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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 [email protected] 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

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自己紹介

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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

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Raspberry Pi Compute module とは?

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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

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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

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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

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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

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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。

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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

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さて、今日の本題 Raspberry Pi Compute Module 4 → Raspberry Pi Compute Module 5 の進化とは?

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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

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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?

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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

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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

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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

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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

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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?

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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

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■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。

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■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

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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

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Appendix

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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。

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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

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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