Raspberry Pi Compute module4とCompute module5 の差異について 技術解説

第21回オープンエッジデバイス研究会
＠ソニークリエイティブラウンジ（SONY 品川）
https://openedgedevice.connpass.com/event/343228/

Raspberry Pi Compute module4とCompute module5 の差異について 技術解説 2025.02.19 発表

Rev 1.01

Transcript

1. Raspberry Pi Compute module4とCompute module5 の差異について http://b-and-b-lab.jp/ 株式会社 B&B Lab. 代表 真崎 康平 kohei.masaki@b-and-b-lab.jp 2025.02.19 発表 第21回オープンエッジデバイス研究会 ＠ソニークリエイティブラウンジ（SONY 品川） Compute Module 4 Compute Module 5 搭載ボード（表） 搭載ボード（裏） 技術解説 2025.02.20 Rev 1.01
2. 自己紹介
3. 〇概要 ・設立 2018年1月 ・資本金 ３００万円 ・主な業務 IoT機器の開発 http://b-and-b-lab.jp/ 〇代表取締役 眞崎 康平（まさき こうへい） ：ハードウェア開発担当 業務キャリア ・SONY半導体（鹿児島、熊本、福岡）で１０年弱、イメージセンサ開発に従事 対応領域 画像処理ソフトウェア開発、ハードウェア制御（Visual C++, VBA） 製品評価手法開発（CCD/CMOSイメージセンサ） ハードウェア開発(アナログ、デジタル) ・風力発電パワーコンディショナ開発（4年） 九州大学 応用力学研究所との産学協働プロジェクトにて レンズ風車向けパワーコンディショナ（制御器）開発 大電力、高電圧回路設計 ・その他 医療ベンチャーetc. 〇共同設立者 中村 真理（なかむら しんり）：クラウド、ファームウェア担当 業務キャリア ・バーテンダー ・診療放射線技師 ・ハイパーメディアクリエーター（自称） LINE API Expert
4. Raspberry Pi Compute module とは？
5. Raspberry Pi Compute module とは？ 困ったときのChatGPT(o1)様 ねぇねぇ、 ChatGPT(o1)様 raspberry pi compute module の概要を歴史を交えて解説してください~ 弊社 馬〇社⾧ ChatGPT(o1)様 Raspberry Piは、もともと教育目的やホビー用途で安価なコン ピュータを提供することを目指して、Raspberry Pi Foundationによ り開発されました。 しかし、Raspberry Pi Model Bなどの形状をそのまま組み込み機 器に利用するにはサイズやポート配置、拡張性の面で制約があり ました。 そこで、小型・省スペース・自由度の高い形状でRaspberry Piの プロセッサやメモリなどのコア機能を搭載し、製品や試作機のメ インボードに組み込めるようにしたのがCompute Moduleです。 登場の背景と目的
6. Raspberry Pi Compute module とは？ 初代 Compute Module（2014年発売） 特徴 Raspberry Pi Model B(初代)と同等の性能を持ちつつ、 基板サイズはSODIMMフォームファクタの約6.5cm × 3cm程度と非常に小型。 eMMCをオンボード搭載しており、MicroSDカードスロットは不要 IOピンやUSBなどは直接は搭載していないため、 ベースボードでGPIOや各種インタフェースを拡張する必要がある。 ～その歴史～ (1/4) 解説 By ChatGPT(o1)様 Compute Module 1 Compute Module IO Board SoC：Broadcom BCM2835 （初代Raspberry Piと同じ） CPU：ARM1176JZF-S コア （700MHz） RAM：512MB eMMC：4GB （オンボードストレージ） 主な仕様
7. Raspberry Pi Compute module とは？ Compute Module 3（2017年発売） 変更点 ・CPU性能が大幅向上（ARM1176JZF-S → Cortex-A53x4） ・Lite版ではオンボードのeMMCが無く、 ストレージを任意のMicroSDやeMMCモジュールで構成できる。 ・ソフトウェア互換性は従来のRaspberry Piシリーズと共通 利用できるOSやライブラリは同一。 ・4コアCPU化による処理の並列化が進み、 より高度な産業用途や画像処理などが視野に入った。 Compute Module IO Board Compute Module 3 ～その歴史～ (2/4) 解説 By ChatGPT(o1)様 SoC：Broadcom BCM2837 （Raspberry Pi 3と同等） CPU：64bit対応 ARM Cortex-A53 (4コア, 1.2GHz) RAM：1GB eMMC： ・4GB（Compute Module 3） ・非搭載（Compute Module 3 Lite） 主な仕様 ※IOボードは互換性あり
8. Raspberry Pi Compute module とは？ Compute Module 3+（2019年発売） Compute Module IO Board Compute Module 3+ ～その歴史～ (3/4) 解説 By ChatGPT(o1)様 SoC： Broadcom BCM2837B0 （ BCM2837の改良版SoC ） CPU：64bit対応 ARM Cortex-A53 (4コア, 1.2GHz) RAM：1GB eMMC： ・ 8GB/16GB/32GB ・非搭載（Lite） 主な仕様 変更点 Compute Module 3からのマイナーチェンジ版。 BCM2837の改良版SoCを搭載し、発熱特性が改善。 SoC： Broadcom BCM2711 processor （Raspberry Pi 4と同等） CPU：64bit対応 ARM ARM Cortex-A72 (4コア, 1.5GHz) RAM： 1GB, 2GB, 4GB, 8GB eMMC： ・ 8GB/16GB/32GB ・非搭載（Lite） Compute Module 4S（2022年発売） ※ 無線インターフェイス無し ラズパイ４の派生で 互換性を維持した Compute Module も登場
9. Raspberry Pi Compute module とは？ Compute Module 4（2020年発売） Compute Module IO Board Compute Module 4 ～その歴史～ (4/4) 解説 By ChatGPT(o1)様 SoC： Broadcom BCM2711 (Raspberry Pi 4と同等) CPU：64bit対応 ARM Cortex-A72 (4コア, 最大1.5GHz) RAM： 1GB, 2GB, 4GB, 8GB eMMC： ・ 8GB/16GB/32GB ・非搭載（Lite） 無線：Wi-Fi (2.4GHz/5GHz), Bluetooth 5.0対応モデルあり 有線：ギガビットイーサネット PHY 主な仕様 変更点 ・フォームファクタがSODIMM形状から一新。 レイアウトが大幅に変わり、より小型化・汎用化が進んだ。 ・Raspberry Pi 4と同様の高性能SoCを搭載し、ギガビットイーサネット機能に対応 4Kビデオ出力や高速通信、AI/ML用途などを含め広範な組込みアプリケーション 対応 ・Wi-Fi & Bluetooth搭載モデルが選択でき、無線通信を組み込み製品に手軽に 追加可能。
10. Raspberry Pi Compute module 応用事例 デジタルサイネージでの応用事例がある https://artteknika.hatenablog.com/entry/2016/11/01/185258
11. さて、今日の本題 Raspberry Pi Compute Module 4 → Raspberry Pi Compute Module 5 の進化とは？
12. Raspberry Pi Compute module 4 VS Raspberry Pi Compute module 5 ▪Raspberry Pi Compute module 4 ▪Raspberry Pi Compute module 5 Compute Module 4 IO Board Compute Module 4 Compute Module 5 SoC： Broadcom BCM2711 CPU：64bit対応 ARM Cortex-A72 (4コア, 最大1.5GHz) RAM： 1GB, 2GB, 4GB, 8GB eMMC： ・ 8GB/16GB/32GB ・非搭載（Lite） 無線：Wi-Fi (2.4GHz/5GHz), Bluetooth 5.0対応モデルあり 有線：ギガビットイーサネット PHY 主な仕様 SoC： Broadcom BCM2712 CPU：64bit対応 ARM Cortex-A72 (4コア, 最大2.4 GHz ) RAM： 2GB, 4GB, 8GB, 16GB eMMC： ・ 8GB/16GB/32GB ・非搭載（Lite） 無線：Wi-Fi (2.4GHz/5GHz), Bluetooth 5.0対応モデルあり 有線：ギガビットイーサネット PHY 主な仕様 Compute Module 5 IO Board （2020年発売） （2024年発売） Raspberry Pi 4と同等 Raspberry Pi 5と同等
13. 知りたいのはそこではない！ 気を取り直して Compute Module 1/3/3+ → Compute Module 4/5 の進化とは？
14. Raspberry Pi Compute module 1 / 3 / 3+ VS Raspberry Pi Compute module 4/5 Raspberry Pi Compute module 1 / 3 / 3+ Raspberry Pi Compute module 4/5 〇進化のメリット１ VS 形状変更で放熱機構の設計が楽になった 参考 旧 Compute Module と同様の DIMMモジュールだと放熱 構造が複雑かつコンパクトではない NVIDIA Jetson Nano → 演算性能の向上にともなう 高消費電力化、高発熱化に対応が可能に ※切り欠きはWIFI向け 使用しなければ不要
15. Raspberry Pi Compute module 1 / 3 / 3+ VS Raspberry Pi Compute module 4/5 Raspberry Pi Compute module 1 / 3 / 3+ Raspberry Pi Compute module 4/5 〇進化のメリット２ VS 注意点 頻繁な書き変えを前提 としてないので実用では 特殊な産業用SDが必要となる M.2 SSD (SATA) M.2 SSD (NVMe) OK ! 組み込み用途 / 産業用途向け SD / microSDカード https://www.adtec.co.jp/product/industry/sd-microsd/ NG × M.2 メモリには二種類あるので 注意（切り欠きが違う） 従来（通常ラズパイ）： OSが micro SD カードに格納 PC のストレージに使われる M.2 SSD(NVMe) が利用可能になった Ｃompute Ｍoduile ４ ～ ディスクとしての使用を前提としたSSD が利用可能 コスパのいいPC向けのSSD が利用可能
16. 進化のメリット２ 詳細 PC のストレージに使われる M.2 SSD(NVMe) が利用可能 ( 1/2) あれ？ それラズパイ5からじゃないの？？？ Raspberry Pi Compute module 4 IO Board Raspberry Pi CM4で on-board eMMCと PCIeスロットのNVMe M.2 SSDからOSブート https://yokahiyori.com/raspberry-pi_cm4_nvme-boot/ Raspberry Pi Compute module 5 IO Board いえ Compute Module は４から対応しています。 PCIe 2レーン スロット ※内部は１レーン PCIe → NVMe 変換 4でも M.2 SSD(NVMe) 対応可能 Compute Module5 IO Boadでは、 M.2 SSD(NVMe)用スロットを搭載
17. PC のストレージに使われる M.2 SSD(NVMe) が利用可能 ( 2/2) 背景： Raspberry Pi 4 での仕様変更で PCIe 2.0 1レーン (5Gbps) I/F 追加 通常版 Raspberry Pi 4 (model B) では引き出されていない ※通常版では5からHAT基板で利用可能 ※ M.2 (NVMe)は内部的には PCIe 4 Lane でありコネクタ変換でPCIe バスに直結出来る 進化のメリット２ 詳細 ※実装例 CM4-IO-BASE-A Mini Base Board (A) Designed for Raspberry Pi Compute Module 4 $19.99 Waveshare International Limited. https://www.waveshare.com/cm4-io-base-a.htm 通常ラズパイ(model B) 互換サイズ のサードパーティ製互換ボード を使うとリーズナブルに M.2 SSD がCompute Module 4/5 で利用で きる。※ピン配置互換あり 裏面に M.2 スロット搭載 ※2230/2242サイズ兼用
18. 気を取り直して、やっと今日の本題 Raspberry Pi Compute Module 4 → Raspberry Pi Compute Module 5 の進化とは？
19. Raspberry Pi Compute module 4 VS Raspberry Pi Compute module 5 相違点の詳細 https://datasheets.raspberrypi.com/cm5/cm5-datasheet.pdf Appendix C (p39~p40) Raspberry Pi Compute Module 5 Data Sheetに差異が纏められている 要約（重要度順） ▪MIPI CSI / DSI のI/Fの統合、広帯域化 〇Compute Module 4：CAM 0 (2 Lane) / 1(4Lane), DSI 0 (2 Lane) /1(4Lane) 〇Compute Module 5： CAM/ DSI 共用( 4 Lane )×２ ▪USB 3.0 I/F の追加 〇Compute Module 4 USB2.0(High Speed) ×１ 〇Compute Module 5： USB3.0 ×2 追加 ▪その他 ・USB PD(power delivery) 対応ピン、RTC電源（5で追加）、電源ボタン関係、PCIe 制御関連ピン追加 電源ファン制御ピン追加 ※ CSI : カメラインターフェイス DSI：ディスプレイインターフェイス（液晶直結用） 専用ディスプレイしか接続できない ※ ４以前は IOボード上のUSBハブで分岐、5ではハブ機能内蔵 カメラモジュールがフルスペックで２台接続可能 ※Compute module 4 IO Board のcompute module 5 に対する下位互換性は保たれている USBカメラ、USBメモリ等のパフォーマンス改善
20. ▪MIPI CSI / DSI のI/Fの統合、広帯域化のメリット（1/2） カメラが２台接続可能 Raspberry Pi 5 (model B)からカメラ２台接続が可能に 但し、Compute Module は初代から２台接続可能 カメラ/ 専用ディスプレイ兼用 ×２ CSI0(2Lane) , CSI1(4 Lane) ※4 Lane 対応（プロダクトブリーフより。但し公式のピン配置情報なし 2025.02.19 現在） 現状得られる情報では、Raspberry Pi Zero/Zero2 と同じコネクタ（22ピン） で Compute Module IO ボード４までののCAM1側の4 Lane のピン配置と同じと思われる。
21. ▪MIPI CSI / DSI のI/Fの統合、広帯域化のメリット（2/2） Compute Module 5 IO Board https://forums.raspberrypi.com/viewtopic.php?t=381663&sid=4217e4fa5e6e93917a0398ab80c147fc カメラが MIPI 4Lane ×２台 接続可能 ※4Lane 対応のカメラモ ジュール基板は皆無 MIPI 4 Lane ×２ コネクタ自体は Raspberry Pi ZERO/ZERO2 と同じ ※ピン配は下位互換 参考： 双峰エンタープライズ株式会社 https://soho-enterprise.com Raspberry Pi カメラモジュールV2で使用されているIMX219 での 4 Lane 動作の実例 データレートの上限が上がることで 解像度、フレームレートの上限が向上 右の情報は Raspberry Pi 財団へSONY製イメージセンサ採用に尽力され、 技術雑誌にも多くの執筆のある元ソニーLSIデザインの 野村哲哉さん（現：双峰エンタープライズ株式会社）の 動作検証内容
22. まとめ 〇Raspberry Pi Compute moduleのメリット ・組み込み用途にコンパクトに放熱を考慮した設計が行いやすい。 ・カメラモジュールが２台接続できる。うち、１台フルスペック接続(4Lane) ・eMMCストレージが内蔵されているためSDカード関連の問題回避可能 〇Raspberry Pi Compute 4 以降のメリット ・PC 向けの汎用の M.2 SSD (NVMe) が利用可能 ・WiFi / Bluetooth インターフェイス内蔵 ・Gigabit Ethernet がパルストランス内蔵コネクタの追加で対応可能 ・放熱設計が従来より行いやすい形状 〇Raspberry Pi Compute ５のメリット ・MIPI 4 Lane カメラ×２ 接続可能 →ステレオカメラなどの用途でフルスペックでカメラ接続可能 ・USB 3.0 I/F ×２追加 →USBストレージ、USBカメラなどのパフォーマンス改善 ・RTC(Real Time Clock )や冷却ファン、外部操作ボタンの対応 ※各世代の処理能力の進化は省略 エッジAI向け プラットフォーム として魅力増大
23. Appendix
24. https://www.digikey.jp/ja/products/detail/molex/05255 92253/3262919 Appendix Raspberry Pi 5 のコネクタとピン配置の情報(1/2) Molex 0525592253 22 極 FFC、FPC コネクタ コンタクト、垂直 - 片側 0.020インチ （0.50mm） 面実装 写真と部品データシートの照合で以下の製品であると思われる。
25. https://docs.arducam.com/Raspberry-Pi- Camera/raspberry-pi-camera-pinout/#15-15pin- connector Appendix Raspberry Pi 5 のコネクタとピン配置の情報(2/2) https://datasheets.raspberrypi.com/cm5/cm5io- datasheet.pdf Raspberry Pi Camera Pinout Raspberry Pi Compute Module 5 IO Board
26. 回路図上の違いや 設定などの 細かい技術内容は近日中に 追記して更新します