Raspberry Pi 5 : une nouvelle carte plus performante et plus chère

Ce n’était pas le calendrier prévu, la Raspberry Pi 5 ne devait pas sortir avant 2024 avait déclaré Eben Upton en 2022. C’est donc une surprise de voir cette solution être présentée en ce début d’automne 2023. C’est également un constat doux amer sur l’évolution de la Fondation. Si la petite carte montre de nouveaux aspects très intéressants avec des changements importants de son équipement, elle débarque sur un marché où elle va devoir faire face à de sérieux défis.

La Raspberry Pi 5 est synonyme de montée en performances et comme à chaque nouvelle solution de la Fondation, on retrouve une petite carte qui évolue sous le signe d’un SoC Broadcom. Mais pour cette fois l’alliance entre le créateur de puce et les ingénieurs de Raspberry est encore plus étroite. La nouvelle puce embarquée a été créée sur-mesure pour ce nouvel ordinateur. Il s’agira d’un Broadcom BCM2712, construit en équipe pour la Pi 5 et embarquant quatre cœurs ARM Cortex-A76 64 bits fonctionnant à une vitesse d’horloge de 2.4 GHz¹. Point très important de cette offre, la puce graphique VideoCore VII cadencée à 800 MHz sera complètement documentée pour le système Linux maison. On retrouvera donc une prise en charge réelle de l’OpenGL ES 3.1 et de Vulkan 1.2. Cela assurera d’excellentes performances graphiques sous Linux ainsi que le décodage de flux vidéo pouvant atteindre un double signal UltraHD en 60 images par seconde. Gravé en 16 nanos, la puce propose 512 Ko de cache L2 par cœur et 2 Mo de cache L3. Elle promet à la fois plus de vitesse de calcul, un fonctionnement plus efficace et moins de chaleur dégagée. On y reviendra plus loin.

Cette dimension d’un circuit vidéo développé par et pour la fondation est extrêmement importante pour la suite de l’aventure Raspberry Pi. Elle assure une compatibilité parfaite entre le système d’exploitation et le matériel embarqué mais promet également des pilotes totalement Open-Source qui vont pouvoir être travaillés par les utilisateurs. C’est une excellente nouvelle et un point clé de l’offre par rapport à la concurrence qui navigue souvent à vue avec des SoC aux caractéristiques totalement fermées. Certaines cartes de développement sortent, sont commercialisées et arrêtent leur production sur plusieurs années sans jamais avoir un seul pilote 3D ou vidéo parfaitement au point sous Linux. Uniquement développées pour Android, elles ne délivrent qu’une part basique de leurs capacités graphiques. La grande force de la Fondation est bien d’avoir su proposer un fonctionnement en symbiose avec Broadcom sur ce poste. Cela se traduira également par des possibilités intéressantes comme la prise en charge de l’HEVC. Aucune info sur un éventuel support HDCP ou de DRM n’a par contre été évoquée.

A noter que la Fondation a pris les devants en proposant un système de refroidissement complet pour la carte. Proposé à 5$, le dispositif comprend un petit ventilateur et un dissipateur qui viennent coiffer les éléments les plus chauds. Il se connecte directement via des performations du PCB avec un appui exercé par de petits ressorts. Le ventilateur est branché au système grâce à un connecteur 4 broches qui propose un relevé de sa vitesse de fonctionnement. 

La formule sera développée en deux solutions mémoire, 4 ou 8 Go. Toutes deux en LPDDR4x-4267, mais il est possible que d’autres versions sortent plus tard avec plus de mémoire. C’est ce module qui déterminera le prix de la Raspberry Pi 5. La version 4 Go étant proposée à 60$ et la version 8 Go grimpant à 80$.

Un prototype de HAT pour exploiter un port M.2 PCI Express

Comme d’habitude, la formule ne proposera pas de stockage interne, il faudra chercher du côté de son lecteur de carte MicroSDXC pour installer un système. Ce dernier est désormais à la norme SDR104 qui est présentée comme un format très robuste mais qui correspond en fait à l’UHS-1 avec 104 Mo/s de débit maximum. C’est excellent mais ce n’est pas au niveau des UHS-II et UHS-III que nous croisons désormais régulièrement et qui atteignent 300 et 600 Mo/s de débit. Une interface PCIe 2.0 x1 sera également disponible même si il faudra venir la chercher au travers d’une connexion externe via les broches de la carte. Cela ouvre des perspectives sur l’ajout d’un SSD au format M.2 NVMe via un HAT, par exemple.

La connectique est bouleversée avec un nouveau composant également développé en interne pour la prendre en charge, le RP1. Les précédents modèles utilisaient certes des solutions externes comme un gestionnaire Ethernet ou USB mais petit à petit l’ensemble des fonctions ont été intégrées dans le design du SoC de base de la carte. Une volonté de miniaturiser l’ensemble qui estimait que c’était la suite logique pour conserver un maximum de possibilités sur un minimum de place.

Problème, la majorité de ces fonctionnalités ne correspondent plus vraiment au format de la nouvelle puce Broadcom. L’évolution de la finesse de gravure de celle-ci étant un frein technique et économique à leur implantation. Un frein risquant de devenir un danger dans le futur. La décision a été prise de séparer les fonctions dans un autre composant : le RP1. Ainsi seules les fonctions demandant le plus de bande passante sont toujours intégrées à la puce de base de la carte : la gestion du signal vidéo HDMI, la mémoire vive et le PCI-Express restent présent. Le gestionnaire de carte SD y a également trouvé refuge pour des raisons de design. Tout le reste est externalisé vers cette nouvelle puce.

Cela permet d’employer un processus de gravure moins couteux pour ce RP1 et de le connecter directement à la puce Broadcom via une interface PCI Express 2.0 sur 4 lignes. La fondation a fait appel au 40LP de TSMC pour fabriquer ce composant, une méthode de gravure éprouvée (2008) déjà employée dans le microcontrôleur maison de Raspberry Pi, le RP2040 vendu 1$ intégré dans le Raspberry Pi Pico. C’est d’ailleurs la même équipe en charge du RP2040 qui a construit ce RP1. 

Les deux connecteurs MIPI et les deux connecteurs « VID » du signal vidéo analogique.

A son bord, on retrouve la gestion des ports USB 3.0 et USB 2.0. C’est aussi ici qu’est gérée l’interface Ethernet Gigabit, les lignes MIPI pour connecter écran et capteur photo, un gestionnaire de vidéo analogique et les traditionnels GPIO des broches embarquées. A noter que la prise jack audio stéréo a totalement disparu de la carte. 

Ce petit composant a été un travail au long cours pour la fondation qui y a dépensé une petite fortune, pas moins de 15 millions de dollars ont été injectés dans ce développement depuis 2016 pour parvenir à ce résultat. La version C0 employée ici est la troisième mouture de ce projet avec en tête une rétro compatibilité complète de la Raspberry Pi 5 avec les précédents modèles et leurs extensions. Cette puce RP1 nous renseigne sur l’avenir de la formule. En séparant les deux éléments, il sera plus simple pour la fondation d’évoluer à l’avenir. Le RP1 prendra en charge de son côté les différents composants annexes des SBC. Le circuit Broadcom sera, quant à lui, plus indépendant dans son évolution. L’arrivée de ce tandem me laisse à penser qu’il n’y aura plus quatre ans d’attente entre un Raspberry Pi 5 et un Raspberry Pi 6.

Sur la gauche, au bord de la carte et en léger relief, le bouton de démarrage

Un nouveau PMIC, le Renesas DA9091, fait également son apparition sur la carte. Le PMIC est le composant qui gère l’alimentation de la carte. Une puce spécialisée qui va aussi bien traiter les besoins spécifiques du SoC Broadom que l’alimentation du reste des composants. Ce nouveau venu est également produit en collaboration avec Renesas. Cela assure à la fondation de disposer d’un gestionnaire parfaitement adapté à ses besoins tout en répondant à des demandes récurrentes sur ces cartes de développement. On retrouvera ainsi d’une part un bouton permettant d’allumer ou d’éteindre la carte mais également d’interagir avec elle. 

Mais on pourra également compter sur la présence d’une horloge interne disponible directement à bord. Il suffira de l’alimenter avec une pile ou une batterie dont on peut voir les deux broches de connexion en bas à droite de la photo ci-dessus, pour avoir une machine toujours à l’heure. La fondation proposera une pile Lithium-Manganèse Panasonic prête à l’emploi en option à 5$.

Enfin, la partie réseau a également un petit peu évolué. Si la puce Infineon CYW43455 proposant Wi-Fi5 et Bluetooth Low Energy est toujours la même, son alimentation a été revue pour une consommation plus faible tandis que sa bande passante avec le SoC de la carte a été améliorée pour de meilleurs débits. La gestion de l’Ethernet est toujours confiée à un circuit Broadcom BCM54213 en Gigabit.

Une alimentation qui monte en puissance

Le SoC Broadcom a beau être plus efficace, ce n’est pas le cas de la carte qui demande désormais une alimentation beaucoup plus importante que la précédente. Il faudra la connecter à une solution USB Type-C offrant 5 volts et 5 ampères pour satisfaire le Raspberry Pi 5. Les modèles 3 ou 3.3 ampères ne seront plus suffisant pour la gérer sereinement. Un bloc d’alimentation 25 watts est donc prévu en option. 

La Fondation explique que si la puce est plus efficace, chauffe moins et consomme moins que celle du Pi4, la carte est également susceptible de demander plus de courant. Ces considérations de consommations inférieures au précédent modèle sont faites à « charge de travail égale ». Si on demande la même chose à un Pi4 qu’à un Pi5, alors la nouvelle SBC sera plus efficace et moins énergivore. Mais cela ne fonctionne pas vraiment comme cela dans la vraie vie. Si vous demandez une tâche lourde à la carte, celle-ci ne va pas tempérer son SoC embarqué pour rester gentiment dans les clous de votre consommation précédente. La carte offrira le maximum de ses possibilités et consommera alors plus de courant que l’ancien modèle. On parle quand même d’un pic de consommation qui passe de 8 watts à 12 watts entre les deux éléments. Elle risque donc de consommer, et de chauffer, plus.

Avec un chargeur classique, en 15 watts, la carte ne sera pas capable de gérer correctement toutes ses capacités. En particulier si vous comptez lui connecter des éléments comme un stockage mécanique externe ou un SSD sur son port PCIe 2.0. Le PMIC adaptera le courant suivant les besoins, il pourra donc baisser son alimentation USB à 600 mAh si vous utilisez un bloc secteur limité en ampérage. Le recours à un nouveau bloc 5A est donc quasi indispensable pour profiter vraiment des ressources de la Raspberry Pi 5.

Les caractéristiques complètes du Raspberry Pi 5 

• SoC Broadcom BCM2712 2,4 GHz quadruple cœur ARM Cortex-A76
• Circuit graphique VideoCore VII 
• Double sortie HDMI UltraHD@60 avec prise en charge de l’HDR
• Décodeur HEVC 4Kp60
• Mémoire vive LPDDR4X-4267 SDRAM en 4 et 8 Go 
• Wi-fi5 et Bluetooth 5.0 BLE
• Lecteur de cartes MicroSDXC UHS-I
• Deux ports USB 3.0 capables de supporter des débits 5Gbps simultanés
• Deux ports USB 2.0
• Un port Ethernet Gigabit avec fonction PoE+ via un HAT
• 2 groupes MIPI à la fois compatibles camera et affichage sur 4 lignes
• Une interface PCIe 2.0 x1 disponible via un HAT ou autre interface 
• Alimentation Power Delivery sur USB Type-C en 5V/5A
• Les 40 broches standard du format Raspberry Pi
• Une horloge RTC
• Un bouton de démarrage
• Plus de prise jack 3.5 mm

Un marché qui n’a pas attendu 4 ans de son côté

La fondation apporte du neuf et des éléments intéressants avec cette Rapberry Pi 5. Mais elle se frotte désormais à un marché qui a également évolué. De nombreuses solutions annexes sont disponibles et beaucoup d’utilisateurs ont migré vers des propositions différentes. Les pénuries de cartes et l’augmentation importante des tarifs ont eu raison des fans les plus endurcis. Avec des Raspberry Pi 4 absentes des stocks pendant des mois et des projets qui s’accumulaient, beaucoup ont bifurqué vers des solutions signées Orange Pi, Mango Pi, Banana Pi, Khadas et de nombreux autres. L’augmentation des tarifs délirante des Pi4 – on parle quand même de moments où les Pi4 8 Go se vendaient à 150€ – a également poussé de nombreux acheteurs qui cherchaient un PC pas cher à se tourner vers des solutions plus classiques et prêtes à l’emploi sous processeurs x86 chez Intel ou AMD.

Bref, depuis 4 ans, les choses ont bougé et cette Raspberry Pi 5 avec son prix en hausse à 60$ HT pour la version 4 Go et 80$HT en version 8 Go ne va pas redonner un sourire immédiat aux acheteurs. La carte est intéressante, l’évolution proposée par le SoC Broadcom mérite à mon avis le détour et les possibilités offertes seront sans doute sans équivalent. Reste à savoir si ces évolutions vont dans le sens du projet initié par la fondation. Les choses ont changé depuis 4 ans, entre la pandémie COVID et les diverses implications qu’elle a eue d’un côté et les engagements pris par Raspberry Pi avec ses partenaires industriels de l’autre, la météo n’a pas été des plus clémentes pour la fondation. Mais le projet de départ était bien de fournir un ordinateur simple, bon marché, robuste et efficace pour le plus grand nombre. Le précédent modèle de carte est sorti à 35$, celui-ci débute à 60$. C’est presque le double et c’est sans compter l’ajout d’un adaptateur secteur adapté.

La Raspberry Pi 4

Difficile de regarder la Raspberry Pi 5 à 60$ HT avec le même oeil bienveillant que les précédents modèles. D’abord parce que la fin des pénuries de Raspberry Pi 4 n’est toujours pas arrivée malgré les promesses  répétées d’Eben Upton. Et on se demande si régler ce problème n’aurait pas été plus important que de lancer une nouvelle gamme. Ensuite parce que l’idée d’une carte qui peut être achetée sur un coup de tête pour répondre à un projet n’existe plus. On ne va pas dépenser 60$ en considérant cet investissement au même titre qu’un loisir ou pour mener un petit projet comme on pouvait le faire du temps des RPi à 35$. 

Pour un acheteur à la recherche d’un PC « pas cher » l’offre est de moins en moins censée également. A 80$ en version 8 Go, prix hors taxe sans châssis, alimentation ni stockage, on est proche de 76€ HT soit 91€ TTC pour un produit encore inutilisable. C’est vraiment plus très loin d’un MiniPC x86 traditionnel, tout équipé, sous un châssis et livré avec mémoire vive, stockage évolutif et de grandes possibilités niveau système. Si on additionne les éléments indispensables à rajouter à la carte, le delta de prix devient vraiment très mince et pas forcément à l’avantage de la Fondation.

Evidemment pour qui cherche une solution de type SBC, avec les fameuses broches GPIO indispensables aux développements de solutions externes, la Raspberry Pi 5 reste un outil parfait et calibré pour répondre à tous ces besoins. Mais cela reste un peu étrange de voir ce grand écart permanent. D’un côté, on fait évoluer les composants majeurs pour répondre à un besoin de vitesse de traitement exigé par le public à la recherche d’un ordinateur complet. De l’autre, on continue de se positionner comme un outil programmable et de développement alternatif. Je ne suis pas sûr que cette inconfortable position puisse durer éternellement. 

Bien sûr il reste plein de solutions pour le futur. Le tarif demandé peut baisser à terme et la Fondation a peut être été contrainte de le pousser plus haut en raison de diverses circonstances. On a déjà vu par le passé la Raspberry Pi 4 1 Go à 35$ disparaitre au profit d’un modèle 2 Go vendu au même tarif. La version 4 Go de RPi 4 était déjà proposée à 55$ en 2019 et la hausse de 5$ entre les deux peut parfaitement se justifier. Si le prix de la mémoire vive a dégringolé depuis, cela n’affecte probablement pas de la même manière les solutions intégrées de ce type que les modules de mémoire plus classiques. Mais j’aurais aimé une version plus légère, en 2 Go par exemple, à 35 ou 40$ pièces. Ce sera peut être pour plus tard.

J’aimais toujours beaucoup cette idée d’une carte accessible, peu chère et sans la vocation de devenir aussi un PC d’appoint. Une carte de développement avec une grosse communauté qui peut vous faire gamberger autour d’un projet original à partager. Ici ces tarifs et ces annonces me font plus penser cette carte comme concurrente des PC du quotidien et moins comme un joujou d’apprentissage en électronique et en programmation. A suivre donc.

1. Pour rappel la Raspberry Pi 4 embarque un quadruple cœur Cortex-A72 à 1.5 GHz.