Raspberry-pi 4 : la révolution technologique au sein de la fondation
Le Raspberry-Pi 4 est arrivé
Bonjour à tous. Nous ne l’attendions pas vraiment mais le voila !
Le Raspberry Pi 4 est arrivé avec ses nombreuses innovations.
Voici donc le plan de l’article… car il y a vraiment beaucoup de choses à dire :
Cette révision n’est pas une simple évolution mais plutôt une révolution sur le plan technique, surtout pour un nano-ordinateur !
La fondation met en place les fondations techniques nécessaires à l’évolution future de notre plateforme préférée.
Le lecteur attentif aura remarqué quelques composants différents ici et là !
C’est sur le plan
technique que les choses se bousculent. Nous allons donc rendre ces
spécifications techniques plus abordables et voir en quoi ce nouveau
Pi est si révolutionnaire… parce qu’il l’est !
Résumé visuel des spécifications
Avant de se lancer dans les détails, voici une revue graphique des nouvelles spécifications
Deux sorties HDMI 4K
Le Raspberry-Pi 4 accède enfin à la 4K et il le fait dans les grandes lignes.
Le Pi 4 dispose de deux sorties Micro HDMI compatible 4Kp30 ou une sortie HDMI 4Kp60.
Hormis la 4K, avec deux sorties HDMI, le Pi 4 s’ouvre également aux installations multi-écran !
Ce qu’il faut comprendre, c’est que le Pi 4, en plus de supporter la 4K avec encodage H.265 (4Kp60) et H.264 (1080p60). La bonne nouvelle, c’est que le GPU supporte également l’encodage H.264 (donc 1080p30), ce qui laisse entrevoir la possibilité de nouveaux périphériques de capture d’image.
Le support OpenGL a également connu des avancés, quasi inévitable avec l’apparition de la 4K. Nous retrouvons donc le support OpenGL ES 1.1, 2.0 et 3.0. Tout comme le passage de VideoCore 5 à VideoCore 6 (une évolution naturelle selon la fondation).
Attention : les sorties HDMI 0 et HDMI 1 sont des sorties micro HDMI. Il est donc impératif de disposer de câble de conversion comme celui-ci pour brancher le Raspberry-Pi 4 sur un moniteur. x
Whoaw ! Avec la 4K, il est déjà possible de faire un article vraiment sensationnel… voyons ce que le Pi nous réserve encore comme surprise.
Plus de RAM… plus de choix
Le Raspberry-Pi 4 existe maintenant en plusieurs versions :
Comme il est possible de le voir dans le tableau récapitulatif, la quantité de RAM disponible influe significativement sur le prix.
Comme pour les précédentes versions du Pi, la RAM à disposition du GPU est configuré dans le fichier config.txt. Concernant le Raspberry-Pi 4, le GPU peut utiliser jusque 4 Go de RAM.
Chacune de ces versions ayant ses applications de prédilection :
Cela pourrait presque passer inaperçu mais la RAM du Raspberry-Pi passe en DDR4 !
Cela est d’une grande importance sur les performances du Pi puisque la fréquence du bus passe de 900 MHz à 2.4 Ghz et offre ainsi une bande passante 2.5+ fois plus grande pour les échanges d’information avec la RAM.
Le graphique suivant (issu des mesures de Tweaktown.com) permet de comparer la bande passante en Go/s d’un Pi 3 avec de la DDR3 à 900 MHz et un Pi 4 avec de la DDR4 à 2.4 GHz.
Source : TweakTown @ https://www.tweaktown.com/articles/6619/crucial-ddr4-memory-performance-overview-early-look-vs-ddr2-ddr3/index.html
Non seulement nous avons plus de RAM mais les échanges seront nettement plus performants… et pas qu’un peu mon neveu ! Ce sont les applications gourmandes en RAM qui en bénéficieront le plus comme la navigation internet, le traitement d’image, moteur DB, etc.
Cerise sur le gâteau, la RAM DDR4 est aussi moins énergivore avec un gain de 37 % de puissance par rapport à la DDR3 (source : ExtremeTech @ https://www.extremetech.com/computing/178505-samsung-pushes-new-20nm-ddr3-ram-signaling-uncertainty-about-ddr4 ).
Note complémentaire: en décortiquant les spécifications des composants RAM, le module 2 Go produit par Micron ( MT53D512M32D2DS-053 WT:D pour être précis). Selon la documentation fabriquant, il s’agit de SDRAM – LPDDR4 à 1866MHz et donc pas à forcement 2.4 GHz. Il faudra procéder à des vérifications complémentaires.
Le Pi 4 à 1Go de RAM peut il faire de la 4K ?
Le réponse est OUI mais ce ne sera pas forcément confortable.
Il ne faut pas oublier que la RAM est partagée entre le système applicatif (CPU) et le système graphique (GPU). Plus de mémoire sera utilisée pour la sortie Vidéo (comme la 4K) et moins il en restera de disponible pour le système d’exploitation et programmes qui tournent sous Linux.
Une sortie 4K consomme nettement plus de mémoire graphique qu’une sortie HDMI en haute résolution. S’il s’agit de faire de l’affichage 4K pour un affichage dynamique (Digital Signage), cela devrait convenir. Cependant, faire de la 4K avec exploitation d’un environnement de bureau et navigation Internet, c’est clairement trop exigeant pour un modèle de 1 Go de RAM.
C’est la raison pour laquelle nous recommandons plutôt une carte Raspberry-Pi 4 à 2Go ou 4Go de RAM si vous voulez vous intéresser à de la 4K.
USB 3.0 – Super Speed
Une autre grande avancée sur le Pi 4 est l’apparition de l’USB 3,0 supporté par un Chipset VL805. Pour le Pi 4, la fondation aura fait appel à un spécialiste du domaine avec VIA.
Cette fois, c’en est enfin fini avec la stack USB + Ethernet :-) nous avons enfin droit à du matos performant!
Le chipset VIA offre 2 ports USB 3.0 (en bleu) et 2 ports USB 2.0. Bien que ce chipset supporte 4 ports USB 3, seulement deux d’entre-eux sont disponibles et les deux autres ont été rétrogradés en USB 2.0.
En inspectant l’arrière de la carte, on remarque rapidement de nombreux « via » à l’arrière des ports USB3. Ceux-ci ne peuvent pas être reportés sur les ports USB 2 et pour cause, l’autre côté de cet emplacement est blindé de composants.
Un débit qui décoiffe !
La disponibilité de l’USB 3.0, permet de placer un disque SSD et d’avoir un débit pouvant plafonner à 350 Mb/s. Ce n’est en fin de compte plus si grave si nous ne disposons pas de port SATA ou MSATA, avec des interfaces USB 3.0 nous sommes entièrement libre de choisir notre type de stockage (SD ou HD via USB 3 ou monté en réseau).
Nous le verrons plus tard, le bus du Pi 4 à aussi été revu pour supporter les transferts haut débit.
Booter sur l’USB 3.0 !
Le microcode du SoC utilisé pour booter le Pi a préservé ses caractéristiques / fonctionnalités.
Par conséquent, il est toujours possible de booter le Raspberry-Pi sur une interface USB, fonctionnalité devenue assez populaire pour passer outre le goulot d’étranglement de la carte SD.
Voir les articles suivants de François Mocq sur le site Framboise314.fr, ils sont plus d’actualité que jamais ! Quitte à avoir un cheval de course, autant lui offrir les moyens de se défouler ;-)
Ethernet Gigabit… pour de vrai
Avec sa nouvelle interface Ethernet Gigabit physique.
La disparition de la pile USB + Ethernet aura permis à la fondation d’opter pour un chipset physique avec le bcm54213 (toujours de Boardcom).
Testé à 900 Mb/s par la fondation, le Raspberry-Pi 4 se hisse enfin au niveau des cartes concurrentes comme Odroid !
Et comme l’interface HAT POE est déjà présente, il est déjà possible d’utiliser le Pi-4 avec HAT-POE pour alimenter le Pi directement depuis le réseau.
Voir ici pour plus d’informations https://shop.mchobby.be/fr/pi-hats/1391-hat-poe-pour-raspberry-pi-3232100013919.html
Le port Ethernet change d’ailleurs de côté et se retrouve maintenant du côté du GPIO !
Le facteur de forme du Pi 4 est donc modifié… les cartes d’extension (HAT) ayant pris quelques libertés avec les spécifications HAT rencontreront peut être le port Ethernet. En effet, le port Ethernet arrive maintenant JUSTE DERRIERE le connecteur PoE.
Un processeur plus puissantLe processeur passe d’un BCM2837BO à 1.4 GHz à un BCM2711 à 1.5 GHz.
Bien qu’il s’agisse d’un SoC ARM à 4 Coeurs 64 bits.
Si le gain de puissance brute semble limité au seuls 100 MHz de la fréquence d’horloge, c’est surtout sous le capot que les choses changent !
En effet, le BCM2837 était un processeur Cortex A53 tandis que le Raspberry-Pi 4 se paie un processeur Cortex A72 qui permet d’exécuter des lots d’instructions identiques avec moins de cycles d’horloge !
C’est un peu comme un nouveau vélo où l’on pédale moins vite pour atteindre la même vitesse qu’avec l’ancien. Du coup, si on fait le nécessaire pour pédaler aussi vite sur la nouvelle bécane et bien on gagne en vitesse :-).
François Mocq, du site de Framboise314 a testé la puissance brute du Raspberry-Pi 4 à l’aide de Sysbench. Au final, il s’avère qu’il y a bien un gain de 30 % de puissance en traitement avec 4 threads (pour tirer partie des 4 coeurs).
Ces 20 à 30 % de gain en performance ne vont pas changer la face du monde. Par contre, l’utilisation au quotidien sera plus fluide et plus conviviale.
Nouveau processeur = Nouvelles distributions
Un nouveau processeur implique forcément une nouvelle distribution.
Souhaitons la bienvenue à Raspbian Buster, toujours dérivé de... Debian Buster.
Votre ancien OS Pi 3 ou Pi 3 B+ ne démarrera pas sur le Raspberry-Pi 4, entre autre parce que le processeur à changé.
L’architecture sous jacente ayant beaucoup changé, il n’est même pas certain qu’une mise-à-jour de votre ancien OS puisse être suffisant pour assurer une migration en douceur.
Il faudra passer par une phase de téléchargement depuis le site de la fondation https://raspberrypi.org .
La bonne nouvelle, c’est que NOOBs est disponible et qu’il devrait déjà avoir une pléthore de distributions compatibles dont du Rétro-Gaming et un média-center.
Et pour les distributions plus exotiques, il faudra probablement attendre quelques mois pour voir apparaître de nouvelles moutures.
Un bus PCi Express
La vraie révolution du Raspberry-Pi 4, c’est le bus PCIe de 2ième génération présent sur la carte. Celui-ci est utilisé pour assurer les communications entre le contrôleur USB, le contrôleur Ethernet.
Avec ce bus PCie qui assure des communications fiables à très haut débit, le Raspberry Pi-4 devient un vrai ordinateur ! C’en est fini du goulot d’étranglement USB 2 de l’ancienne pile USB + Ethernet over USB des précédentes générations.
Même avec un disque SSD en USB 3.0 (lecture à 350Mb/s) le bus PCIe ne sera pas saturé.
L’arrivée de ce bus PCIe va radicalement changer les perspectives et les possibilités des cartes Raspberry-Pi 4 et suivantes.
WiFi et Bluetooth 5.0
Côté WiFi et Bluetooth, l’antenne entonnoir est toujours bien présente avec le support des réseaux 2,4 Ghz et 5Ghz 802.11b/g/n/ac .
Les accros Bluetooth, ils apprécieront le passage à Bluetooth 5 (depuis 4.2). BT5.0 aujourd’hui assez populaire, a surtout été plébiscité par Samsung lors de la sortie du Galaxy S8. Il est depuis nettement plus répandu.
Le passage de Bluetooth 4 à Bluetooth 5 représente une évolution dans le domaine de la communication sans fil. La portée de BT5.0 a été doublée et le débit en mode basse consommation BLE a lui été quadruplé. C’est qu’un gros travail a été réalisé sur la gestion des interférences.
Ainsi, Bluetooth 5.0 offre un débit max 4 Mbit/s sur une distance de 200m, de quoi envisager de nombreuses possibilités dans le domaine de la santé, des objets connectés et l’éventualité de réaliser des réseaux Bluetooth de type Mesh (comme internet) aussi bien pour la téléphonie de bureau, les objets connectés que des systèmes informatisés.
Connecteur µFL
L’emplacement pour un connecteur µFL (branchement d’antenne extérieur) est toujours présent. Bien que je n’ai jamais eu l’occasion de réaliser l’opération, j’ai toujours trouvé ce MOD digne d’intérêt !
Alimentation et gestion d’énergie
Une autre grande nouveauté du Raspberry-Pi est son connecteur d’alimentation USB Type C avec une alimentation de 3A. Celle-ci sera salvatrice pour les applications gourmandes comme la 4K accompagnées de périphériques USB énergivore.
Le Chipset d’alimentation MLX7704 introduit avec le Pi 3 B+ ( https://shop.mchobby.be/fr/raspberry-pi-3/1326-raspberry-pi-3-b-plus-de-stock--3232100013261.html ) trouve maintenant la justification de son introduction sur les plateformes Raspberry. Si son arrivée n’était pas franchement justifiée sur le Pi 3B+, les besoins du Pi 4 justifient pleinement sa présence… technologie éprouvée depuis le Pi 3B+.
Exit donc le connecteur Micro USB qui montrait déjà ses limites avec le Pi 3 B+. Initialement prévu pour un courant max de 2A, le connecteur micro USB était toujours utilisé sur un Pi 3 B+ avec une consommation pouvant atteindre 2.5A.
Ainsi équipé, le Raspberry-Pi est prêt pour le futur. En effet, l’USB Type C peut faire circuler jusque 100W en négociant la tension d’alimentation avec le bloc d’alimentation. Mais bon, ce n’est pas encore pour maintenant.
A la sortie du Raspberry-Pi 4 correspondant l’arrivée d’une alimentation 5V 3A. Celle-ci a changé de forme pour bien faire la distinction entre les alimentations Pi 3 et Pi 4.
Il est bien entendu possible d’utiliser des convertisseurs micro-USB vers USB type C (voir liens en pied de page) pour recycler des anciennes alimentations Raspberry-Pi. Ceci dit, si vous avez besoin de puissance, l’insertion d’un convertisseur n’est pas une approche recommandée.
Quelques mesures de consommation
François du site de Framboise314.fr à eu l’occasion de réaliser un premier teste de charge au démarrage du Pi 4. Le courant grimpant à 1A au démarrage (avec un maximum de 1.15A) avec un moniteur standard.
Sachant qu’il y a des cas d’utilisation énergivor, il serait intéressant de relever la charge en centre multimédia 4K (affichage d’un film), en environnement de bureau double moniteur 4K, voire en rétro-gaming intensif.
Amélioration audio
Le connecteur 4 pôles TRRS 4 pôles (camcorder) permet de récupérer le signal vidéo et audio stéréo du Raspberry-Pi. Déjà présent depuis des années, celui-ci apporte également une petite nouveauté discrète mais digne d’intérêt pour les makers.
L’étage Audio PWM permettait d’offrir un son de qualité moyenne grâce à deux générateurs PWM (voir cet article de Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-width_modulation ).
Si cela était loin du confort d’écoute HiFi, le résultat était déjà pas si mal pour de nombreux cas d’utilisation... à condition de ne pas avoir besoin de PWM sur le GPIO !
Amélioration 1 :
Cela était vrai jusqu’au Pi 4 puisque maintenant, la sortie Audio est sur des sorties PWM séparées du GPIO ! Les makers pourront dorénavant utiliser des servo-moteurs (PWM) sur le GPIO et la sortie Audio PWM en même temps !
Amélioration 2 :
L’étage audio dispose maintenant d’un rail d’alimentation séparé, ce qui améliorera assurément la qualité audio. Les parasites en provenance de l’alimentation principale (et projets raccordés sur le Pi) seront filtrés avant d’arriver sur la sortie PWM.
Améliorer la qualité
Enfin, à force de chercher des améliorations, nous avions repéré et utilisé un assemblage améliorant le rendu audio de façon impressionnante !
A noter que ce montage de « filtrage » est prévu pour être branché sur un étage d’amplification.
Vous trouverez plus d’information sur le sujet dans l’article de blog suivant :
La 4K et la dissipation d’énergie
Depuis le précédent modèle, la fondation a adopté une nouvelle conception des cartes incorporant plus de cuivre pour évacuer plus facilement la chaleur hors du SoC (le processeur).
Cette même conception « cooling design » est appliquée au Raspberry-Pi 4, ce qui permet de limiter la montée en température. Ainsi, en fonctionnement normal, le Pi 4 évolue entre 45°C et 50 °C ( voir la vidéo de présentation du Pi 4 sur le site de François – Framboise314.fr )
Fonctionnement en 4K et Throttling
Nous savons que la 4K est énergivore et générateur de chaleur (déjà testé avec un C2).
Comme la 4K est prise en charge au niveau matériel sur le SoC, ce qui permet au Raspberry-Pi 4 d’assurer du rendu 4K en restant bien en dessous de la barre des 85°C où le throttling s’active !
Le throttling est le mécanisme qui réduit dynamiquement la fréquence du CPU lorsque celui-ci atteint la température de 85°C. Cela permet d’éviter les dommages thermiques sur le Soc.
Faut-il un dissipateur thermique ?
Le fondation répond « Non, mais cela peut aider ! ».
Ajouter un dissipateur Thermique aura surtout du sens si votre Pi approche des 70-80°C, ce qui dépendra principalement du cas d’utilisation.
Boîtier et facteur de forme
La carte Raspberry-Pi 4 et ses nouveaux connecteurs micro-HDMI, le déplacement du port Ethernet et le connecteur d’alimentation USB type-C.
Le facteur de forme est donc modifié, ce qui implique également un nouveau boîtier.
Compatibilité Boîtier Pi 3 : seule la base du boîtier Pi 3 est réutilisable. Il faut d’ailleurs forcer un peu pour faire rentrer le connecteur Ethernet dans l’emplacement anciennement prévu pour les connecteurs Ethernet.
Le GPIO des makers et ses améliorations
Le Raspberry-Pi 4 dispose toujours de son GPIO 40 broches assuré rétro-compatible avec les précédentes versions du Raspberry-Pi.
Il y a, là aussi, un discret upgrade qui ravira plus d’un maker et professionnels.
Comme expliqué dans la section de la sortie audio TRRS, les sorties PWM du GPIO sont maintenant totalement indépendantes de la sortie audio (du connecteur 4 Pôles).
Il est donc possible de combiner l’utilisation des sorties PWM avec une sortie audio. Ce qui est déjà une belle avancée.
Mais c’est au niveau des UARTs que les choses deviennent intéressantes :
Il est certain que cette particularité provoquera une certaine émulsion et que de nombreuses précisions ne tarderons pas à arriver.
Conclusion
Le Pi 3B+ représentait déjà une belle mise-à-jour par rapport au Pi 2, surtout en ce qui concerne la connectivité et le débit Ethernet / Internet. Le saut technologique le plus important restant le passage d’un SoC 1 coeur (Pi 1) au SoC 4 coeurs (P2) avec la gain de performance associé.
Concernant le Raspberry-Pi 4, il est certain que la double sortie HDMI et le support 4K cristalliseront l’intérêt du grand public.
L’architecture a été révisée en profondeur pour améliorer le débit inter-périphériques (RAM, Bus PCIe) ce qui permettra au SoC de soutenir des débits plus importants avec les périphériques externes comme l’USB 3 et le Ethernet Gigabit. Avec la levée des goulots d’étranglements, dont l’ancienne pile Ethernet Over USB, le Pi 4 va gagner en rapidité et en stabilité. Une nouvelle fondation de qualité qui pourra supporter les évolutions futures.
Equipé d’une mémoire de 4Go, le Raspberry-Pi 4 peut maintenant prétendre remplacer un ordinateur de bureau, voir de serveur applicatif bon marché. Rien n’empêche d’ailleurs le Pi 4 de faire son entrée par la grande porte dans le monde des NAS ! Certains modèles de NAS populaires exploitent des plateformes aux caractéristiques moins exigeantes.
Le support Bluetooth 5.0 permettra d’intégrer le Pi 4 dans des réseaux de type Bluetooth Mesh.
Où acheter
Raspi-Shop.be de MC Hobby est le distributeur officiel de la Fondation www.RaspberryPi.org .
Et ceux qui nous connaissent sous le nom de shop.mchobby.be seront heureux de retrouver la gamme Raspberry-Pi 4 sur shop.mchobby.be .
Démarrer rapidement avec un Kit Raspberry Pi 4 :
Ou opter pour un kit multimédia Rasperry-Pi 4.
Les différents articles Raspberry-Pi 4 :
Bonjour à tous. Nous ne l’attendions pas vraiment mais le voila !
Le Raspberry Pi 4 est arrivé avec ses nombreuses innovations.
Voici donc le plan de l’article… car il y a vraiment beaucoup de choses à dire :
- Résumé visuel des spécifications
- Deux sorties HDMI 4K
- Plus de RAM… plus de choix
- De la RAM sous Stéroïdes !
- Le Pi 4 1Go peut il faire de la 4K ?
- USB 3.0 – Super Speed
- Un débit qui décoiffe !
- Booter sur l’USB 3.0 !
- Ethernet Gigabit… pour de vrai
- Un processeur plus puissant
- Nouveau processeur = Nouvelles distributions
- Un bus PCi Express
- WiFi et Bluetooth 5.2
- Connecteur µFL
- Alimentation et gestion d’énergie
- Amélioration audio
- La 4K et la dissipation d’énergie
- Fonctionnement en 4K et Throttling
- Faut-il un dissipateur thermique ?
- Boîtier et Facteur de Forme
- Le GPIO des makers et ses améliorations
Cette révision n’est pas une simple évolution mais plutôt une révolution sur le plan technique, surtout pour un nano-ordinateur !
La fondation met en place les fondations techniques nécessaires à l’évolution future de notre plateforme préférée.
 |
| Raspberry Pi 4 - dispo de stock chez MC Hobby |
A première vue,
cela ressemble à un Raspberry-Pi tout ce qu’il y a de plus
standard… à part la mention de 4K déjà présente sur la capture
d’écran. Une interface WiFi, carte SD pour l’OS, les ports USB
et un port Ethernet, port caméra et écran DSI.
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| Raspberry Pi 4 - dispo de stock chez MC Hobby |
Le lecteur attentif aura remarqué quelques composants différents ici et là !
Mais arrêtons le
suspense voici une petite synthèse des avancées :
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| Résumé des spécifications |
Résumé visuel des spécifications
Avant de se lancer dans les détails, voici une revue graphique des nouvelles spécifications
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| Raspberry Pi 4 - détails des nouveautés (MC Hobby) |
Le Raspberry-Pi 4 accède enfin à la 4K et il le fait dans les grandes lignes.
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| Deux sorties HDMI 4K sur le Raspberry-Pi 4 |
Hormis la 4K, avec deux sorties HDMI, le Pi 4 s’ouvre également aux installations multi-écran !
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Exploiter un
Raspberry-Pi en Dual Screen (specimen)
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Le support OpenGL a également connu des avancés, quasi inévitable avec l’apparition de la 4K. Nous retrouvons donc le support OpenGL ES 1.1, 2.0 et 3.0. Tout comme le passage de VideoCore 5 à VideoCore 6 (une évolution naturelle selon la fondation).
Attention : les sorties HDMI 0 et HDMI 1 sont des sorties micro HDMI. Il est donc impératif de disposer de câble de conversion comme celui-ci pour brancher le Raspberry-Pi 4 sur un moniteur. x
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| Câble de conversion micro HDMI vers HDMI |
Plus de RAM… plus de choix
Le Raspberry-Pi 4 existe maintenant en plusieurs versions :
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| Raspberry-Pi 4 avec 1 Go RAM, 2 Go RAM, 4 Go RAM - disponible sur shop.mchobby.be |
Chacune de ces versions ayant ses applications de prédilection :
- Version 1Go : système audio (ex : Volumio), apprentissage électronique, découvertes des sciences informatique, double affichage (limité en 4K), media-center basse résolution, affichage dynamique (digital signage)
- Version 2Go : orienté 4K simple affichage en Media-Center ou double affichage 4K (desktop / affichage digital), offrira de nouvelles perspectives en retro-gaming et application de type « serveur ». La version 2Go sera également plus adaptée à la navigation internet et exploitation en guise de « machine de bureau ».
- Version 4 Go : pour l’usage intensif de la 4K et choix de prédilection pour la navigation Internet intensive. Cette configuration robuste, qui n’a rien à envier à un NAS, sera également appropriée pour des serveurs d’applications, serveur web applicatif, etc. Une grande quantité de RAM, avec les autres upgrades matériel, offrira de nouvelles possibilités au monde du Retro-Gaming (émulation de plateformes plus puissantes) et minis serveurs d’applications. Un serveur de base de données est aujourd’hui envisageable !
Cela pourrait presque passer inaperçu mais la RAM du Raspberry-Pi passe en DDR4 !
Cela est d’une grande importance sur les performances du Pi puisque la fréquence du bus passe de 900 MHz à 2.4 Ghz et offre ainsi une bande passante 2.5+ fois plus grande pour les échanges d’information avec la RAM.
Le graphique suivant (issu des mesures de Tweaktown.com) permet de comparer la bande passante en Go/s d’un Pi 3 avec de la DDR3 à 900 MHz et un Pi 4 avec de la DDR4 à 2.4 GHz.
Source : TweakTown @ https://www.tweaktown.com/articles/6619/crucial-ddr4-memory-performance-overview-early-look-vs-ddr2-ddr3/index.html
Non seulement nous avons plus de RAM mais les échanges seront nettement plus performants… et pas qu’un peu mon neveu ! Ce sont les applications gourmandes en RAM qui en bénéficieront le plus comme la navigation internet, le traitement d’image, moteur DB, etc.
Cerise sur le gâteau, la RAM DDR4 est aussi moins énergivore avec un gain de 37 % de puissance par rapport à la DDR3 (source : ExtremeTech @ https://www.extremetech.com/computing/178505-samsung-pushes-new-20nm-ddr3-ram-signaling-uncertainty-about-ddr4 ).
Note complémentaire: en décortiquant les spécifications des composants RAM, le module 2 Go produit par Micron ( MT53D512M32D2DS-053 WT:D pour être précis). Selon la documentation fabriquant, il s’agit de SDRAM – LPDDR4 à 1866MHz et donc pas à forcement 2.4 GHz. Il faudra procéder à des vérifications complémentaires.
Le Pi 4 à 1Go de RAM peut il faire de la 4K ?
Le réponse est OUI mais ce ne sera pas forcément confortable.
Il ne faut pas oublier que la RAM est partagée entre le système applicatif (CPU) et le système graphique (GPU). Plus de mémoire sera utilisée pour la sortie Vidéo (comme la 4K) et moins il en restera de disponible pour le système d’exploitation et programmes qui tournent sous Linux.
Une sortie 4K consomme nettement plus de mémoire graphique qu’une sortie HDMI en haute résolution. S’il s’agit de faire de l’affichage 4K pour un affichage dynamique (Digital Signage), cela devrait convenir. Cependant, faire de la 4K avec exploitation d’un environnement de bureau et navigation Internet, c’est clairement trop exigeant pour un modèle de 1 Go de RAM.
C’est la raison pour laquelle nous recommandons plutôt une carte Raspberry-Pi 4 à 2Go ou 4Go de RAM si vous voulez vous intéresser à de la 4K.
USB 3.0 – Super Speed
Une autre grande avancée sur le Pi 4 est l’apparition de l’USB 3,0 supporté par un Chipset VL805. Pour le Pi 4, la fondation aura fait appel à un spécialiste du domaine avec VIA.
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| Vue sur l’implémentation USB 3.0 du Raspberry-Pi 4 |
Le chipset VIA offre 2 ports USB 3.0 (en bleu) et 2 ports USB 2.0. Bien que ce chipset supporte 4 ports USB 3, seulement deux d’entre-eux sont disponibles et les deux autres ont été rétrogradés en USB 2.0.
En inspectant l’arrière de la carte, on remarque rapidement de nombreux « via » à l’arrière des ports USB3. Ceux-ci ne peuvent pas être reportés sur les ports USB 2 et pour cause, l’autre côté de cet emplacement est blindé de composants.
 |
| Arrière des connexions USB 2.0 et USB 3.0 |
La disponibilité de l’USB 3.0, permet de placer un disque SSD et d’avoir un débit pouvant plafonner à 350 Mb/s. Ce n’est en fin de compte plus si grave si nous ne disposons pas de port SATA ou MSATA, avec des interfaces USB 3.0 nous sommes entièrement libre de choisir notre type de stockage (SD ou HD via USB 3 ou monté en réseau).
Nous le verrons plus tard, le bus du Pi 4 à aussi été revu pour supporter les transferts haut débit.
Booter sur l’USB 3.0 !
Le microcode du SoC utilisé pour booter le Pi a préservé ses caractéristiques / fonctionnalités.
Par conséquent, il est toujours possible de booter le Raspberry-Pi sur une interface USB, fonctionnalité devenue assez populaire pour passer outre le goulot d’étranglement de la carte SD.
Voir les articles suivants de François Mocq sur le site Framboise314.fr, ils sont plus d’actualité que jamais ! Quitte à avoir un cheval de course, autant lui offrir les moyens de se défouler ;-)
- Bootez votre Raspberry Pi 3 sur une clé USB
https://www.framboise314.fr/bootez-votre-raspberry-pi-3-sur-une-cle-usb/ - Pitié pour la carte SD de votre framboise314 : Bootez sur un disque dur USB
https://www.framboise314.fr/booter-le-raspberry-pi-sur-un-disque-dur-usb/
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| Pi 3 qui boot sur un disque Flash Source : Framboise314 @ https://www.framboise314.fr/bootez-votre-raspberry-pi-3-sur-une-cle-usb/ |
Avec sa nouvelle interface Ethernet Gigabit physique.
La disparition de la pile USB + Ethernet aura permis à la fondation d’opter pour un chipset physique avec le bcm54213 (toujours de Boardcom).
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| Pi 4 Ethernet |
Testé à 900 Mb/s par la fondation, le Raspberry-Pi 4 se hisse enfin au niveau des cartes concurrentes comme Odroid !
Et comme l’interface HAT POE est déjà présente, il est déjà possible d’utiliser le Pi-4 avec HAT-POE pour alimenter le Pi directement depuis le réseau.
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| PoE HAT |
Le port Ethernet change d’ailleurs de côté et se retrouve maintenant du côté du GPIO !
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| Port Ethernet déplacé !!! |
Un processeur plus puissantLe processeur passe d’un BCM2837BO à 1.4 GHz à un BCM2711 à 1.5 GHz.
Bien qu’il s’agisse d’un SoC ARM à 4 Coeurs 64 bits.
Si le gain de puissance brute semble limité au seuls 100 MHz de la fréquence d’horloge, c’est surtout sous le capot que les choses changent !
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| Nouveau processeur en 28 nm |
C’est un peu comme un nouveau vélo où l’on pédale moins vite pour atteindre la même vitesse qu’avec l’ancien. Du coup, si on fait le nécessaire pour pédaler aussi vite sur la nouvelle bécane et bien on gagne en vitesse :-).
François Mocq, du site de Framboise314 a testé la puissance brute du Raspberry-Pi 4 à l’aide de Sysbench. Au final, il s’avère qu’il y a bien un gain de 30 % de puissance en traitement avec 4 threads (pour tirer partie des 4 coeurs).
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| Performance SysBench du Pi 3 et Pi 4 Source: Vidéo de présentation du Raspberry-Pi 4 sur Framboise314.fr |
Nouveau processeur = Nouvelles distributions
Un nouveau processeur implique forcément une nouvelle distribution.
Souhaitons la bienvenue à Raspbian Buster, toujours dérivé de... Debian Buster.
 |
| Les différentes mascottes de Debian (source : forums de debian-facile.org https://debian-facile.org/viewtopic.php?id=23484 ) |
L’architecture sous jacente ayant beaucoup changé, il n’est même pas certain qu’une mise-à-jour de votre ancien OS puisse être suffisant pour assurer une migration en douceur.
Il faudra passer par une phase de téléchargement depuis le site de la fondation https://raspberrypi.org .
La bonne nouvelle, c’est que NOOBs est disponible et qu’il devrait déjà avoir une pléthore de distributions compatibles dont du Rétro-Gaming et un média-center.
Et pour les distributions plus exotiques, il faudra probablement attendre quelques mois pour voir apparaître de nouvelles moutures.
Un bus PCi Express
La vraie révolution du Raspberry-Pi 4, c’est le bus PCIe de 2ième génération présent sur la carte. Celui-ci est utilisé pour assurer les communications entre le contrôleur USB, le contrôleur Ethernet.
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| Bus PCI Express du Raspberry-Pi 4 |
Même avec un disque SSD en USB 3.0 (lecture à 350Mb/s) le bus PCIe ne sera pas saturé.
L’arrivée de ce bus PCIe va radicalement changer les perspectives et les possibilités des cartes Raspberry-Pi 4 et suivantes.
WiFi et Bluetooth 5.0
Côté WiFi et Bluetooth, l’antenne entonnoir est toujours bien présente avec le support des réseaux 2,4 Ghz et 5Ghz 802.11b/g/n/ac .
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| Interface WiFi et Bluetooth sur le Raspberry-Pi 4 |
Le passage de Bluetooth 4 à Bluetooth 5 représente une évolution dans le domaine de la communication sans fil. La portée de BT5.0 a été doublée et le débit en mode basse consommation BLE a lui été quadruplé. C’est qu’un gros travail a été réalisé sur la gestion des interférences.
Ainsi, Bluetooth 5.0 offre un débit max 4 Mbit/s sur une distance de 200m, de quoi envisager de nombreuses possibilités dans le domaine de la santé, des objets connectés et l’éventualité de réaliser des réseaux Bluetooth de type Mesh (comme internet) aussi bien pour la téléphonie de bureau, les objets connectés que des systèmes informatisés.
Connecteur µFL
L’emplacement pour un connecteur µFL (branchement d’antenne extérieur) est toujours présent. Bien que je n’ai jamais eu l’occasion de réaliser l’opération, j’ai toujours trouvé ce MOD digne d’intérêt !
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| connecteur micro-Fl (µFl) |
Une autre grande nouveauté du Raspberry-Pi est son connecteur d’alimentation USB Type C avec une alimentation de 3A. Celle-ci sera salvatrice pour les applications gourmandes comme la 4K accompagnées de périphériques USB énergivore.
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| Etage d’alimentation du Pi 4 |
Exit donc le connecteur Micro USB qui montrait déjà ses limites avec le Pi 3 B+. Initialement prévu pour un courant max de 2A, le connecteur micro USB était toujours utilisé sur un Pi 3 B+ avec une consommation pouvant atteindre 2.5A.
Ainsi équipé, le Raspberry-Pi est prêt pour le futur. En effet, l’USB Type C peut faire circuler jusque 100W en négociant la tension d’alimentation avec le bloc d’alimentation. Mais bon, ce n’est pas encore pour maintenant.
A la sortie du Raspberry-Pi 4 correspondant l’arrivée d’une alimentation 5V 3A. Celle-ci a changé de forme pour bien faire la distinction entre les alimentations Pi 3 et Pi 4.
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| Nouvelle alimentation USB-C |
Quelques mesures de consommation
François du site de Framboise314.fr à eu l’occasion de réaliser un premier teste de charge au démarrage du Pi 4. Le courant grimpant à 1A au démarrage (avec un maximum de 1.15A) avec un moniteur standard.
Sachant qu’il y a des cas d’utilisation énergivor, il serait intéressant de relever la charge en centre multimédia 4K (affichage d’un film), en environnement de bureau double moniteur 4K, voire en rétro-gaming intensif.
Amélioration audio
Le connecteur 4 pôles TRRS 4 pôles (camcorder) permet de récupérer le signal vidéo et audio stéréo du Raspberry-Pi. Déjà présent depuis des années, celui-ci apporte également une petite nouveauté discrète mais digne d’intérêt pour les makers.
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| amélioration de l’étage audio PWM |
Si cela était loin du confort d’écoute HiFi, le résultat était déjà pas si mal pour de nombreux cas d’utilisation... à condition de ne pas avoir besoin de PWM sur le GPIO !
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| résultat d’une sortie PWM (ou double sortie PWM) sur une inductance (ex : un casque). Source : Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-width_modulation |
Amélioration 1 :
Cela était vrai jusqu’au Pi 4 puisque maintenant, la sortie Audio est sur des sorties PWM séparées du GPIO ! Les makers pourront dorénavant utiliser des servo-moteurs (PWM) sur le GPIO et la sortie Audio PWM en même temps !
Amélioration 2 :
L’étage audio dispose maintenant d’un rail d’alimentation séparé, ce qui améliorera assurément la qualité audio. Les parasites en provenance de l’alimentation principale (et projets raccordés sur le Pi) seront filtrés avant d’arriver sur la sortie PWM.
Améliorer la qualité
Enfin, à force de chercher des améliorations, nous avions repéré et utilisé un assemblage améliorant le rendu audio de façon impressionnante !
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| Amélioration étage audio |
Vous trouverez plus d’information sur le sujet dans l’article de blog suivant :
La 4K et la dissipation d’énergie
Depuis le précédent modèle, la fondation a adopté une nouvelle conception des cartes incorporant plus de cuivre pour évacuer plus facilement la chaleur hors du SoC (le processeur).
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| Raspberry Pi 4 : Température du SoC (source : Framboise314) |
Fonctionnement en 4K et Throttling
Nous savons que la 4K est énergivore et générateur de chaleur (déjà testé avec un C2).
Comme la 4K est prise en charge au niveau matériel sur le SoC, ce qui permet au Raspberry-Pi 4 d’assurer du rendu 4K en restant bien en dessous de la barre des 85°C où le throttling s’active !
Le throttling est le mécanisme qui réduit dynamiquement la fréquence du CPU lorsque celui-ci atteint la température de 85°C. Cela permet d’éviter les dommages thermiques sur le Soc.
Faut-il un dissipateur thermique ?
Le fondation répond « Non, mais cela peut aider ! ».
Ajouter un dissipateur Thermique aura surtout du sens si votre Pi approche des 70-80°C, ce qui dépendra principalement du cas d’utilisation.
Boîtier et facteur de forme
La carte Raspberry-Pi 4 et ses nouveaux connecteurs micro-HDMI, le déplacement du port Ethernet et le connecteur d’alimentation USB type-C.
Le facteur de forme est donc modifié, ce qui implique également un nouveau boîtier.
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| Nouveau boîtier pour le Raspberry-Pi 4 |
Le GPIO des makers et ses améliorations
Le Raspberry-Pi 4 dispose toujours de son GPIO 40 broches assuré rétro-compatible avec les précédentes versions du Raspberry-Pi.
Il y a, là aussi, un discret upgrade qui ravira plus d’un maker et professionnels.
Il est donc possible de combiner l’utilisation des sorties PWM avec une sortie audio. Ce qui est déjà une belle avancée.
Mais c’est au niveau des UARTs que les choses deviennent intéressantes :
- L’UART matériel du GPIO n’est plus sensible aux modifications dynamiques de fréquence SoC ! dixit La Fondation. Il sera maintenant possible de faire des économies d’énergie (diminution de fréquence) tout en utilisant un modem, un gps ou n’importe quel autre périphérique de type UART.
- Le GPIO dispose maintenant de plusieurs UARTs sur le GPIO. Il est possible de faire cohabiter un GPS, un Modem GPRS et autres interfaces séries en même temps sur le GPIO. C’est une avancée énorme pour les Makers et les solutions professionnelles.
- UART 2 : GPIO 0 à 3 pour TxD, RxD, CTS, RTS
- UART 3 : GPIO 4 à 7 pour TxD, RxD, CTS, RTS
- UART 4 : GPIO 8 à 11 pour TxD, RxD, CTS, RTS
- UART 5 : GPIO 12 à 15 pour TxD, RxD, CTS, RTS
Il est certain que cette particularité provoquera une certaine émulsion et que de nombreuses précisions ne tarderons pas à arriver.
Conclusion
Le Pi 3B+ représentait déjà une belle mise-à-jour par rapport au Pi 2, surtout en ce qui concerne la connectivité et le débit Ethernet / Internet. Le saut technologique le plus important restant le passage d’un SoC 1 coeur (Pi 1) au SoC 4 coeurs (P2) avec la gain de performance associé.
Concernant le Raspberry-Pi 4, il est certain que la double sortie HDMI et le support 4K cristalliseront l’intérêt du grand public.
L’architecture a été révisée en profondeur pour améliorer le débit inter-périphériques (RAM, Bus PCIe) ce qui permettra au SoC de soutenir des débits plus importants avec les périphériques externes comme l’USB 3 et le Ethernet Gigabit. Avec la levée des goulots d’étranglements, dont l’ancienne pile Ethernet Over USB, le Pi 4 va gagner en rapidité et en stabilité. Une nouvelle fondation de qualité qui pourra supporter les évolutions futures.
Equipé d’une mémoire de 4Go, le Raspberry-Pi 4 peut maintenant prétendre remplacer un ordinateur de bureau, voir de serveur applicatif bon marché. Rien n’empêche d’ailleurs le Pi 4 de faire son entrée par la grande porte dans le monde des NAS ! Certains modèles de NAS populaires exploitent des plateformes aux caractéristiques moins exigeantes.
Le support Bluetooth 5.0 permettra d’intégrer le Pi 4 dans des réseaux de type Bluetooth Mesh.
Où acheter
Raspi-Shop.be de MC Hobby est le distributeur officiel de la Fondation www.RaspberryPi.org .
Le Raspberry-Pi 4, ses accessoires et kits y sont disponibles de stock !
Et ceux qui nous connaissent sous le nom de shop.mchobby.be seront heureux de retrouver la gamme Raspberry-Pi 4 sur shop.mchobby.be .
Démarrer rapidement avec un Kit Raspberry Pi 4 :
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