену в 60 или 80 долларов, вы вероятно, сможете себе его позволить.

Как и мы, большинство производителей найдут в Raspberry Pi 5 много интересного: более высокая производительность в целом, более плавное воспроизведение видео и большая пропускная способность хранилища — вот лучшие причины отдать предпочтение Pi 5 перед 4. Кроме того, многим покажется, что RTC или кнопка питания — это просто «игровые изменения».

Поскольку мы тестировали Pi 5 за несколько недель до его поступления в продажу, мы столкнулись с некоторыми проблемами совместимости с HAT. Производители HAT, такие как Pimoroni и Adafruit, должны будут обновить свои библиотеки Python для работы с новой версией Linux, которую требует Pi 5. Однако мы ожидаем, что большинство крупных производителей HAT получат обновления до того, как плата появится у потребителей. Более старые или малоизвестные HAT могут иметь проблемы с поддержкой.

Если вам не нужна мощность, то Raspberry Pi 4 по-прежнему является хорошим выбором; старшая модель может работать без активной системы охлаждения и имеет надежную поддержку после четырех лет работы на рынке. Если вам не нужен Linux, а только GPIO, то Raspberry Pi Pico W за 8 долларов США зарекомендовал себя как универсальный микроконтроллер. Однако если вам нужен лучший одноплатный компьютер, то Raspberry Pi 5 — ваш новый лидер.