Obsah:
Není pochyb o tom, že dnešní svět je založen na miniaturizovaných výpočetních jednotkách. Srdcem většiny dnešních zařízení jsou více či méně pokročilé mikroprocesory, jejichž výkon je tisíckrát vyšší než palubní počítač použitý ve velitelském modulu kosmické lodi CSM-107 “Columbia”, která se zúčastnila mise Apollo 11. Nezapomínejme na dnešní chytré telefony, jejichž výpočetní výkon je díky jejich postupné miniaturizaci prostě neuvěřitelný. Pokrok se nevyhnul ani domácím počítačům a stále rostoucímu trhu s mikropočítači, jehož vynikajícím příkladem je nový počítač Raspberry Pi 5, který bude předmětem dnešního článku.
Mikropočítače v dnešním světě
Mikropočítače jsou nenápadná a malá zařízení, která mají na svou velikost obrovský výpočetní potenciál a zvenčí mohou připomínat i kouzelné krabičky. Ve skutečnosti však nejde o žádnou magii, ale o komplexní počítačové systémy postavené na malé desce s plošnými spoji. Na palubě každého mikropočítače je procesor, obvykle varianta jednotky architektury ARM, paměť RAM pro ukládání aktuálně používaných dat, vstupní/výstupní porty pro připojení externích periferií a napájecí modul. Zkrátka vše, co je potřeba pro jednoduchý počítačový systém.
V posledních letech přestaly být mikropočítače pouhými hračkami pro hobbysty nebo technologické nadšence. Tato zařízení si našla své místo i v dalších oblastech, od vzdělávání a zábavy až po průmysl a vědu. Ve školství jsou vynikajícím nástrojem pro výuku programování, elektroniky a základů informatiky. V průmyslu se často používají pro jednoduchou automatizaci procesů, řízení zařízení, monitorování prostředí nebo jednoduše jako platforma pro tvorbu prototypů. Pokud se chcete dozvědět více o využití mikropočítačů v průmyslu na základě zkušeností Sony Technology Center a SHARP Consumer Electronics Poland, podívejte se na jeden z mých dřívějších příspěvků.
Mezi nejznámější mikropočítače patří samozřejmě desky Raspberry Pi. Jejich historie sahá až do roku 2006, ačkoli první mikropočítač s logem maliny se objevil až v roce 2012. Díky malým rozměrům, nízké ceně, všestrannosti a komunitní podpoře se počítačová platforma Raspberry Pi stala velmi populární po celém světě. Od jednoduchých DIY projektů až po pokročilé aplikace související s internetem věcí (IoT). V průběhu let se postupně objevily mikropočítače Raspberry Pi, které do jisté míry nově definovaly náš přístup k technologiím a umožnily každému provozovat i velmi sofistikované aplikace v pohodlí domova. Proto stojí za to podívat se blíže na další iteraci RPI (Raspberry Pi) a zvážit, jakým směrem se moderní mikropočítače ubírají.
Mikropočítač Raspberry Pi 5
Příchod další verze desky Raspberry Pi byl trochu překvapivý, ačkoli v technologickém průmyslu se již nějakou dobu ozývají hlasy, že v blízké budoucnosti můžeme očekávat příchod dalšího Raspberry. Koneckonců od vydání Raspberry Pi 4 uplynuly více než tři roky.
Při pohledu na nové Raspberry Pi zvenčí, vidíme známé tvary a technická řešení podobná těm, která byla použita v předchozích verzích této platformy. I když ani to se neobešlo bez několika změn, na které se podíváme později. Prozatím se zastavme u aspektů specifikace nového RPI5. Platforma je založena na SoC (System on Chip) Broadcom BCM2712, do kterého konstruktéři umístili čtyři jádra ARM Cortex A76 taktovaná na 2,4 GHz. To je ve srovnání se 4 jádry ARM Cortex A72 použitými v Raspberry Pi, jejichž výkon je i při stejném taktu výrazně nižší, poměrně velký skok. Zajímavým aspektem nového procesoru je také funkční mezipaměť. V předchozí generaci Raspberry Pi bylo na jedno jádro k dispozici 80 KB paměti úrovně L1 a 512 KB paměti úrovně L2, přičemž tato hodnota byla sdílena pro všechna čtyři jádra procesoru. U modelu RPI5 se konstruktéři rozhodli snížit množství paměti úrovně L1 na hodnotu 64 KB na jádro a zároveň zvýšit zbývající paměť. BCM2712 může využívat 512 KB vyrovnávací paměti úrovně L2, ale za zmínku stojí, že každé jádro má samostatnou strukturu, takže paměť není sdílená. Pouze další 2MB paměťová banka L3 je sdílena všemi jádry procesoru. Toto řešení vede ke zvýšení výkonu SoC v novém Raspberry Pi oproti jeho předchůdci.
Za pozornost stojí také grafický procesor nového RPI5, který prošel poměrně výraznou změnou. Tentokrát jsme dostali 12jádrový VideoCore VII. generace, který může pracovat na frekvenci 1 GHz. Podle Raspberry Pi Foundation umožňuje toto řešení dosáhnout výkonu o dva až dvou a půlkrát vyššího ve srovnání s čipem VI. generace použitým v Raspberry Pi 4.
Stejně jako u předchozích modelů je RPI5 k dispozici v různých kapacitách paměti RAM – 1 GB, 2 GB, 4 GB a 8 GB. Při touze plně využít potenciál nového mikropočítače je vhodné zvolit 4GB nebo nejlépe 8GB verzi. Jak je vidět na fotografii výše, u Raspberry Pi 5 je identifikace kapacity RAM mnohem jednodušší než u předchozího modelu, a to díky vytištěnému označení na laminátu, vedle kterého je připájen rezistor. Například rezistor vedle označení 8G znamená, že se jedná o RPI vybavené 8 GB RAM.
Mimořádně zajímavým prvkem nové revize Raspberry Pi je nenápadný čip označený jako RP1. Většina výkonu a síly se skrývá v použitém SoC BCM2712, který v sobě kombinuje výpočetní a grafický procesor. Je však třeba vědět, že k němu nejsou připojeny všechny periferie, jako tomu bylo u předchozích generací mikropočítače. Poprvé se inženýři Raspberry rozhodli použít čip, který bychom mohli nazvat jižním můstkem. Úkolem RP1 je podporovat hlavní výpočetní jednotku tím, že přebírá úkoly související s obsluhou portů USB, Ethernet, I/O a konektorů kamer a displejů. Díky tomuto řešení jsme poprvé v RPI získali dva univerzální porty určené pro tato periferní zařízení. Pokud byste se chtěli dozvědět více podrobností o RP1, doporučuji podívat se na dostupné na kanálu YT – video Raspberry Pi, které se zabývá tématem tohoto čipu.
Nový počítač Raspberry Pi také podporuje technologie Bluetooth a WIFI, což není překvapivé, protože tyto standardy se již staly základem moderních technologií. V současné době je obtížné najít zařízení, které by tato bezdrátová komunikační rozhraní nepodporovalo. Další klasikou u RPI je slot na kartu microSD, na kterou se ukládá systém provozovaný mikropočítačem. Toto řešení je jednoduché, levné a zvýhodňuje začátečníky v elektronice nebo informatice, ale nese s sebou i některá omezení, o kterých se zmíním na konci tohoto materiálu.
Raspberry Pi 5 zvenku
Rozhodl jsem se rozdělit popis nového Raspberry Pi 5 do dvou částí, v první jsem představil nový SoC, čip RP1, nebo paměťové problémy. Ve druhé části bych se rád podíval na novou desku zvenčí, tedy porovnal ji s dříve vydaným RPI4.
Začněme naše srovnávací dobrodružství od levého okraje obou návrhů, protože už tam si můžeme všimnout poměrně výrazných rozdílů. Novinkou Raspberry Pi 5 je konektor PCI Express 2.0, který umožňuje k mikropočítači připojit externí SSD. Kromě toho bylo pod slot PCIe umístěno dlouho očekávané tlačítko pro zapnutí/vypnutí. Od nynějška platí, že pokud chcete systém vypnout (pokud je odpojený monitor), nemusíte fyzicky odpojovat napájecí zdroj; stačí dvakrát stisknout miniaturní tlačítko.
Změny se objevily také na spodní hraně desky; kromě známých konektorů USB a HDMI se zde objevily dva konektory – BAT a UART. První z nich slouží k připojení externí baterie pro RTC, díky níž budou systémové hodiny udržovány i po odpojení napájení. Konektor UART slouží k ladění, jinými slovy jde o konektor, který přesahuje univerzální I/O piny a umožňuje ovládání nového RPI v případě, že k desce není připojen externí monitor nebo není aktivní volba SSH. Kromě toho má Raspberry Pi 5 také dva univerzální konektory pro kameru a displej, výrobce tedy opustil své předchozí řešení dvou samostatných konektorů určených pro konkrétní příslušenství. Kromě toho byl na spodní hranu umístěn také konektor PoE, přemístěný z horní strany.
Při úpravách nebyly vynechány ani největší konektory na desce RPI. Stejně jako u dřívější revize jsou zde čtyři konektory USB, z nichž dva jsou kompatibilní se standardem 3.0, a síťový konektor Ethernet. Tentokrát se však vracíme k uspořádání portů známému z Raspberry Pi 3 B+, tedy k portu Ethernetu umístěnému pod konektory USB.
Nejméně změn oproti předchůdci se odehrálo na horní hraně. Zde byl umístěn univerzální I/O port a novinka v podobě slotu pro externí ventilátor, který zlepšuje chlazení Raspberry Pi.
Výkon a účinnost
Nikoho pravděpodobně nepřekvapí, že nový počítač Raspberry Pi je výkonnější než jeho předchůdce, nicméně by bylo trochu zvláštní vidět na trhu mikropočítač s nižším výpočetním výkonem. Při testování nového RPI5 jsem se rozhodl spustit na něm jednoduchý výkonnostní test – Geekbench 6, který se snaží simulovat skutečnou zátěž a úkoly prováděné potenciálním uživatelem. Výsledkem testu je číselná hodnota odpovídající úrovni výkonu. Test jsem spustil také na svém počítači Raspberry Pi 4 a porovnal výsledky s hodnotami získanými z RPI5. Oba mikropočítače byly vybaveny 8 GB paměti RAM a operační systémy byly nainstalovány na stejných paměťových kartách SanDisk Ultra, kromě toho byly obě desky zbaveny jakéhokoli chlazení.
Výsledky testu si můžete prohlédnout na grafu výše. V konfrontaci jednoho i více jader zvítězilo Raspberry Pi 5. Za zmínku stojí také to, že výkon RPI5 v jednom jádře je o něco vyšší než hodnota dosažená všemi jádry SoC předchozí generace. Několika slovy lze říci, že z hlediska výpočetního výkonu je Raspberry Pi 5 mnohem výkonnější než jeho předchůdce.
Zvýšení výkonu s sebou nese také zvýšení spotřeby energie. Pokud chcete nový RPI používat, měli byste se vybavit opravdu účinným a stabilním zdrojem napájení, protože zařízení může spotřebovávat hodně energie. Napájecí zdroj určený pro novou verzi mikropočítače je dimenzován na 27 W (5,1 V 5 A), ale bohužel zdroj ze staršího Raspberry Pi (5,1 V 3 A) nemusí stačit.
Raspberry Pi 5 v aplikacích AI
Ať už se říká cokoli, umělá inteligence a všechny související platformy a aplikace jsou v současné době na špici technologického průmyslu. Algoritmy umělé inteligence lze již nějakou dobu provozovat na malých mikropočítačích, příkladem poměrně zajímavé platformy určené pro umělou inteligenci je Nvidia Jetson Nano, o které jsem již měl možnost napsat několik článků. Stojí však za to vědět, že Raspberry Pi je také schopen spouštět aplikace Al, a vydání nové verze mikropočítače je ideální příležitostí podívat se blíže na výkon této platformy v tomto typu aplikací.
Před nějakou dobou se na platformě společnosti Seeedstudio, kterou možná znáte jako výrobce malých elektronických modulů určených pro Arduino a Raspberry Pi, objevil krátký článek od Elaine Wu, ve kterém byly uvedeny srovnávací údaje z testů algoritmů AI na novém RPI. Celý článek je založen na frameworku ncnn, který vychází z neuronových sítí jako PyTorch, TensorFlow a ONNX. Testy byly provedeny na novém RPI5 ve verzi 8 GB a předchozím modelu, který byl také vybaven 8 GB RAM.
Stejně jako v mém testu byl i zde počítač Raspberry Pi 4 téměř rozdrcen. RPI5 dominuje v jednojádrových i vícejádrových testech bez ohledu na testovaný model AI. Pozoruhodné je, že i zde jednojádrový BCM2712 představuje lepší výsledek než stejný vícejádrový test na RPI4.
Evoluce nebo revoluce?
Bezpochyby lze říci, že nové Raspberry Pi 5 je mimořádně zajímavé zařízení, které je podle mého názoru i přes mnoho změn a výrazný skok ve výkonu dokonalým příkladem správně vedeného procesu evoluce zařízení. Získali jsme zařízení s větším výpočetním výkonem a dalšími novinkami, které zlepšují jeho používání. Podle mého názoru můžeme pozorovat postupný odklon Raspberry Pi Fundation od trhu typicky pro hobbyisty k profesionálnějšímu využití. Další RPI již nejsou jen jednoduchými hračkami pro nadšence do technologie, ale plně funkčními zařízeními s poměrně velkými možnostmi. V budoucnu pravděpodobně budeme svědky dalších inovací a změn zaváděných designéry Raspberry Pi, aby se tento mikropočítač ještě více přizpůsobil jiným než domácím aplikacím. Je docela možné, že v další verzi RPI nebude místo pro microSD kartu, kterou nahradí polovodičový paměťový modul, protože již nyní byla v některých situacích právě paměťová karta úzkým hrdlem celého mikropočítače a omezovala jeho výkon. Ať už však bude budoucnost jakákoli, další verze mikropočítačů Raspberry Pi budou určitě zajímavými zařízeními.
Zdroje:
https://www.raspberrypi.com/products/raspberry-pi-5/
https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/raspberry-pi-5.html
https://www.raspberrypi.com/documentation/microcontrollers/rp1.html
www.youtube.com/watch?v=aioB40BGQYU
https://www.pcmag.com/reviews/raspberry-pi-5
www.youtube.com/watch?v=oo5wb4LDWW4
https://pi-apps.io/install-app/install-geekbench-6-on-raspberry-pi/
www.seeedstudio.com/blog/2023/09/28/raspberry-pi-5-vs-pi-4-ai-performance-cpu-benchmark-how-much-leap-forward/
https://github.com/Tencent/ncnn/tree/master/benchmark
