В останньому випуску журналу The MagPi Ендрю Грегорі розмовляє зі старшим головним інженером з апаратного забезпечення Домініком Планкеттом про те, як склалися елементи пазлу Обчислювального Модулю Raspberry Pi Compute Module 5. Прочитайте їхню розмову, щоб дізнатися більше про процес проектування та типи продуктів, які компанії створюють за допомогою Обчислювального Модулю 5.

Журнал The MagPi : Чим відрізняються четвертий та пʼятий Обчислювальні Модулі?

Домінік Планкетт : Обчислювальний Модуль 5 бере всі переваги Raspberry Pi 5 та розміщує їх на обчислювальному модулі. Отже, у нас є процесор Broadcom BCM2712, який використовується на Raspberry Pi 5. У нас є наш процесор введення/виведення, RP1. Це цілий додатковий чіп на платі порівняно з четвертим Обчислювальним Модулем, тому для його встановлення потрібно було багато зусиль.

Я поставив собі завдання, щоб центральний процесор не рухався, щоб будь-хто, хто використовував Обчислювальний Модуль 4 з будь-яким типом радіатора, міг використовувати таку ж конфігурацію з пʼятим Модулем. Це стало для мене величезним викликом спробувати розмістити RP1 на платі – тижнями він звисав з краю плати, але зрештою мені вдалося зібрати всі елементи та правильно розмістити всю електроніку.

Журнал The MagPi : Обчислювальний модуль 5 — це, по суті, Raspberry Pi 5 без роз'ємів, тож що заважає вам просто взяти Raspberry Pi 5 і відрізати шматочки друкованої плати з роз'ємами?

Домінік Планкетт : Я, звичайно, можу зробити це, але він буде не таким маленьким. Обчислювальний модуль значно менший за Raspberry Pi 5, і ми також хотіли додати такі речі, як вбудована eMMC, тому є додаткова технологія, яку можна вмістити в той самий простір, що й Обчислювальний модуль 4. Теоретично, так, все, що ви робите, це відрізаєте роз'єми, але потрібно багато працювати, щоб зробити це правильно.

Журнал The MagPi : Тож завдання полягало в тому, щоб зберегти той самий форм-фактор, що й у Обчислювального Модуля 4?

Домінік Планкетт : Так. Можна було змінити форм-фактор, але я не хотів цього робити, бо це потенційно може вплинути на зворотну сумісність. Ймовірно, можна було б змінити форм-фактор невеликими змінами, які не вплинуть на багатьох людей, але щойно ви внесете зміну, вона вплине на когось.

Окрім фізичної зміни форми радіатора основного процесора, форм-фактор по суті той самий. Деякі деталі на платі перемістилися, але це не повинно вплинути на кінцевих користувачів.

Але електрично довелося внести деякі зміни, оскільки ви намагаєтеся додати нові функції. Тож є деякі відмінності, а це означає, що він не сумісний на 100%. Але для більшості людей це буде заміна, і ми вже бачимо, що люди використовують його в системах, розроблених для Обчислювального Модуля 4, без проблем.

Ми додали нові функції, такі як USB 3.0, які не працюватимуть, коли Обчислювальний Модуль 5 підключено до несучої плати, розробленої для четвертого Модуля, оскільки останній не мав USB 3.0. Таке життя.

Якщо ви хочете щось на 100% сумісне, залишайтеся з Обчислювальним Модулем 4; цей Модуль все ще виробляється і залишатиметься у виробництві протягом кількох років – приблизно до 2030 року, і цілком можливо, що ми продовжимо його виробництво після цього, щоб він залишався доступним.

Журнал The MagPi : Отже, якщо виробник хоче отримати функціональність USB 3.0 від Обчислювального Модуля 5, йому доведеться або оновити плату до нової, або розробити власну електроніку, чи не так?

Домінік Планкетт : Дійсно. Обчислювальний модуль розроблений для людей, які хочуть розробити власну плату. Моєю головною метою як для четвертого, так і для пʼятого Обчислювального Модуля було втілити якомога більше необхідних бітів у модуль, тому все, що вам потрібно зробити, це розмістити роз'єми на платі. Тож, якщо ви подивитеся на плату вводу-виводу Обчислювального Модуля 5, там дуже мало інформації, окрім роз'ємів. Ми не говоримо про складну електроніку. І в цьому полягала вся мета. Ми робимо плату вводу-виводу Обчислювального Модуля 5 у KiCad, яка є вільно завантажуваною системою CAD, а файли дизайну для плати вводу-виводу Модуля є у вільному доступі, тому ви можете взяти файли, видалити непотрібні біти, перемістити речі як завгодно та розробити власну плату.

Журнал The MagPi : Які були труднощі зі скороченням функціональності Raspberry Pi 5 до форми Обчислювального Модуля 5? 

Домінік Планкетт : Це була щільність, і це було розміщення RP1 на платі – RP1 насправді невеликий чіп, але як пропорція плати, він зробив електроніку значно щільнішою.

Тож розмістити його на платі розумно було важко, оскільки там багато вводу/виводу – це наш чіп вводу/виводу, тому звідти виходять пари USB 3.0. Є пари MIPI; Ethernet виходить звідти через PHY. А потім є весь PCIe, який потрібно ввести, і весь GPIO, який також потрібно ввести. Тож ця область плати дуже щільна, і знадобилося багато часу, щоб зрозуміти, як все це розмістити.

Сам Обчислювальний Модуль 5 тепер являє собою десятишарову друковану плату (Raspberry Pi 5 має шість шарів). Отже, всередині нього десять шарів міді з досить великою кількістю площин заземлення, оскільки всі ці високошвидкісні сигнали, такі як USB 3.0 та PCIe, мають бути електрично узгоджені на друкованій платі. Тому вам потрібно виконати досить точне трасування доріжок, щоб забезпечити хорошу цілісність сигналу по всій платі.

Край мікросхеми RP1, який знаходиться на кінці плати, приймає всі сигнали USB 3.0. Вони не можуть вийти, бо на платі немає місця, тому їх доводиться спускати всередину плати, а потім маршрутизувати на внутрішній шар плати. Тож у цьому кутку плати досить щільно. А потім ви маршрутизуєте їх на внутрішні шари. А ще у вас є пари MIPI на іншому шарі, а потім у вас є Ethernet на нижньому шарі. Тож є багато сигналів, які намагаються перетнутися один з одним і маршрутизуватися назовні, займаючи той самий простір, тому ви просто намагаєтеся зберегти все правильно розподіленим в трьох вимірах з відповідно правильними мідними опорними площинами на платі.

Знадобився деякий час, щоб з'ясувати з виробниками наших плат, як це працюватиме. І зрештою, ми зробили плату на 40 мікрон товстішою за Обчислювальний Модуль 4, щоб правильно підібрати всі електричні імпеданси. Ця додаткова товщина дозволила мені розгадати наступну частину головоломки.

Це велика вправа з розв'язання головоломки, яка вимагає багато жонглювання, багато спостереження та роботи над нею. Це досить щільна маленька плата. Це складно, але коли ти посидиш над цим пару тижнів, починаєш відчувати та розуміти, де щось відбувається, де все щільно… Зазвичай я спочатку зосереджуюся на складних моментах, тому роблю невелику частину роботи, а потім доходжу до точки, коли думаю: «О, я майже впевнений, що знаю, як ця ділянка тепер буде проходити». Тоді я йду і роблю наступну найскладнішу частину, і я прийду і завершу її, як тільки буду впевнений, що зможу зробити всі складні частини, бо якщо я не зможу зробити складні частини, тоді мені доведеться вирішити, що змінити.

Журнал The MagPi : Чи було щось, що вам довелося виключити в процесі зменшення переваг Raspberry Pi 5 до меншого розміру Обчислювального Модуля 5?

Домінік Планкетт : Ще на самому початку ми мали внутрішнє обговорення деяких сигналів, оскільки у нас є 200-контактні роз'єми, і ми знали, що нам доведеться змінити деякі сигнали там, оскільки деякі з них не існують у новому світі. Тож це звільнило деякі контакти. Але потім у нас було більше сигналів, які ми хотіли розмістити на контактах, ніж було доступно, і нам довелося вирішити, які функції будуть включені. Отже, Raspberry Pi 5 має два порти USB 2.0 з правого боку, і їх пропустили. Для цих двох портів USB 2.0 не було місця для сигналів, тому їх немає на Обчислювальному Модулі 5.

Дехто може захотіти додаткових USB-портів, але ми маємо знайти баланс і спробувати створити хороший продукт для всіх, а не лише для однієї людини чи однієї групи людей. Тому головне — переконатися, що він підходить багатьом людям, а також забезпечити хороший рівень зворотної сумісності для наших основних клієнтів.

Загалом доступно більше USB, ніж було на Обчислювальному Модулі 4. Отже, четвертий Модуль мав чотири порти MIPI, але Raspberry Pi 5 та новіші версії підтримують лише два порти MIPI. Таким чином, звільняються два порти MIPI, які ми можемо перерозподілити для USB 3.0. Саме це ми й зробили.

Отже, якщо ви підключите Обчислювальний Модуль 5 до плати четвертого Модулю і використовуєте один із портів MIPI, то його більше не можна буде використовувати для однієї з камер та одного з дисплеїв. Але таке життя. Нам доведеться зробити певний вибір. І так, цей вибір буде важким для деяких людей, і я повністю визнаю, що деякі люди вважатимуть, що зроблений нами вибір був для них неправильним. Але, як я вже казав, Обчислювальний Модуль 4 все ще доступний, і він, очевидно, був правильним продуктом, коли вони розробляли свій продукт навколо плати четвертого Модуля. Він не застаріє. Але багато людей виявлять, що вони можуть просто встановити Обчислювальний Модуль 5 і отримати вищу обчислювальну продуктивність.

Якщо у вас є вбудована eMMC, це значно швидше. Тож це швидше, ніж SD-карта, і це значно швидше, ніж вбудована eMMC, яку мав Обчислювальний Модуль 4. Тому ми також внесли деякі інші покращення. Доступно більше пам’яті – у майбутньому буде версія на 16 ГБ.

Більше немає версії на 1 ГБ – якби хтось замовив кілька мільйонів таких, я впевнений, що ми б розглянули це, але наразі версії на 1 ГБ не буде. Частково це неминучий хід прогресу. Також це пов'язано з тим, що у нас вже є купа продуктів у списках, і ми повинні бути раціональними та не перевантажувати себе купою різних продуктів, які просто лежать на складі.

Журнал The MagPi : Де використовуються Обчислювальні Модулі? Які продукти компанії створюють з їх допомогою?

Вони знаходять застосування в найрізноманітніших сферах, оскільки є невеликими, ефективними обчислювальними потужностями для людей. І стає легко просто додати власні пристрої введення/виведення до вашої системи, і ви отримуєте всі переваги Raspberry Pi. А оскільки використовується те саме програмне забезпечення, ви можете виконувати всю свою розробку на Raspberry Pi 5, перш ніж створювати власну плату.