Un nouveau format de Raspberry Pi Compute Module 4

Le tout nouveau Raspberry Pi Compute Module 4 est annoncé, cette version particulière du projet de la fondation s’adresse surtout aux professionnels et il évolue grandement.

Le format de la solution change du tout au tout, le Raspberry Pi Compute Module 4 abandonne le format So-Dimm classique pour une nouvelle intégration. Mais les plus gros changements sont internes avec beaucoup de nouveautés embarquées.

Raspberry Pi Compute Module 4

A mon sens, l’évolution la plus marquante est dans l’implantation possible de PCIe et de NVMe en direct, ce qui ouvre la porte à l’emploi de solutions de stockage ultra rapides pour aller chercher des données à traiter ou pour les emmagasiner. Sans même parler de l’endurance proposée par ce type de stockage par rapport aux solutions habituelles des cartes de la fondation, c’est une porte grande ouverte vers d’autres traitements. La nouvelle solution profite également de fonctionnalités Wifi et Bluetooth ainsi que d’une connectique Ethernet Gigabit. Une ouverture complète, donc, vers les réseaux qui ouvre là encore de belles perspectives de réalisations : je pense bien évidemment à des fonctions NAS ainsi que de traitement et d’analyse réseau plus poussées qui iront de la gestion d’un chiffrement de données au nettoyage en profondeur de toute publicité en ligne.

Raspberry Pi Compute Module 4

Le format Compute Module est particulier dans la lignée des solutions de la fondation. Il ne  s’agit pas vraiment à la base d’une solution grand public mais plutôt d’un format à destination des industriels. Depuis trois générations, il est monté sur une solution de type So-Dimm, comme les barrettes mémoire. La grande nouveauté de ce format est le recours à un système de brochage différent. Le Raspberry Pi Compute Module 4 emploie deux modules de 100 broches de haute densité pour se connecter à sa Module IO Board. Cette carte secondaire embarquera la connectique et les éléments “classiques” du format : sorties vidéo, USB, RJ45 etc.

Ce nouveau connecteur marque une rupture avec les anciens formats. Jusqu’ici il était possible de faire évoluer son projet en gardant la même carte mère et en changeant de module, toujours dans un format So-Dimm de type DDR2. Les utilisateurs des précédents formats se retrouveront donc dans l’impossibilité de faire évoluer leurs précédents projets vers la version 4. A moins qu’ils ne changent également de carte mère. 

Raspberry Pi Compute Module 4

Mais le jeu en vaut la chandelle avec un nouveau SoC plus performant et surtout apte à gérer plus de choses. Le Broadcom BCM2711 apporte par exemple une deuxième sortie HDMI, de l’USB et une gestion réseau Ethernet Gigabit. Il saura également prendre en charge du PCIe ce qui apporte son lot d’évolutions intéressantes. Problème, le format So-Dimm ne permet pas de prendre en charge de tels transferts, il a donc fallu décider d’un changement. Soit en proposant un SoC plus puissant mais castré par sa connectique, soit en faisant évoluer sa connectique de concert. Ce nouveau format, poétiquement baptisé Hirose DF40C-100DS-0.4V, permettra donc beaucoup plus de choses.

Raspberry Pi Compute Module 4

Le double connecteur est également pertinent car il sépare les différents éléments : d’un côté, on retrouvera les connexions traditionnelles comme les GPIO de la carte, la gestion des données sur MicroSDXC, l’Ethernet et l’alimentation du SoC. De l’autre, on retrouvera l’ensemble des nouvelles fonctionnalités à haut débit. Le PCIe, l’USB 3.0, le HDMI et les doubles connecteurs MIPI CSI et DSI. Autre point intéressant, ce format est plus compact et au final moins onéreux que celui d’un So-DIMM ! Cette évolution apporte également son lot de possibilités supplémentaires.  

Raspberry Pi Compute Module 4

La fondation Raspberry Pi veut rendre la partie qui accueillera le Compute Module 4 plus accessible aux utilisateurs. Elle propose donc un format totalement ouvert pour que tout le monde puisse concevoir la carte d’accueil la plus adaptée possible. Certains voudront une carte minimaliste la plus compacte qui soit, d’autres auront plus avantage à étendre ses connecteurs. Pour faciliter ce type de développement, les plans complets de la Module IO Board sont proposés au format KiCAD. Vous pourrez donc éditer les plans et modifier ce que bon vous semble et, je n’en doute pas, pourrez également profiter du design des autres.

Raspberry Pi Compute Module 4

De nombreux sites commerciaux proposent aujourd’hui de construire des circuits imprimés sur mesures. Vous pourrez donc leur commander la solution qui vous convient le mieux. Il va sans dire que d’ici quelques mois quelques projets phare auront émergés autour de ce format : des systèmes type portés par des communautés. On imagine un format de NAS ou un super gestionnaire de solution PiHole, par exemple. Mais aussi des versions Domotiques ou des éléments hyper spécialisés comme un gestionnaire d’aquariophilie, d’alarme ou un outil de pilotage de CNC… Ces évolutions spécialisées auront tôt fait d’apparaitre au catalogue des fabricants de cartes comme des pièces détachées et tout un chacun pourra s’appuyer sur un travail communautaire pour réaliser le projet qui lui tient à coeur. Si un NAS n’a que faire d’une sortie vidéo ou d’une webcam, les sorties seront abandonnées dans le design. Au contraire, un aquariophile pourrait suivre sur un écran l’état de ses divers capteurs et récupérer un flux vidéo de ses poissons préférés. La solution de la fondation propose un fonctionnement sur mesures autour de ses intérêts propres, un fonctionnement qui fait tout l’intérêt de cette évolution.

Un des points clés de ces modifications techniques est dans l’abandon du schéma PCIe vers USB 3.0 de la carte Raspberry Pi classique. Si on se doute que c’est la meilleure solution pour la formule standard de la carte, elle n’est plus forcément aussi pertinente pour cette version. Le PCIe pourra donc être exploité très simplement en ajoutant le socket de votre choix ainsi que les alimentations nécessaires. De quoi piloter aussi bien des circuits externes que des SSD au format NVMe, par exemple. La solution propose également de doubler les lignes MIPI de la version de base, ce qui permettra de piloter deux cameras pour de la vue stéréoscopique. Vous pourrez également piloter des écrans UltraHD ou bénéficier d’un rafraichissement ultra rapide. 

Raspberry Pi Compute Module 4

A noter également la présence d’un connecteur UFL directement sur la carte pour ne plus dépendre de l’antenne interne en Wifi mais pouvoir déporter la solution de son choix. Mieux encore, les deux antennes pourront être activées ou désactivées au besoin via un ordre logiciel. Parfait pour intégrer la solution dans un automate et dériver son antenne vers l’extérieur en cas de besoin tout en ayant la possibilité d’éteindre cette antenne pour éviter toute intrusion.

Raspberry Pi Compute Module 4

Le nouveau Compute Module 4 ne mesure plus que 55 mm sur 40 mm et pourra donc se placer sur un support sur mesures ou sur la carte de base proposée par la fondation. Celle-ci couvrira l’ensemble des possibilités offertes par le SoC embarqué. La fondation a voulu étoffer son offre avec 32 variations de la carte pour correspondre exactement aux besoins de ses partenaires.

Imaginez vous construire un projet industriel, qui sera vendu à des milliers d’exemplaires, avec une solution qui embarquerait trop de mémoire ou de stockage pour vos besoins. Vous proposez une solution pour piloter une machine outil qui ne peut pas encaisser énormément d’ordres à la fois. A quoi vous sert d’avoir 4 Go de mémoire vive ? A rien si ce n’est à surfacturer des milliers de machines pour rien.

CM4

Petite erreur dans le tableau, la partie droite est bien “avec wifi”

La fondation proposera donc au total 32 variantes de son Raspberry Pi Compute Module 4. On retrouvera 4 versions de mémoire vive, 4 versions de stockage eMMC et une option pour la partie sans fil. La version de base, sans Wifi ni Bluetooth, avec 1 Go de mémoire vive et sans eMMC sera facturée 25$. Pour 30$, vous aurez la version Wifi de la même solution. On retrouve cette évolution à coup de 5$ pour beaucoup d’options. Par exemple passer de la carte de base sans eMMC à une version 8Go vous coutera 5$ de plus. Encore 5$ supplémentaire pour passer à 16 Go de eMMC etc. Ainsi la version 8Go de mémoire vive et 32 Go d’eMMC avec Wifi sera proposée à 95$.

Cette segmentation très poussée permettra de proposer des Compute Module 4 parfaitement adaptés aux usages industriels. Sans avoir à facturer des éléments non exploités par ses clients finaux. Cela ne veut pas dire que toutes les versions seront commercialisées pour le grand public. Il est probable qu’une partie de ces options ne soit disponible que sur commande. 

Le Compute Module 4 est un outil avant tout industriel qui, par son ouverture et sa philosophie ouverte, pourrait venir s’implanter dans des développements originaux et intéressants dans le grand public. Si le scénario vous parait improbable, il faut vous souvenir que beaucoup de personnes faisaient les mêmes reproches à la première Raspberry Pi. Avec une communauté qui se construit autour d’un projet et le support de passionnés au compétences électroniques et pratiques suffisantes de nombreux projets pourraient voir le jour dans des centaines de domaines. Combien de temps avant de voir un de ces modules piloter un télescope astronomique, capturer des images, suivre des astres, corriger des défauts chromatiques ? Quelle taille pourrait faire une communauté bien décidée à créer un NAS sur mesures autour d’un module de ce type ? Avec cette solution qu’on peut modeler suivant ses besoins et une vraie volonté de laisser des tiers s’en emparer pour développer dessus, le Raspberry Pi Compute Module 4 se positionne comme une solution à mi chemin de l’offre prête à consommer et de la solution industrielle. Une voie nouvelle qui semble parfaitement coller aux possibilités offertes par les compétences rassemblées par Internet aujourd’hui.

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Violet
18 commentaires sur ce sujet.
  • 19 octobre 2020 - 15 h 11 min

    Un GPI Case avec Raspberry Pi Compute Module 4, je ne dis pas non !

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  • 19 octobre 2020 - 18 h 05 min

    Hâte de voir tout ce qui va se développer autour de cette nouvelle carte, pour les industriels, un outil hyper flexible avec un nombre incalculable de possibilités d’intégrations mais ce que m’intéresse surtout, c’est pour “le particulier”…
    Super format pour console, tablette, laptop mais aussi… smartphone avec une réel “convergence” :)

    Aussi, si l’on suit le calendrier des sorties RPI, il ne serait pas fou de croire a un RPI 5 pour avril/mai 2021 ;)

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  • 19 octobre 2020 - 20 h 29 min

    Je rêve de faire un NAS en ARM maintenable ! Pensez-vous que c’est possible d’avoir des CM avec 4 Sata avec ce compute module ? Le fait que ça utilise 2 lignes USB3 me laisse perplexe :/

    J’ai vu le projet Helios64, mais j’ai peur du SAV et de la disponibilité des CM

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  • Luc
    19 octobre 2020 - 22 h 57 min

    Super. Bravo.

    1/ Décliner la carte en de nombreuses variantes est une excellente idée. Chacun pourra piocher dans l’offre en fonction de ses besoins sous réserve que la disponibilité des différents modèles soit bien réelle.
    2/ la carte d’extension est abordable et bien documentée. Une bonne base de travail et d’apprentissage pour les créateurs.
    3/ les options wifi bt et emmc onboard c’est top top

    Comme @madwill, j’ai hâte de voir ce qui va sortir de tout ça …

    Un regret quand même :

    Dommage qu’il n’y ait pas de quoi alimenter directement la carte via 2 pads à souder et un régulateur de tension (acceptant une large gamme de tension d’entrée) intégrés sur le module. Je serais prêt à mettre quelques euros en plus pour cela. Pour que le CM4 soit complètement autonome une fois le système installé en utilisant la carte d’extension.
    Ainsi, on aurait réellement une offre prête à être consommée pour reprendre le propos de Pierre.
    Là, en l’état, on ne peut pas se passer d’une carte d’extension …

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  • 19 octobre 2020 - 23 h 35 min

    Pierre je te laisse vérifier mais il n’y a pas d’USB 3.0 sur ce CM4 normalement. À la place on a accès au PCIe, libre à nius ensuite d’y remettre une carte USB 3 ou Sata ou autre chose.

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  • 19 octobre 2020 - 23 h 39 min

    Je prendrai le même mais avec un proc. x86, svp !

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  • 19 octobre 2020 - 23 h 57 min

    @Benoit: Tu as raison ! Je me suis laissé emporter :D

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  • 20 octobre 2020 - 0 h 30 min

    On parle beaucoup des compute modules pour un usage industriel, d’intégration dans des produits destinés à la vente en retail.

    Mais bien que ces CM existent depuis quelques années maintenant, je n’ai pas en tête un seul exemple concret de produit commercialisé avec un Rpi (compute module ou pas) caché dans ses entrailles.

    Quelqu’un aurait-il des exemples concrets de tels projets ‘industrialisés’ (= qui ont dépassé le stade de simple outil pour un prototypage rapide (avec une vraie production & commercialisation) ?

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  • 20 octobre 2020 - 2 h 23 min
  • 20 octobre 2020 - 2 h 37 min
  • gUI
    20 octobre 2020 - 7 h 52 min

    @nouknouk: Moi je bosse sur un produit basé sur un SOM (System On Module, c’est le terme à rechercher) SolidRun https://www.solid-run.com/nxp-family/imx6-som/

    On en vend quelques milliers par an (en visant un x10 dans les prochaines années)

    Si tu crées un produit qui a besoin d’un vrai CPU (entendre, pas un microcontrôleur), tu as tout intérêt à te diriger vers un SOM. Le routage des composants les plus rapides (CPU, RAM) c’est compliqué, c’est un domaine à part entière, c’est bcp d’essais, de râtés et de reprise (longueur des pistes, angles des virages… c’est pas trop mon domaine mais les électroniciens autour de moi sont tous d’accords). On avait eu une discussion avec un commercial de NXP pour faire évoluer le produit et passer en IMX8 : selon lui, en dessous de 100k unités par an, il vaut mieux passer par un fabriquant de SOM que de se concevoir soi-même la carte. Et à vérifier mais il me semble bien que NXP vend plus ses IMX à des fabricants de SOM que à des fabricants de produits finaux.

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  • gUI
    20 octobre 2020 - 7 h 54 min

    @nouknouk: pardon j’ai lu trop vite, je croyais que tu parlais des SOMs en général. Pour le RPi en particulier, je ne saurais dire.

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  • 20 octobre 2020 - 8 h 58 min
  • 20 octobre 2020 - 12 h 17 min

    Cette déclinaison mémoire + eMMC me fait penser à ce qui se fait ailleurs notamment chez Radxa qui a décidé de décliner son Rock Pi X selon les 2 critères en excluant intelligemment certaines combinaisons, combinaisons liées à la possibilité d’installer aussi windows 10 sur le Rock Pi X.
    Windows est naturellement gourmand en mémoire vive et en mémoire disque, alors que pour faire tourner linux, ces 2 critères sont beaucoup plus relatifs, il n’y a donc pas d’offre avec peu de stockage côté mémoire vive et un stockage eMMC élevé, puisque généralement l’un va avec l’autre.

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  • 20 octobre 2020 - 21 h 59 min
  • 20 octobre 2020 - 22 h 12 min

    @nouknouk: Il y a plein d’autres solutions, totalement sous le radar, fabriquées, par des industriels pour interfacer des vieux outils avec de nouvelles machines. Des presses, des CNC, des machines un peu vieillottes dont on booste les capacités en remplaçant une commande à la programmation limitée, longue et complexe par une carte qui va envoyer des codes en série à la place d’un humain. On n’a plus qu’a entrer des côtes dans un logiciel qui se chargera de faire semblant de piloter un panneau de boutons en pinguant directement la carte mère avec des impulsions. On transforme une presse avec 10 programmes en mémoire et un système de programmation prenant des heures en un engin aux programmes virtuellement infinis (chaque programme correspondant à un ensemble de codes de quelques Ko) et que l’on interface avec un PC.

    En gros, la vieille presse Offset des années 80 capable de reprendre 5 formats un peu laissée de coté se retrouve à nouveau exploitable.

    Ce sont des produits proposés dans des circuits hyper spécialisés, qui coutent cher mais qui sont rentables.

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  • 21 octobre 2020 - 17 h 00 min

    Il y a certainement plein de barrières techniques à lever, mais avec le PCI Express directement accessible, je me prends à rêver d’une carte dediée au pilotage machine via Linux CNC…

    Si c’est bien pensé, ça pourrait devenir un standard, comme l’a été le Grbl shield sur les petites CNC entrée de gamme…

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  • 21 octobre 2020 - 18 h 46 min

    @Pierre Lecourt: Effectivement, je pense que l’intérêt est grand dans des solutions industrielles ‘tailor made’. Et que c’est sans doute pour ça qu’elles n’ont pas forcément la même visibilité sur le net que d’autres projets plus ‘mainstream’.

    En tout cas, ta liste de lien illustre très bien cela. Merci encore de les avoir partagés.

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