Raspberry Pi 400 : La fondation explique son design

Un billet intéressant sur le blog de la fondation Raspberry Pi au sujet du Pi 400, son nouveau projet intégré dans un clavier. On y apprend pas mal de choses sur la génèse de l’appareil.

Le Raspberry Pi 400 est un coeur de Raspberry Pi 4 intégré directement dans un clavier de telle sorte qu’il puisse être employé comme un engin traditionnel en le connectant directement à un écran. Les créateurs de ce projet expliquent leurs choix et les étapes de fabrication de l’engin dans un billet de blog détaillé.

Pi 400

Premier élément intéressant, la génèse du projet est assez ancienne puisque l’idée de ce Pi 400 date d’il y a  4 ans. Il a fallu quatre années à l’équipe pour mener à bien cette évolution de la carte initiale. La première idée était de proposer une solution pour ajouter une carte classique dans un “boitier-clavier”. Un kit pour que chacun puisse le faire soi-même. La première étape consistait donc à savoir si la fondations serait capable de fabriquer un clavier, chose qui a été faite.

Et, à la grande surprises des gens en charge du projet de ce qui allait devenir le Pi 400, il n’a fallu qu’une seule journée pour que quelqu’un arrive à intégrer un Raspberry Pi 3 classique dans leur propre clavier… Un résultat impressionnant qui a confirmé à la fondation qu’elle travaillait sur la bonne voie.

Quand le clavier et la souris ont été lancés et que la fondation a enfin maitrisé ce sujet, le projet Pi 400 a été véritablement lancé. La création des éléments nécessaires à la fabrication du projet. Au départ prévu avec le Raspberry Pi 3, la solution a, au final, été anticipée pour s’accorder avec le Pi4. Le calendrier de production ne pouvant pas coller avec la précédente génération de cartes.

Pi 400

La carte a donc été revue autour du Pi4. L’ensemble est identique mais la distribution a été adaptée. Le port USB 2.0 disparu est employé pour piloter le clavier lui même. Pour le reste, la connectique suit le PCB de la carte qui est logiquement étalé en longueur. Certains détails ont été mal perçus par les utilisateurs et la fondation revient sur le port USB 2.0 situé sur la gauche du clavier. Cela oblige les droitiers à faire circuler le câble d’une souris filaire sur la longueur du dispositif ce qui a amené pas mal de commentaires au sujet d’un dispositif “pour gauchers”.

Pi 400

La fondation explique qu’une fois le design de la carte mis en place, il n’y avait plus moyen de faire circuler un port USB 2.0 à droite du PCB sans risquer de brouiller et son signal et le signal d’autres composants critiques comme le HDMI ou la mémoire vive. Il va sans dire qu’en augmentant la surface du PCB, il aurait été possible de contourner le problème. Mais cela aurait probablement eu un impact sur le design de l’ensemble et surtout le prix de l’engin.

Pi 400

Le choix de ports MicroHDMI est également motivé par un compromis. Recourir à des prises HDMI plein format aurait nécessité un châssis plus épais ou le retrait d’autres fonctionnalités. La solution a donc été de livrer avec chaque Pi 400 un câble MicroHDMI vers HDMI plein format. Les GPIO suivent un peu la même logique  avec une extension accessible sur l’arrière du clavier pour pouvoir se servir de la solution pour prototyper des produits. Si les extensions HAT ne seront pas compatibles avec ce format, il existe de nombreuses nappes permettant d’étendre les broches pour pouvoir y remédier. Aucune nappe de ce type n’est par contre livrée avec la solution.

Pi 400

Un Prototype du Raspberry Pi 400. A 1500$ pièce du fait de l’usinage de la plaque de refroidissement.

Concernant la fréquence du SoC qui passe de 1.5 Ghz sur le Raspberry Pi 4 à 1.8 GHz sur le Pi 400, la raison est toute simple. Cela a été fait parce que le dissipateur qui coiffe le SoC et qui s’étend sur toute la partie clavier, permet d’encaisser cette fréquence. Il semble d’ailleurs possible d’aller plus loin encore – Jusqu’à 2.2 GHz – mais c’est une voie que n’ont pas choisi les ingénieurs de la fondation.

Concernant l’intégration d’un système Compute Module au lieu d’une carte développée sur mesure, la réponse est une histoire d’échelle. Au delà d’un certain seuil, le bénéfice lié au système Compute Module devient un handicap. Il revient moins cher d’utiliser une solution sur mesure… Une réponse technique qui peut se comprendre face à l’anticipation de chiffres de production du Pi 400 qui va concerner plusieurs centaines de milliers de pièces. Il aurait été nécessaire d’augmenter considérablement la production de Compute Module. Evidemment, la fondation gomme tout le côté “évolutif” d’un tel dispositif. Je suppose que c’est lié à la cible visée par la solution. Est-ce que les gens qui auraient pu tirer bénéfice d’un tel dispositif et qui auraient intégré un éventuel Pi 5 dans le clavier sont nombreux ? Je n’en suis pas sûr. La plupart des utilisateurs de cette solution seront probablement assez jeunes et leur approche de l’informatique et  de l’électronique sera plus sobre. Les utilisateurs de Compute Module ont probablement déjà un clavier auquel ils sont attachés.

Pi 400

Le billet se conclut sur une comparaison du Pi 400 au Commodore 64 que Simon Martin, l’auteur du billet, ouvrait au matin de Noël 1985. Un ordinateur qui a sûrement marqué son enfance et décidé de son avenir professionnel. Comparé à cette machine d’alors, le Raspberry Pi 400 est un monstre. Il faut évidemment mettre dans la balance les années passées pour comprendre comment l’engin d’alors pouvait consommer autant pour si peu de résultats face à la nouvelle machine. Je crois que plus que ce bond de performances, il faut retenir la destination de ce nouveau produit. Former les plus jeunes au monde de l’informatique, du code, de ses usages et de l’électronique. Je persiste d’ailleurs à penser que cet engin n’est pas un remplaçant d’un ordinateur personnel. Mais c’est un excellent outil d’apprentissage et de découverte. 

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Rivière
25 commentaires sur ce sujet.
  • bob
    5 novembre 2020 - 16 h 18 min

    @Pierre : je crois (pas certain) que la fréquence plus élevée du processeur vient du passage d’un step B0 à C0 pour le processeur de la nouvelle carte, qui monte gentiment jusqu’à 2.2GHz.
    Je crois.

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  • 5 novembre 2020 - 16 h 23 min

    @bob: Possible mais… pas sans un dissipateur conséquent ^^

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  • Max
    5 novembre 2020 - 16 h 58 min

    Bonjour Pierre,
    un SSD y a-t-il sa place ?

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  • 5 novembre 2020 - 17 h 42 min
  • 5 novembre 2020 - 18 h 19 min

    @Pierre Lecourt:

    C’est quand même assez ballot de ne pas l’avoir intégré, la version “luxe” aurait pu être sous forme M.2 en n’utilisant pas le PCIe du SoC pour y mettre un contrôleur USB3 (cas CM4).

    Sans vouloir se passer d’USB3, l’eMMC était gérable nativement en remplacement de la uSD et devient assez commune chez les concurrents (RockPI…), avec gestion du boot sur USB pour la phase d’installation (afin de ne pas devoir fournir un adaptateur USB/eMMC pour flasher une image Raspbian).

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  • 5 novembre 2020 - 19 h 15 min

    @yann: Je crois que tu te trompes de cible. Cela aurait augmenté le prix et pas touché les personnes que la fondation vise. Projette toi au niveau d’une école qui va acheter 30 Pi 400. Pour eux le M.2 est inutile et ils vont préférer du MicroSD parce que plus facile a gérer. C’est eux qui sont visés. Augmenter le prix de l’engin aurait plus d’impact négatif par contre.

    Les utilisateurs de Pi4 avec M.2 vont se satisfaire d’un clavier de ce type ? avec ce connecteur 40 broches bizarre ? Je pense que ça aurait été une erreur.

    Ce Pi 400 a des fins éducatives, pas de remplacement de solution Pi existantes.

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  • 5 novembre 2020 - 20 h 07 min

    @Pierre Lecourt:

    Pas certain. Le M.2 était certes trop pour ce marché, par contre une eMMC aurait eu un double avantage:
    -Pas de vol de cartes uSD, l’eMMC déjà moins accessible n’ayant en prime que peu de débouchés.
    -Pas de cartes uSD avec une épidémie de pannes au bout de 1 à 2 ans (et s’emmerder, au delà de l’achat initial, à passer des heures à justifier des budgets de remplacement).

    Pour ce marché, je verrais même sans stockage si boot loader supportant TFTP/PXE (est-ce le cas??!!) d’un unique serveur de l’école.

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  • 5 novembre 2020 - 20 h 46 min

    @yann: Ca se tient. Même si en fait les MicroSD ce sont des consommables et ça se commande plus simplement. Ils ont du faire des études sur les 4 ans de dev :D

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  • bob
    5 novembre 2020 - 22 h 12 min

    @Pierre: la Pi400 monte à 2.2 avec son dissipateur d’origine et sans trop chauffer. La version du step C0 est déterminante. Je pense que rien que pour cela, certains la voudront. Autre point, toute la connectique est du même côté : pour intégrer la carte dans certains projets, c’est très pratique.

    Donc, du coup, ptet que certains claviers vont se retrouver orphelins.

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  • 5 novembre 2020 - 22 h 25 min

    Pour info, le Rock64 a un support libre pour enficher dessus une mémoire EMMC.
    https://wiki.pine64.org/wiki/ROCK64#Storage
    Le Rock64 peut très bien fonctionner sans EMMC. Mais je n’ai résisté longtemps à acheter une EMMC. Et je peux assuré que la lecture est beaucoup rapide qu’une micro-SD.
    La EMMC peut se flasher comme une clé USB avec un adapteur pas très cher :
    https://www.reichelt.com/fr/fr/index.html?ACTION=446&LA=0&nbc=1&SID=942b0e5cae8023c844b087352f8f9cb409dd34c716b2011f3fb6c&q=emmc
    Mais les EMMC valent au moins aussi cher que la carte.
    https://pine64.com/product-category/single-board-computer-accessories/page/3/?v=0446c16e2e66

    J’attends la réaction de Logitech qui est un vrai fabricant de clavier.

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  • 5 novembre 2020 - 22 h 25 min

    @Pierre Lecourt:
    A propos de RPi, sais tu où le compute module 4 et son IO board sont disponibles en ce moment? J’aimerais en acheter mais impossible de trouver un revendeur qui en a en stock!

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  • bob
    5 novembre 2020 - 22 h 37 min

    @samhanic : amazon.co.uk

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  • 5 novembre 2020 - 23 h 07 min

    @bob: C’est bien possible.

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  • 6 novembre 2020 - 9 h 13 min

    Un joli projet mené a termes comme d’habitude chez eux .
    Plutôt très bien et cela donne envie d’acheter .
    Un MEGA PLUS c’est tout intégré dans un pack et dans le design du clavier moins cher en plus .

    Prenez le prix d’un R-PI 4 + Boitier + alimentation + clavier & Souris .

    Petit défaut avec un clavier AZERTY ,un pavé numérique aurait pas été un luxe mais comme tu le dis si bien @Pierre cela aurait impacté le cout .
    BREF a 100€ j’achète c’est sur .

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  • bob
    6 novembre 2020 - 10 h 49 min

    Celle de ma femme est en train d’être expédiée ! Whaooo !

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  • 6 novembre 2020 - 12 h 48 min

    J’adore le concept et la prix semble contenu. Je m’en serai bien prix un exemplaire, mais j’ai encore une rpi 1,2 et 3 qui traînent chez moi et je sais que, passé la phase de découverte et amusement, se sera pareil pour ce modèle. C’est un produit génial pour les écoles selon moi.

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  • 6 novembre 2020 - 16 h 48 min

    Avec ce PI 400, la fondation veut clairement s’ouvrir à un marché plus grand public.
    Malheureusement, j’ai peur que le syndrome Netbook se reproduise. Au lancement du EEEPC 701, que Pierre a bien connu, celui-ci était destiné à des taches simples et bien précises : surfer sur internet, faire un peu de bureautique et lire des vidéos avec un prix raisonnable. Les utilisateurs ont imaginé une autre utilisation que celle qui était prévue, car ils l’ont vu comme un ordinateur portable low-cost sur lequel ils voulaient Windows, faire du jeu, des programmes gourmands …
    Au final, le Netbook s’est perdu.
    La c’est pareil, le PI 400 est prévu pour un besoin précis, pas pour remplacer un pc core i7 ou tu fais du jeu, du montage vidéo, du photoshop …

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  • 6 novembre 2020 - 17 h 17 min

    On peut imaginer des extensions (SSD ?) sur le port GPIO comme les MemoPack sur ZX81 sauf que ça pourrait masquer les autres sorties.

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  • 6 novembre 2020 - 18 h 59 min

    Salut 2 questions:

    Existe t il des écrans avec une sortie usb ou usb-c suffisamment puissante pour alimenter ce clavier à prix décent (une idée pour tes bons plans)?
    Y aura t il une version AZERTY du clavier ?

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  • 6 novembre 2020 - 19 h 15 min
  • bob
    7 novembre 2020 - 9 h 06 min

    Moi je pleure le port usb otg, qui est passé à la trappe dans cette belle machine! Pourquoi tant de rage contre le petit otg? hein pourquoi? juste 5pads à souder internes …

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  • bob
    8 novembre 2020 - 10 h 47 min

    Ha, une autre bob !
    Il te reste la Pi 4 ou le clavier Vilros.

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  • 8 novembre 2020 - 11 h 08 min

    Merci Pierre
    C’est toujours clair et agréable à lire

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  • 11 novembre 2020 - 23 h 49 min
  • Tof
    15 novembre 2020 - 13 h 38 min

    @bob: “Donc, du coup, ptet que certains claviers vont se retrouver orphelins.” –> Oui et aussi probable que les cartes de certains clavier Pi400 soient réaffectés dans d’autres claviers plus anciens (ex: IBM Model F) ;)

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