树莓派5来了：算力提升2.5倍，支持PCIe，438元起售

新平台，自研芯片，官方版操作系统也有了。

树莓派 5 来了！昨天，开发者社区里突然传来了好消息。

本次发布距离上代产品树莓派 4（Raspberry Pi 4）已经有四年之久。作为最受开发者欢迎的开发板，新一代的树莓派 5（Raspberry Pi 5）性能大幅提升，不过售价也有所提升，4GB 型号的售价为 60 美元，8GB 版本的售价为 80 美元。

据树莓派首席执行官 Eben Upton 介绍，该平台在几乎所有方面都进行了升级，提供了不折不扣的全新用户体验。

树莓派 5 配备了前所未有的新功能，计算速度是前代的两倍多，并且是第一台采用英国剑桥内部设计芯片的树莓派计算机。

树莓派官方总结了新一代产品的特性：

• 2.4GHz 四核 64 位 Arm Cortex-A76 CPU

• VideoCore VII GPU，支持 OpenGL ES 3.1、Vulkan 1.2

• 双 4K60 帧 HDMI 输出

• 4K60 帧 HEVC 解码器

• 双频 802.11ac Wi-Fi

• 蓝牙 5.0 / 低功耗蓝牙 (BLE)

• 高速 microSD 卡接口，支持 SDR104 模式

• 2×USB 3.0 端口，支持同时 5Gbps 运行

• 2 个 USB 2.0 端口

• 千兆以太网，支持 PoE+（需要单独的 PoE+ HAT，即将推出）

• 2 × 4 通道 MIPI 摄像头 / 显示收发器

• PCIe 2.0 x1 接口，用于快速增加外设

• Raspberry Pi 标准 40 针 GPIO 接头

• 实时时钟

• 电源按钮

从 PCIe、支持 OpenGL ES 3.1 和 Vulkan 1.2 的 GPU 到主动式散热，看起来现在的树莓派已经是一个非常成熟的开发板了。

树莓派 5 的发布还标志着一系列制造创新的引入。连接器的侵入式回流焊，它提高了产品的机械质量，增加了产量，并从生产流程中消除了成本高、能耗大的选择性焊接或波峰焊工艺。还有可使电路板边缘更整洁的全布线面板单层焊接技术，以及从 RP2040 微控制器规模测试经验中汲取灵感的全新生产测试方法。

与之前的传统推出节奏不同，官方在产品上架之前就发布了树莓派 5 的大部分特性。从今天起人们就可以从授权经销商、合作伙伴处预订新产品，预计第一批设备将于 10 月底发货，有经销商表示是在 10 月 23 日。

一点历史

树莓派 4 是在 2019 年 6 月 24 日发布的，当时号称为第一个「PC 级」性能的树莓派。它采用主频为 1.5GHz 的四核 Arm Cortex-A72 处理器，比 2012 年的初版树莓派快大约四十倍。Eben Upton 表示，从许多方面来说，那个时机都是完美的：第二年起，数以百万计的学生和开发者开始在家中学习、工作。有不少人尝试依靠树莓派 4 作为他们的主要 PC。

此后的四年时间里，树莓派 4 及其衍生产品 Raspberry Pi 400 和 Compute Module 4 已成为全球爱好者、教育工作者和专业设计工程师的最爱。改进版树莓派 4 的运行速度比原版快 20%，核心时钟速度为 1.8GHz。尽管过去两年中全球电子产业受到了供应链问题的影响，但在此期间树莓派 4 仍然制造并销售了超过 1400 万台。

但技术正在快速发展。自 2016 年（树莓派 3 时代）以来，树莓派开发团队一直在悄悄地对树莓派平台进行更彻底的改革。随着树莓派 5 的推出，这一努力取得了成果：与树莓派 4 相比，新一代产品的 CPU 和 GPU 性能提高了两到三倍；内存和 I/O 带宽大约是两倍；并首次在旗舰树莓派设备上安装了树莓派芯片。

新的平台、新的芯片组

三款新芯片均专为树莓派 5 程序设计，树莓派团队表示，它们结合在一起带来了性能的飞跃变化。

BCM2712

BCM2712 是博通（Broadcom）的一款新型 16 纳米制程应用处理器（AP），源自为树莓派 4 提供动力的 28 纳米 BCM2711 AP，并具有众多架构增强功能。

它的核心是四核 64 位 Arm Cortex-A76 处理器，主频为 2.4GHz，每核 512KB 二级缓存和 2MB 共享三级缓存。Cortex-A76 是 Cortex-A72 的第三代微架构，提供更多的每时钟指令 (IPC) 和更低的每指令能耗。更新的内核、更高的时钟速度和更先进的工艺的结合产生了速度更快的树莓派，并且在给定工作负载下消耗的功率要少得多。

与此同时，GPU 也获得了加强：Broadcom 的 VideoCore VII。更新后的 VideoCore 硬件视频缩放器 (HVS) 能够同时驱动两个 4Kp60 HDMI 显示器，相比树莓派 4 上的单个 4Kp60 或双 4Kp30 有所提升。4Kp60 HEVC 解码器和新的图像传感器管道 (ISP) 均由树莓派自行开发 ，完善了多媒体子系统。为了保持系统提供内存带宽，树莓派 5 上有一个 32 位 LPDDR4X SDRAM 子系统，运行速度为 4267MT/s，高于树莓派 4 上的 2000MT/s。

RP1

前几代树莓派构建在单片 AP 架构上：而一些外围功能由外部设备提供（如树莓派 4 上的 Via Labs VL805 USB 控制器和集线器，以及早期的 Microchip LAN951x 和 LAN7515 USB 集线器和以太网控制器芯片等），基本上所有 I/O 功能都集成到 AP 本身中。在树莓派历史的早期，我们意识到当把 AP 迁移到逐渐更新的工艺节点时，这种方法最终在技术和经济上都将变得不可持续。

相比之下，树莓派 5 基于分离的小芯片（chiplet）架构构建。在这里，AP 只提供主要的快速数字功能、SD 卡接口（出于电路板布局原因）和最快的接口（SDRAM、HDMI 和 PCI Express）。所有其他 I/O 功能都被卸载到单独的 I/O 控制器，在较旧、更便宜的工艺节点上实现，并通过 PCI Express 连接到 AP 上。

RP1 是用于树莓派 5 的 I/O 控制器，由树莓派提供 RP2040 微控制器的同一团队设计，并与 RP2040 一样，在台积电（TSMC）成熟的 40LP 工艺上实现。提供 2 个 USB 3.0 和 2 个 USB 2.0 接口，千兆位以太网控制器，两个用于摄像头和显示器的四通道 MIPI 收发器，模拟视频输出，3.3V 通用 I/O（GPIO），以及常见的 GPIO 复用低速接口（UART、SPI、I2C、I2S 和 PWM）集合。四通道 PCI Express 2.0 接口提供返回 BCM2712 的 16Gb/s 链路。

RP1 自 2016 年开始开发，是迄今为止树莓派开展过的时间最长、最复杂且最昂贵的项目（耗资 1500 万美元）。多年来，随着预计需求的变化，它经历了多次改进：树莓派 5 上使用的 C0 是芯片的第三次主要修订版。虽然其接口与 BCM2711 的接口在细节上有所不同，但从功能角度来看，它们的设计非常相似，确保了与早期树莓派设备的高度兼容性。

DA9091

BCM2712 和 RP1 由芯片组的第三个新组件 Renesas DA9091「Gilmour」电源管理 IC (PMIC) 支持。它集成了八个独立的开关模式电源，以生成电路板所需的各种电压，其中包括一个四相核心电源，能够提供 20 安培的电流，为 Cortex-A76 核心和 BCM2712 中的其他数字逻辑供电。

与 BCM2712 一样，DA9091 是多年共同开发的成果。与 Renesas 爱丁堡团队的密切合作使树莓派团队能够生产出根据需求进行精确调整的 PMIC，获得两个经常需要的功能：实时时钟（RTC），可以由外部超级电容器或可充电锂锰电池供电，另外，还有一个 PC 风格的电源按钮，支持硬和软关机和开机。

树莓派 4 中保留了该芯片组的另外两个元素。英飞凌 CYW43455 组合芯片提供双频 802.11ac Wi-Fi 和蓝牙 5.0 以及低功耗蓝牙 (BLE)。虽然芯片本身没有变化，但它配备了专用的开关电源轨以降低功耗，并通过升级的 SDIO 接口连接到 BCM2712，该接口支持 DDR50 模式以获得更高的潜在吞吐量。和以前一样，以太网连接由 Broadcom BCM54213 千兆位以太网 PHY 提供。现在它呈 45 度角，这对于树莓派来说是第一次。

外形演变

从外观上看，树莓派 5 与其前代产品非常相似。但是，在保留信用卡大小的整体占地面积的同时，设计团队借此机会更新了一些元素，以与新芯片组的功能保持一致。

首先是从板上移除了四极复合视频和模拟音频插孔。现在由 RP1 生成的复合视频仍然可以通过板底部边缘的一对 0.1 英寸间隔的 pad 获得。

设计者们在以前由四极插孔和相机连接器占据的空间中配备了一对 FPC 连接器。这些是四通道 MIPI 接口，使用与各代计算模块 I/O 板上相同的更高密度引脚排列。它们是双向收发器接口，这意味着每个接口都可以连接到 CSI-2 摄像机或 DSI 显示器。主板左侧原来由显示器连接器占据的空间现在包含一个较小的 FPC 连接器，为高速外设提供单通道 PCI Express 2.0 连接。

千兆位以太网插孔在树莓派 4 右上角短暂停留后，又回到了板右下角的经典位置。它还带来了四针 PoE 连接器，简化了开发板的布局。

最后，树莓派 5 相比前代产品增加了一对用于散热器的安装孔，以及用于 RTC 电池（2 pin）、Arm 调试和 UART（3 pin）的 JST 连接器，和具有 PWM 控制和转速反馈的风扇（4 pin） 。

配件介绍

每代新的旗舰树莓派产品都伴随着新的配件体系，树莓派 5 也不例外。布局的改变、新的界面和更高的峰值性能以及更小的峰值功耗都需要新的配件来支持。

机箱

更新后的树莓派 5「机箱」售价 10 美元，基于上一代树莓派 4 的美观造型，但增强了可用性以及热管理功能。该机箱由 T-Zero 制造。

集成的 2.79（最大）CFM 风扇采用流体动力轴承，噪音低，使用寿命更长，可连接树莓派 5 上的四针 JST 连接器，提供温控冷却。空气通过盖子下方的 360 度槽吸入，吹过连接在 BCM2712 AP 上的散热片，然后通过底座上的连接器开孔和通风口排出。

机箱已加长并调整了固定功能，这样就可以在不移除 SD 卡的情况下插入树莓派 5 开发板。通过移除机箱顶部，现在可以堆叠多个机箱，还可以使用垫片和 GPIO 接头扩展器在风扇顶部安装 HAT。

主动散热器

树莓派 5 被设计用来处理典型的客户端工作负载，不需要机箱，不需要主动冷却。如果用户希望在无机箱的情况下使用该电路板，以承受持续的大负载而不出现节流现象，那么可以选择添加一个价值 5 美元的主动冷却器。主动冷却器通过两个新的安装孔连接到电路板上，并与机箱风扇连接到相同的四针 JST 连接器上。

径向鼓风机同样以低噪音和延长使用寿命为目的，推动空气通过挤压和铣削铝散热器。在典型环境温度和最大负载情况下，机箱和主动冷却器都能使树莓派 5 远远低于功耗墙节点。主动散热器的散热性能更好，特别适合超频玩家使用。

27W USB-C 电源

当运行相同的工作负载时，树莓派 5 比树莓派 4 消耗的电量更少，运行的温度也更低。然而，更高的性能上限意味着，对于最密集的工作负载，尤峰值功耗会增加到 12W 左右，而树莓派 4 只有 8W。

当与树莓派 5 一起使用标准的 5V, 3A (15W) USB- c 电源适配器时，默认情况下必须将下游 USB 电流限制为 600mA，以确保有足够的余量支持这些工作负载。这比树莓派 4  1.2A 的限制要低，但通常足以驱动鼠标、键盘和其他低功耗外设。

有些用户希望驱动高功率外设如硬盘驱动器和固态硬盘，同时还能为峰值工作负载保留余量。树莓派提供了价值 12 美元的 USB-C 电源适配器，它支持 5V 5A (25W) 工作模式。如果树莓派 5 固件检测到此供应，它会将 USB 电流限制增加到 1.6A，为下游 USB 设备提供 5W 的额外功率，以及 5W 的额外板载功率预算。看起来，这已经是一个轻薄笔记本的功耗量了。

值得注意的是，用户可以选择覆盖电流限制，即使在使用 3A 适配器时也可以指定更高的值。在测试时，这种模式下，树莓派 5 在典型的高功率 USB 设备配置和最病态的工作负载下都能很好地工作。

摄像头和电缆

新的、密度更高的 MIPI 连接器引脚布局意味着需要一个适配器才能将用户自己的相机和显示器以及第三方产品连接到树莓派 5。

为了支持现有的摄像头和显示器用户，树莓派提供了 FPC 摄像头和显示器电缆，可将高密度格式 (现称 mini) 转换为低密度格式 (现称 standard)。这些电缆有 200mm、300mm 和 500mm 长度，价格分别为 1 美元、2 美元和 3 美元。

PoE+ HAT

2024 年初，树莓派将提供新的 PoE+ HAT。它支持四针 PoE 针座的新位置，采用 L 型外形，可安装在树莓派机箱内，不会产生机械干扰或破坏气流。

新的 PoE+ HAT 在 PCB 布局中集成了一个平面变压器，并利用优化的反激变换器架构，在整个 0 到 25W 输出功率范围内保持高效率。

M.2 HAT

树莓派最令人兴奋的新增功能之一是单通道 PCI Express 2.0 接口。该接口用于支持快速外设，位于电路板左侧的一个 16 针、0.5 毫米间距的 FPC 连接器上。

从 2024 年初开始，树莓派将提供一对机械适配器板，在该连接器和 M.2 标准配件之间进行转换，使用户能够连接 NVMe 固态硬盘和其他 M.2 格式配件。第一个转接板符合标准的 HAT 外形尺寸，用于安装较大的设备。第二种与新的 PoE+ HAT 一样采用 L 形外形，支持在树莓派 5 的机箱内安装 2230 和 2242 格式的设备。

M.2 HAT 原型。最终的硬件将不是这样的。

RTC 电池

树莓派采购了松下锂锰可充电硬币电池，预安装的两针 JST 插头和粘合剂安装垫。价格为 5 美元，适合在主电源断开时为树莓派 5 实时时钟（RTC）供电。

更新、更好的树莓派操作系统

在树莓派 5 项目进入最后阶段的同时，软件团队致力于开发新版本的树莓派操作系统，这是树莓派设备的官方第一方操作系统。这是基于代号为「Bookworm」的最新版本的 Debian (及其衍生版本 Raspbian)，并集成了大量增强功能，特别是在 Raspberry Pi 4 和 5 上从 X11 过渡到 Wayfire Wayland 合成器。

树莓派操作系统将于 10 月中旬发布，并将成为树莓派 5 唯一受支持的第一方操作系统。

参考内容：

https://www.raspberrypi.com/news/introducing-raspberry-pi-5/

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