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Raspberry Pi 5: Revisão Completa e Análise de Desempenho

Introdução

As placas Raspberry Pi tornaram-se referências quando se pensa em Single-board Computer (SBCs). A primeira Raspberry Pi foi lançada em 2012, revolucionando a área de educação e os entusiastas de tecnologia. Inicialmente focada no público maker e educacional, a placa logo encontrou sua vocação na indústria e entendendo a necessidade de repetibilidade, se  comprometeu com um prazo de fabricação de pelo menos 10 anos, sendo amplamente utilizada como base de diversos produtos e em diversas aplicações industriais. Depois de mais de 10 anos de evolução, atualmente o projeto chegou a versão Raspberry Pi 5.

Sua versão mais recente, a Raspberry Pi 5, foi lançada no final de 2023, trazendo diversas novidades e recursos inovadores, que vão desde novos conectores e interfaces de comunicação até um circuito integrado projetado pela equipe de ASIC da Fundação Raspberry Pi para controlar diversas funções importantes, como USB e MIPI, entre outras.

São muitas novidades e melhorias em relação à sua antecessora, que permitirão que makers, estudantes e profissionais explorem aplicações ainda mais avançadas com a SBC querida da comunidade.

Neste artigo, vamos explorar todos os detalhes da Raspberry Pi 5 e realizar alguns testes com uma versão de 8 GB de RAM cedida gentilmente pela LATeRe, representante da Newark no Brasil.

Raspberry Pi 5 – Melhorias e novidades

A Raspberry Pi 5 mantém sua compatibilidade com a sua antecessora, a Raspberry Pi 4, mas apresenta melhorias substanciais em termos de desempenho, mas com algumas diferenças no hardware que pode impactar na substituição direta em projetos existentes. Por outro lado, pode oferecer mais recursos para os desenvolvedores.

novidades da Raspberry Pi 5

Em relação ao desempenho, ela pode superar em mais de duas vezes a velocidade do Raspberry Pi 4, graças ao novo processador e ao novo chip para as interfaces de comunicações Ethernet, USB, portas MIPI e o conector GPIO. Esse chip, chamado de RP1, foi projetado internamente pelo time de ASIC da Fundação Raspberry Pi, o mesmo time responsável pelo desenvolvimento do RP2040.

Processador e GPU

novidades da Raspberry Pi 5

O BCM2712 é um novo processador de aplicação (AP) de 16 nanômetros da Broadcom, derivado do AP BCM2711 de 28 nanômetros que alimenta o Raspberry Pi 4, com inúmeras melhorias arquitetônicas. No seu núcleo, está um processador quad-core Arm Cortex-A76 de 64 bits, com clock de 2,4GHz, com caches L2 de 512KB por núcleo e um cache L3 compartilhado de 2MB. O Cortex-A76 está três gerações microarquiteturais à frente do Cortex-A72, oferecendo mais instruções por ciclo (IPC) e menor energia por instrução. A combinação de um núcleo mais novo, uma velocidade de clock mais alta e uma geometria de processo menor resulta em um Raspberry Pi muito mais rápido, consumindo muito menos energia para uma dada carga de trabalho.

A CPU é complementada por uma GPU também mais nova e rápida: o VideoCore VII da Broadcom. Um escalador de vídeo de hardware atualizado (HVS) suporta duas telas HDMI 4Kp60 simultâneas, em comparação com uma única 4Kp60 ou dupla 4Kp30 no Raspberry Pi 4. Um decodificador HEVC 4Kp60 e um novo Pipeline de Sensor de Imagem (ISP), ambos desenvolvidos na Raspberry Pi, completam o subsistema multimídia. Para manter o sistema abastecido com largura de banda de memória, temos um subsistema SDRAM LPDDR4X de 32 bits, rodando a 4267MT/s, em comparação com os 2000MT/s efetivos no Raspberry Pi 4.

Além do novo SoC BCM2712, com CPU mais rápida e uma GPU VideoCore VII aprimorada, a Raspberry Pi 5 traz diversas melhorias notáveis. Ela oferece o dobro do desempenho para o cartão microSD, suporte a HDR, interfaces MIPI de 4 vias, um conector FPC PCIe 2.0 x1 para acessórios compatíveis, um RTC integrado, um botão de energia, um conector UART separado e suporte para USB PD para alimentação da placa.

RP1

novidades da Raspberry Pi 5

Diferentemente das gerações anteriores, o Raspberry Pi 5 adota uma arquitetura de chiplet desagregada. Agora, apenas as funções digitais de alta velocidade e interfaces mais rápidas são integradas ao processador de aplicação (AP), enquanto todas as outras funções de I/O são tratadas por um controlador de I/O separado. O RP1, projetado pela equipe da Raspberry Pi e implementado no processo 40LP da TSMC, inclui diversas interfaces USB, Ethernet Gigabit, transceptores MIPI, saída de vídeo analógica, GPIO e outras interfaces de baixa velocidade, conectando-se ao AP via PCI Express. Este projeto, iniciado em 2016, é o mais longo, complexo e caro da Raspberry Pi, com uma evolução significativa ao longo dos anos para garantir alta compatibilidade com dispositivos anteriores.

Wi-Fi, Bluetooth e Ethernet

novidades da Raspberry Pi 5

Módulo de comunicação sem fio

Para conectividade foram mantidos os chips do Raspberry Pi 4. Para conectividade sem fio é usado o chip Infineon CYW43455 para Wi-Fi dual-band 802.11ac e Bluetooth 5.0. A conectividade Ethernet é fornecida pelo PHY Gigabit Ethernet Broadcom BCM54213.

DA9091 – Gerenciando a Energia

novidades da Raspberry Pi 5

O Renesas DA9091 “Gilmour” é o PMIC responsável pelo gerenciamento de energia no Raspberry Pi 5. Ele integra oito fontes de alimentação de comutação separadas, fornecendo as tensões necessárias para a placa, incluindo uma fonte de quatro fases para o núcleo. 

Além disso, ele oferece um relógio em tempo real (RTC) e um botão de energia, adicionando funcionalidades valiosas à placa.

Form Factor

O formato da Raspberry Pi 5 permanece compacto, similar as versões anteriores, mas com mudanças consideráveis, principalmente quando comparado com a Raspberry Pi 4.

Alguns elementos de design foram atualizados para se alinhar com as capacidades do novo chipset:

  • Remoção do conector de vídeo composto (agora disponível em um par de pads espaçados a 0,1″ na borda inferior da placa);
  • Adição de interfaces MIPI em 2 conectores FPC: interfaces bidirecionais (transceptores), o que significa que cada um pode se conectar a uma câmera CSI-2 ou a um display DSI.
novidades da Raspberry Pi 5
  • O espaço à esquerda da placa, que anteriormente abrigava o conector do display, agora contém um conector FPC menor que fornece uma única via de conectividade PCI Express 2.0 para periféricos de alta velocidade.
novidades da Raspberry Pi 5
  • O conector Gigabit Ethernet retornou à sua posição clássica no canto inferior direito da placa, após uma breve passagem pelo canto superior direito no Raspberry Pi 4. O conector PoE de quatro pinos também foi movido par apróximo ao conector Gigabit Ethernet.
novidades da Raspberry Pi 5
  • Por fim, foram adicionados dois furos de montagem para um dissipador de calor, bem como conectores JST para a bateria RTC (dois pinos), depuração Arm e UART (três pinos) e ventilador com controle PWM e feedback do tacômetro (quatro pinos).

Infelizmente, a compatibilidade mecânica com a Raspberry Pi 4 foi perdida, o que pode impactar a substituição direta em projetos existentes. No entanto, para aqueles que não necessitam atualizar a placa, a Raspberry Pi 4 ainda está em produção, seguindo o programa de longevidade das placas Raspberry Pi.

novidades da Raspberry Pi 5

Especificações da Raspberry Pi 5

  • SoC (System on a Chip): Broadcom BCM2712
    • CPU: Processador quad-core Arm Cortex-A76 @ 2.4 GHz com extensões criptográficas, caches L2 de 512KB por núcleo, cache L3 compartilhado de 2MB
    • GPU: GPU VideoCore VII @ 800 MHz com suporte para OpenGL ES 3.1, Vulkan 1.2, decodificador HEVC 4Kp60
  • Memória do Sistema: Disponível em 4GB e 8GB de SDRAM LPDDR4X-4267 (com variantes de 1GB e 2GB possivelmente futuras)
  • Armazenamento: Slot para cartão MicroSD com suporte para modo SDR104 de alta velocidade (o dobro do desempenho em relação ao Raspberry Pi 4)
  • Saída/Entrada de Vídeo: Duas portas HDMI de até 4Kp60 com suporte a HDR, dois transceptores de câmera/display MIPI de 4 vias
  • Rede: Porta Ethernet Gigabit RJ45 via transceptor Broadcom BCM54213PE, com suporte opcional para PoE+ por meio do Raspberry Pi PoE+ HAT
  • Conectividade Sem Fio: Wi-Fi 802.11ac dual-band, Bluetooth 5.0 / Bluetooth Low Energy (BLE)
  • USB: Duas portas USB 3.0 com suporte para operação simultânea de 5Gbps, duas portas USB 2.0
  • Expansão: Conector padrão Raspberry Pi de 40 pinos
  • Expansão: Interface PCIe 2.0 x1 (requer um adaptador M.2 SSD HAT separado ou outro adaptador)
  • Miscelâneas: Relógio em tempo real (RTC) alimentado por uma bateria externa, botão de energia, conector UART para depuração
  • Fonte de Alimentação: Alimentação de 5V/5A DC via USB-C, com suporte para Power Delivery
  • Dimensões: 85 x 56 mm

Testes de desempenho

Para o teste, utilizei uma Raspberry Pi 5 com 8GB de RAM, acompanhada por uma fonte de alimentação USB-C de 27W, e um cartão de memória de 32GB fornecidos  pela  LATeRe, representante da Newark no Brasil. Não apliquei dissipação ativa nem outros acessórios (confira as opções de acessórios no final do texto) durante os procedimentos.

Com o sistema operacional Raspberry Pi OS instalado, conduzi os testes no modo desktop, conectando um monitor, mouse e teclado à placa. Observou-se uma notável melhoria na fluidez e rapidez ao abrir programas básicos de desktop, como navegadores e editores de texto.

No terminal, verifiquei inicialmente as informações de configuração de hardware: 

novidades da Raspberry Pi 5

Realizei um simples script de benchmark:

novidades da Raspberry Pi 5

Por fim, conduzi um teste mais abrangente utilizando o Geekbench 6:

novidades da Raspberry Pi 5
novidades da Raspberry Pi 5

Acessórios

Fonte de Alimentação USB-C de 27W

O Raspberry Pi 5 consome menos energia e opera mais frio que o Raspberry Pi 4 em cargas de trabalho idênticas, mas seu desempenho mais alto pode elevar o consumo de energia de pico para 12W, comparado aos 8W do modelo anterior. Usar uma fonte adequada irá garantir o desempenho. A fonte oficial da Raspberry Pi 27W USB-C facilitou muito e garantiu o sucesso dos meus testes, apesar de não ter usado toda a capacidade dela. Inicialmente eu estava sem essa fonte e precisei solicitar a fonte alimentação USB-C de 27W para a LaTeRe para continuar os testes. A fonte está disponível nas cores Branco e Preto, com diferentes padrões de pluges. 

A Fonte de Alimentação USB-C de 27W para Raspberry Pi é ideal para o Raspberry Pi 5, especialmente para usuários que desejam alimentar periféricos de alta potência, como discos rígidos e SSDs, a partir das quatro portas USB Tipo A do dispositivo. Com perfis de energia adicionais integrados, essa fonte de alimentação é uma excelente opção para alimentar produtos de terceiros compatíveis com PD (Power Delivery). Os perfis disponíveis são 9V, 3A; 12V, 2,25A; e 15V, 1,8A, todos com um limite máximo de 27W.

Saiba mais em: Raspberry Pi 27W USB-C Power Supply

Cooler Ativo

Durante meu teste, senti a falta de um cooler ativo, que é altamente recomendável para obter o máximo desempenho da Raspberry Pi 5. Embora o Raspberry Pi 5 tenha sido projetado para lidar com cargas de trabalho típicas sem refrigeração ativa ou case, usuários que pretendem executar cargas pesadas sem redução de desempenho precisam adicionar um cooler ativo. 

Existem duas forma para adicionar um cooler ativo a sua Raspberry Pi 5. 

A primeira opção é usar o Raspberry Pi Case com ventilador. Disponível nas cores Vermelho e Branco, e Preto e Cinza, este case oficial para o Raspberry Pi 5 inclui um ventilador para auxiliar na refrigeração da placa. O gabinete é composto por quatro partes, como mostrado na foto abaixo. Para utilizar o ventilador que acompanha o case, basta conectá-lo ao header para cooler existente na Raspberry Pi 5. O case também vem com um dissipador autoadesivo de 12x17x4 mm, que deve ser colocado sobre o processador.

A segunda opção é usar o Raspberry Pi Active Cooler. Este cooler é fixado à placa por meio de dois novos orifícios de montagem, e a ventoinha é conectada a um conector JST de quatro pinos. A ventoinha direciona o ar através de um dissipador de calor de alumínio extrudado e fresado, mantendo a temperatura do Raspberry Pi 5 bem abaixo do ponto de limitação térmica, mesmo em temperaturas ambientes típicas e cargas máximas. O desempenho de refrigeração do cooler ativo é especialmente útil para quem deseja realizar overclocking.

Raspberry Pi M.2 HAT+

Outro recurso que planejo testar e abordar em um futuro texto é a interface PCI Express 2.0. Para facilitar o uso dessa interface, disponível no conector FPC de 16 pinos, com SSDs NVMe no padrão M.2, é disponibilizado um HAT M.2. O Raspberry Pi M.2 HAT+ permite conectar periféricos M.2, como unidades NVMe e aceleradores de IA, à interface PCIe 2.0 do Raspberry Pi 5, suportando transferências de dados rápidas de até 500 MB/s para unidades NVMe e outros acessórios PCIe.

Raspberry Pi AI Kit

O Raspberry Pi AI Kit combina o Raspberry Pi M.2 HAT+ com um módulo de aceleração AI da Hailo, projetado para uso com o Raspberry Pi 5. Ele oferece uma solução acessível, econômica e energeticamente eficiente para integrar IA de alto desempenho.

O módulo AI é um acelerador de inferência de rede neural com 13 tera-operações por segundo (TOPS), baseado no chip Hailo-8L. Utilizando o formato M.2 2242, o módulo vem pré-instalado no M.2 HAT+ e se conecta por meio de um conector de borda M key. O M.2 HAT+ facilita a comunicação entre a interface M.2 do módulo AI e a interface PCIe 2.0 do Raspberry Pi 5.

Quando o Raspberry Pi 5 roda uma versão atualizada do Raspberry Pi OS, ele detecta automaticamente o módulo Hailo, tornando a NPU disponível para tarefas de computação AI. Os aplicativos de câmera integrados, rpicam-apps, no Raspberry Pi OS, suportam nativamente o módulo AI, utilizando automaticamente a NPU para executar tarefas de pós-processamento compatíveis.

Saiba mais em: Raspberry Pi AI Kit

Conclusão

Após explorar detalhadamente as novidades e melhorias da Raspberry Pi 5, fica claro que este lançamento marca mais um avanço significativo na linha de produtos Raspberry Pi. Com uma gama de aprimoramentos, desde o processador e GPU mais rápidos até a introdução de interfaces inovadoras como PCI Express 2.0, a Raspberry Pi 5 oferece um potencial expandido para makers, estudantes e profissionais explorarem uma variedade ainda maior de aplicações avançadas. A compatibilidade com acessórios como o Cooler Ativo e o Raspberry Pi M.2 HAT+ proporcionam opções adicionais de personalização e otimização para atender às necessidades específicas dos usuários. Com esses recursos e melhorias, a Raspberry Pi 5 continua a consolidar seu lugar como uma plataforma versátil e poderosa, impulsionando a inovação em diversos setores e comunidades.

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