Raspberry Piの兄弟が増えてきたので要点を整理

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2012年に登場して以降、確実にシェアを獲得してきたシングルボードコンピュータの雄 Raspberry Pi（ラズベリーパイ）ですが、シリーズが増えてきて把握が難しくなってきたので整理しました。

概要

Raspberry Pi は、シングルボードコンピュータに分類される製品です。

base on シングルボードコンピュータ - Wikipedia

シングルボードコンピュータとは、むき出しの一枚（シングル）のプリント基板（ボード）の上に、必要なものに絞ったCPUと周辺部品、入出力インタフェースとコネクタを付けただけの極めて簡素なコンピュータである。

手のひらサイズのボードに、コンピュータとして使うための機能が実装してあります。

コンピュータの5大要素

現代のコンピュータを形作っているキーワード「5大要素」を、シングルボードコンピュータは満たしています。

  • 演算装置
    CPU / SoC が演算（計算）を担当しています。
  • 制御装置
    CPU / SoC が演算とともに制御も担当します。
    （ここで言う制御は、各チップや周辺機器などの調整を指します）。
  • 記憶装置
    メインメモリ（RAM）や補助記憶装置（HDD, eMMC, SSD, microSD など）が該当します。
  • 入力装置
    キーボードやマウスなど入力を担当する装置。
  • 出力装置
    ディスプレイやプリンタなど出力を担当する装置。
    （データの送受信は含まれません）。

5大要素を満たしているシングルボードコンピュータは（HDMI 端子や USB 端子を持ち Linux をサポートする製品なら）PC のようにも扱えます。

それぞれをシングルボードコンピュータの特性と併せて、見ていきたいと思います。

演算装置・制御装置（CPU / SoC）

シリーズ累計の販売台数が 1,000万台を超え、シングルボードコンピュータの代表格となった Raspberry Pi は、RISC（リスク）アーキテクチャの SoC である ARM（アーム）を搭載しています。
※SoC は、CPU に GPU や Wi-Fi・LTE モジュールなどをワンチップにまとめた物を指します。

PC 陣営主力の Intel・AMD が提供する CISC（シスク）アーキテクチャとは、異なるアーキテクチャを利用しています。

RISC は CISC と比べて何が優れているのでしょうか。

  • パラエティが豊富
    素の ARM は（ARM 社によって）コアの設計データのみ提供されています。
    実際の製造や実装に関わる部分は、各メーカーに委ねられています。
    そのため、各製品は SoC の製造メーカーのカラーがでて面白いです。

    その反面、（Intel・AMD が提供する）IA-32 アーキテクチャと異なり、互換性が低いです。
    ※あくまで、別 SoC との互換性です。同 SoC であれば互換性は保たれます。

    この自由度の高さが（最終的にユーザの手に届く）製品の多様性となり、興味深い商品の登場を後押ししています。

  • 省電力
    ARM は Intel・AMD と異なるアプローチでマルチコアを実現しています。

    • ARM
      ヘテロジニアス・マルチコア
      異なるコアでマルチコアを実現するプロセッサの総称。
    • Intel・AMD
      ホモジニアス・マルチコア
      同種のコアでマルチコアを実現するプロセッサの総称。

ARM の場合、ハイパフォーマンスな（だけど電力を消費する）コアと、ローパフォーマンスな（だけど省エネ）コアを抱き合わせてマルチコアにしています。
これにより、低負荷状態であればローパフォーマンス（且つ省エネ）なコアだけを稼働させることで省電力を実現しています。

※スマホなどの SoC が ARM 一色なのは、省電力でパッテリー持ちが良いためです。
（Intel・AMD も SpeedStep 等で省エネ対策をしていますが、互換性重視のため一足飛びに省電力とはいかないようです）。

記憶装置

記憶装置は幅が広いので、ここでは一次記憶装置・二次記憶装置に的を絞っていきます。

一次記憶装置

メインメモリ（単に、メモリや RAM などとも呼ばれます）です。
シングルボードコンピュータは、PC 同様に DDR（DRAM）です。
※形状により名称は様々です。

二次記憶装置

補助記憶装置全般です。

主なものは以下になります。

  • HDD
    大容量ストレージの代表格、ハードディスクです。
    Raspberry Pi で使う際は（HDD インターフェース SATA を）USB へ変換して接続します。
  • SSD
    高速ストレージの代表格、SSD（Solid State Drive / ソリッドステートドライブ）。
    Raspberry Pi で使う際は（HDD 同様に）USB へ変換して接続します。
  • eMMC, UFS
    eMMC は（SD の前身 MMC の）後継規格で、UFS はその eMMC の後継と目されている高速メディアの規格です。
    イメージは、ボード直付け（オンボード）の SD カードです。
    ※Raspberry Pi 以外の 一部の シングルボードコンピュータでは、eMMC をオンボードで装備している製品もあります。
  • microSD
    （Raspberry Pi を含む）主要なシングルボードコンピュータは、ブーどデバイス（起動ドライブ）に microSD カードを利用します。
    ※Banana Pi M1 Classic などは SD カードがブートデバイスです。
  • USBメモリ
    USBメモリや USB ハードディスクも補助記憶装置です。

入力装置・出力装置

シングルボードコンピュータでは、主にディスプレイ・キーボード・マウスでしょうか。
※サーバ利用であれば、ディスプレイ・キーボード・マウスは不要ですが、初期セットアップ時は必要になります。

ARM アーキテクチャ向けプリンタドライバのパッケージ版は簡単には見つかりません。
※ARM 用 CUPS のソースはあるので、コンパイルすれば可能性は高いでしょう。

製品

ここでは、RJ-45（有線LANコネクタ）搭載モデルである「Model B」 に絞ってご紹介します。

Raspberry Pi 4 Model B

前モデル「Raspberry Pi 3 Model B＋」との主な変更点は、以下になります。

  • メモリ増量
    従来の 1GB に加え、2GB・4GB・8GB モデルが追加されました。
  • micro-HDMI コネクタへの変更
    従来は Full-size HDMI でした。
  • Gigabit Ethernet の実装
    ネイティブ 1000BASE-T になりました（従来は max. 300Mbps）。
  • USB 3.0 の実装

仕様

  • Power Supply
    USB Type-C ソケット
    5V/3A
  • Soc (CPU)
    Broadcom BCM2711
    クアッドコア（4-Core） / ARM Cortex-A72 1.5GHz
  • メモリ
    1GB, 2GB, 4GB, 8GB
  • ネットワーク
    RJ-45（1000BASE-T / Gigabit Ethernet）
    2.4GHz and 5GHz IEEE 802.11.b/g/n/ac wireless LAN, Bluetooth 5.0, BLE
  • USB
    USB 3.0 ×2port
    USB 2.0 ×2port
  • ディスプレイ出力
    micro-HDMI ×2port
    （1port only: 4kp60, 2ports 4kp30）

Raspberry Pi 3 Model B+

前モデル「Raspberry Pi 3 Model B」との主な変更点は、以下になります。

  • Gigabit Ethernet の実装
    （USB 2.0 接続のため max. 300Mbps ですが）Gigabit Ethernet を初実装しました。
  • IEEE 802.11 ac の初サポート
    従来は、2.4GHz（IEEE 802.11 b/g/n）のみでした。
  • Bluetooth 4.2
    従来の Bluetooth 4.1 からバージョンアップしました。

仕様

  • Power Supply
    Micro USB Bソケット
    5V/2.5A
  • Soc (CPU)
    Broadcom BCM2837B0
    クアッドコア（4-Core） / ARM Cortex-A53 1.4GHz
  • メモリ
    1GB
  • ネットワーク
    RJ-45（1000BASE-T）
    Gigabit Ethernet over USB 2.0 (maximum throughput 300 Mbps)
    2.4GHz and 5GHz IEEE 802.11.b/g/n/ac wireless LAN
    Bluetooth 4.2 / Bluetooth Low Energy（BLE）
  • USB
    USB 2.0 ports
  • ディスプレイ出力
    Full-size HDMI

Raspberry Pi 3 model B

前モデル「Raspberry Pi 2 Model B」との主な変更点は、以下になります。

  • 無線機能の初実装
    Wi-Fi, Bluetooth を初実装しました。

仕様

  • Power Supply
    5V/2.5A
    Micro USB Bソケット
  • Soc (CPU)
    Broadcom BCM2837
    ARM Cortex-A53 1.2GHz
    （Quad-Core）
  • メモリ
    1GB
  • ネットワーク
    RJ-45（100BASE-TX）
    IEEE 802.11 b/g/n 2.4GHz
    Bluetooth 4.1 / Bluetooth Low Energy（BLE）
  • USB
    USB 2.0 ×4port
  • ディスプレイ出力
    Full-size HDMI

Raspberry Pi 2 Model B

前モデル「Raspberry Pi 1 Model B / Model B+」との主な変更点は、以下になります。

  • メモリ増量
    256MB / 512MB → 1GB になりました。
  • SoC パワーアップ
    シングルコア → クアッドコアになりました。

仕様

  • Power Supply
    Micro USB Bソケット
    5V/1.8A（5V2A）
  • Soc (CPU)
    • Raspberry Pi Model B
      Broadcom BCM2836
      クアッドコア（4-Core） / ARM Cortex-A7 900MHz
    • Raspberry Pi Model B V1.2
      Broadcom BCM2837
      クアッドコア（4-Core） / ARM Cortex-A53 900MHz
  • メモリ
    1GB
  • ネットワーク
    RJ-45（100BASE-TX）
    （Wi-Fi, Bluetooth 無し）
  • USB
    USB 2.0 ×4port
  • ディスプレイ出力
    Full-size HDMI

Raspberry Pi 1 Model B / Model B+

  • Power Supply
    Micro USB Bソケット

    • Raspberry Pi 1 Model B
      5V/1.2A
    • Raspberry Pi 1 Model B+
      5V/1.8A（5V2A）
  • Soc (CPU)
    Broadcom BCM2835
    シングルコア（1-Core）/ ARM11（ARM1176JZF-S）
  • メモリ
    256MB / 512MB
  • ネットワーク
    RJ-45（100BASE-TX）
    （Wi-Fi, Bluetooth 無し）
  • USB
    USB 2.0 ×4port
  • ディスプレイ出力
    Full-size HDMI