第四代樹莓派舞劍 意在「桌上型PC」!

作者:陸向陽

最近(英國時間 6 月 24 日)樹莓派基金會發表了新一代的樹莓派單板電腦了,即 RPi 4 (Raspberry Pi 4),與過往相同的是以 Model B 為主率先發表,日後才會衍生發展 Model A 、 Zero 、 Compute Module 等版本。

新一代的樹莓派單板電腦發行啦(圖片來源:raspberrypi

如果不去論過程發展的 A+ 、 B+ 等中期提升版,純以 Generation (世代)而論的話,這次的發表是比較正常的一次世代升級,理由是第一代樹莓派與第二代樹莓派相隔約 3 年( 2012 年、 2015 年),但第三代卻緊接著在 2016 年推出,讓人以為日後將會是每年出一個新世代,結果第三代持續度過 2017 年、 2018 年,至 2019 年方提出第四代,時間一樣是相隔 3 年,似乎恢復到過往應有的世代間隔時間。不過在官方問答中基金會提到本來是要到 2020 年才推出 RPi 4 的,但由於 BCM2711 晶片順利量產,所以 RPi 4 提前發表。

RPi 4 的發表,幾乎在各方面的規格上都帶來更大的提升,各位先簡單解釋下圖比較表,之後再針對特殊的細節與各位說明:

RPi 3 和RPi 41比較表(圖片來源:陸向陽提供)

RPi 4 細節開箱

首先談論主控晶片 CPU ,這次使用上新的博通 Broadcom 晶片 BCM2711 ,晶片的時脈自 1.4GHz 小幅拉升至 1.5GHz ,但核心改變很大, CPU 從 4 個 Cortex-A53 核心換成 4 個 Cortex-A72 ,官方宣稱效能增加 3 倍; GPU 方面也從 VideoCore IV 變成 VI ( 4 變成 6 )。

有趣的是,過去的晶片編號數字較高,新晶片規格與效能更佳編號數字卻減少,估計只是另找一個未用的數字對新晶片編號,某種程度上 BCM2711 是使用 28nm (奈米)製程技術重新詮釋的 BCM283x 系列晶片。

記憶體方面也有較大變化,過去 RPi 3 Model B+ 僅能使用 1GB ,新的 RPi 4 有 3 款記憶體容量可選: 1GB 、 2GB 、 4GB ,記憶體愈多價格也愈高,分別是 35 美元、 45 美元、 55 美元。由於記憶體晶片是焊死在電路板上的,選擇 2GB 就不能換 1GB 或 4GB ,購買時就必須慎選。另外記憶體類型也從 LPDDR2 升級成 LPDDR4 。

在 USB 埠方面,過去 RPi 3B+ 為 4 組 USB 2.0 , RPi 4 首次提供 USB 3.0 ,形成 USB 2.0 兩組、 USB 3.0 兩組的配置,且 RPi 4 可以選擇從 USB 埠開機,也可以選擇過往慣用的 SD 卡開機,此前的樹莓派均只能用記憶卡開機。

進一步是視訊輸出介面,過往為一組數位 HDMI v1.3 與一組類比 Composite 視訊輸出端子,但 Composite 使用機會愈來愈低,在 RPi 4 這一代被廢除,反再增加提供一組 HDMI , HDMI 版本也升級至 2.0 ,且使用微型版連接器。

而由於主控晶片的升級,內建繪圖電路強化的結果(硬體加速 HEVC 視訊格式解壓縮),使 RPi 4 可透過 2 組 HDMI 分別輸出 2 組 4K UHD 解析度的視訊畫面,畫面更新率為每秒 60 張。

電源連接器方面過往多使用 micro-USB ,此次新款首次使用 USB Type-C ,估計用來支援 RPi 4 高規格所需的更大電力。至於網路通訊方面也有大長進,過往雖宣稱支援 1Gbps 乙太網路傳輸,但限於原有的主控晶片內是以 USB 介面連接乙太網路,傳輸瓶頸卡在 USB 介面上,最高傳輸率約 300Mbps ,此次則真的提供 1Gbps 傳輸率給用戶。無線通訊方面 Wi-Fi 保持不變,但藍牙通訊也有版本提升,自 4.2 版升成 5.0 。

除上述外許多方面 RPi 依然保持不變,依然是 40-pin GPIO 接腳、依然是 8.56 x 5.65 公分的板卡長寬,依然提供類比音源孔, DSI 介面、 CSI 介面等。不過 RPi 4 的用電比過去更大,以及視訊輸出端子的配置有變化,過往的 RPi 供電器、 RPi 機殼估無法完全適用,必要時仍必須換替。

RPi 4 規格大翻修,期望成為桌上型 PC 

有趣的是,基金會近期有兩個新趨向,一是相同型款的 RPi 開始提供不同記憶體容量的選擇,例如 Compute Module 3+ 提供 8GB/16GB/32GB 三種 eMMC 儲存記憶體容量版本,對應價格分別為 30/35/40 美元。

另一個趨向是開始承諾生產銷售時間,例如 RPi 3 Model B+ 發表時即承諾會供應至 2023 年 1 月, CM3+ 與此次的 RPi 4 發表時亦承諾可供應至 2026 年 1 月。以上兩個趨向分別代表兩個意涵,記憶體版本選擇增加意味著基金會試圖透過更大量的預先記憶體採購以壓低其所有樹莓派的記憶體成本,而承諾供貨年限則是希望創客、開發者更放心大膽去採用樹莓派發展其應用。

最後最重要的是,過往的樹莓派雖宣稱可充當桌上型 PC 使用,例如過去曾包裝成名為 KANO ,但樹莓派礙於主控晶片內連接設計的瓶頸,在整體使用體驗上仍很難流暢執行桌上型運算環境,多數人仍認為樹莓派只適合扮演影音播放器的角色。

而這次 RPi 4 的硬體規格大幅提升,即期望扮演好桌上型 PC 的應用工作,為此也將推出對應且大翻改的 RPi 新作業系統( Raspbian ),是以 Debian 10 (代號 Buster )為基礎發展成。 RPi 4 若真能帶來不錯的桌上型 PC 體驗效果,加上只有 35 美元低價,小盒狀體積,以及無風扇的寧靜運作,將會相當誘人,然估計成敗均在新款作業系統上,看看新作業系統能否徹底發揮 RPi 4 的硬體能待,且讓我們拭目以待。

(責任編輯:楊子嫻)

陸向陽

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從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。
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Author: 陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。

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2 Comments

  1. 在Raspberry pi3 已有一些實驗
    想在pi4的部分看會不會有更好的效率 等

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    • 曾兄您好:

      如果在RPi 3是純倚賴CPU、RAM即可執行的軟體,且使用I/O很少者,是可以在RPi 4獲得加速的。反之,若是I/O使用多,或多數時間是在等I/O、GPIO接腳的話,那就無法明顯感受到加速了。

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