ARMシングルボードコンピュータの気になるSoCはこれです 令和5(2023)年版

シングルボードコンピュータの多くは、演算装置(CPU)や各種インタフェースを統合したSoC（System-on-a-chip)を中心に回路が設計されています。

SoCは時代とともに進化しており、また同じSoCを採用した、様々な機種のシングルボードコンピュータが各社から発売されています。

現状、シングルボードコンピュータといえばRaspberry Piですが、SoCで言うとそれは1種類であり、他のSoC・シングルボードコンピュータと比較すると利点と欠点があります。

シングルボードコンピュータを選択するうえで、最も重要な要素と言って良いSoCについて、2023年の状況を記録させて頂こうと思います。（状況ではなく好みかも

Raspberry Pi 4のSoCは2019年登場のBroadcom BCM2711

datasheets.raspberrypi.com

 

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https://datasheets.raspberrypi.com/bcm2711/bcm2711-peripherals.pdf

https://datasheets.raspberrypi.com/bcm2711/bcm2711-peripherals.pdf

Raspberry Pi 4のSocは、Broadcom社のBCM2711という型番になります。上記のリンクは、BCM2711のデータシートになります。

Raspberry Pi

 

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Raspberry Pi 4 Model B specifications – Raspberry Pi

https://www.raspberrypi.com/products/raspberry-pi-4-model-b/specifications/

Your tiny, dual-display, desktop computer…and robot brains, smart home hub, media centre, networked AI core, factory controller, and much more.

そのシングルボードコンピュータの実装である、Raspberry Pi 4 Model Bの具体的なスペックは、このような形でしょうか。

• Broadcom BCM2711 Raspberry Pi 4 Model B
  1. Quad core Cortex-A72 (ARM v8) 64-bit SoC @ 1.8GHz
  2. 1GB, 2GB, 4GB or 8GB LPDDR4-3200 SDRAM (depending on model)
  3. 2.4 GHz and 5.0 GHz IEEE 802.11ac wireless, Bluetooth 5.0, BLE
     Gigabit Ethernet
  4. 2 USB 3.0 ports; 2 USB 2.0 ports.
  5. Raspberry Pi standard 40 pin GPIO header (fully backwards compatible with previous boards)
  6. 2 × micro-HDMI® ports (up to 4kp60 supported)
  7. 2-lane MIPI DSI display port
  8. 2-lane MIPI CSI camera port
  9. 4-pole stereo audio and composite video port
  10. H.265 (4kp60 decode), H264 (1080p60 decode, 1080p30 encode)
  11. OpenGL ES 3.1, Vulkan 1.0
  12. Micro-SD card slot for loading operating system and data storage
  13. 5V DC via USB-C connector (minimum 3A*)
  14. 5V DC via GPIO header (minimum 3A*)
  15. Power over Ethernet (PoE) enabled (requires separate PoE HAT)
  16. Operating temperature: 0 – 50 degrees C ambient

2023年現在ですが、正直、BCM2711の設計は大変バランスが良く、性能も決して悪くありません。良くも悪くも、上記のスペックすべてが「一般的、普通」となります。

メモリー容量に関しては、2023年では1GB,2GBは足らないと思います。4GBのメモリーを使用するには64ビットOSが必要ですが、4GBでも使い方によって、不足する場合があります。8GBでしたら、十分にSoCの性能を発揮できると思います。

Raspberry Pi 4 Model Bは現役

ただ、いつ壊れるかわからない&必ず壊れる&性能の足を引っ張るmicroSDカードだけは使用したくありません、必ずUSBストレージから起動して、十分に性能を引き出しましょう。

最も気になるSoCはRockChip RK3588

www.rock-chips.com

https://www.rock-chips.com/uploads/pdf/2022.8.26/191/RK3588%20Brief%20Datashe...

https://www.rock-chips.com/uploads/pdf/2022.8.26/191/RK3588%20Brief%20Datasheet.pdf

データシートを見て面白いと思ったところは、RK3588のターゲットアプリケーションは、決してスマートフォンではなく、コックピットやNVR(ビデオレコーダー)、エッジコンピューティング、AR/VRという点です。自動車の運転席はコックピットとは言いませんから、別の乗り物、またはドローンという感じでしょうか。

スペック的にはこのような感じです。

• RockChip RK3588
  1. CPU – 4x Cortex-A76 @ up to 2.4/2.6 GHz and 4x Cortex-A55 cores @ 1.8 GHz
  2. GPU Arm Mali-G610 MP4 “Odin” GPU
     • with support for OpenGLES 1.1, 2.0, and 3.2, OpenCL up to 2.2 and Vulkan1.2
     • 2D graphics engine up to 8192×8192 source, 4096×4096 destination
  3. AI Accelerator – 6 TOPS NPU 3.0 (Neural Processing Unit)
  4. VPU Video decoding
     • 8Kp60 H.265, VP9, AVS2, 8Kp30 H.264 AVC/MVC
     • 4Kp60 AV1
     • 1080p60 MPEG-2/-1, VC-1, VP8
     • Real-time 8Kp30 encoding with H.265/H.264; multi-channel encoding supported at lower resolutions
  5. Memory I/F – LPDDR4/LPDDR4x/LPDDR5 up to 32GB
  6. Storage – eMMC 5.1, SD/MMC, SATA 3.0 (multiplexed with PCIe 2.0), FSPI (Flexible SPI)
  7. Networking – Dual Gigabit Ethernet
  8. USB – 2x USB 3.1 Gen 1 up to 5 Gbps (multiplexed with DisplayPort), 1x USB 3.1 Gen 1 (multiplexed with Combo “PIPE PHY2”), 2x USB 2.0 OTG
  9. PCIe – PCIe 3.0 up to 8 Gbps (1x 4-lane, or 2x 2-lane, or 4x 1-lane, or 1x 2-lane + 2x 1-lane
  10. 3x Combo PIPE PHY interfaces
  11. Combo PIPE PHY0/1 – SATA III or PCIe2.1 up to 5 Gbps
  12. Combo PIPE PHY2 – SATA III, PCIe 2.1, or USB 3.0
  13. Low-speed I/O – 5x SPI, 9x I2C, 10x UART, GPIOs, 12-bit ADC (SARADC)

CPUは8コア。GPUはオーディン(おでん？)。VPUは8Kリアルタイムエンコード対応。メモリー容量32GB。

ネットワークですが、一部の機種ではデュアル2.5Gbpsに対応したシングルボードコンピュータが登場しています。

またインタフェースとしてPCIeを持っており、M.2スロットに対応してます。NMVe SSDに対応するほか、Wi-Fi・Bluetoothモジュールが交換可能のため、常に最新のWi-Fiに対応することが可能です。

2023年現在、最も注目しているSoCになります。これらの仕様から、実際の実装はどのような感じでしょうか。

個人的にイチオシ NanoPC-T6

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https://www.friendlyelec.com/index.php?route=product/product&product_id=292

こちらの記事でご紹介させて頂きました

NanoPC-T6でAndroid 12を起動してみました 実用性は過去最強

Nano-PC T6のeMMCに、Android 12をインストールしてみました。 Androidのインストールはすごく簡単。メニュー...

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NanoPC-T6は、RockChip RK3588が採用されています。Ethernetは2.5Gデュアル対応です。USB端子は少なめですが、HDMI入力やMicroSIMスロット等、端子はかなり豊富です。

電源は、12V DCジャックの安定化電源が必要です。一般的な5VのType-C/microB電源と異なりますが、私個人の考えでは、これからの世代のシングルボードコンピュータは、12V～19V電源の方が拡張性・性能・安定度ともに高いように思えます。

OSはAndroid 12、Debian 11、Ubuntu 22.04に対応しており、動かしたいアプリはほぼすべて動かせる状況のようです。

ライバルはOrange Pi 5 Plus

www.orangepi.org

 

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Orange Pi - Orangepi

http://www.orangepi.org/html/hardWare/computerAndMicrocontrollers/details/Orange-Pi-5-plus.html

Orange Pi 5(無印)は手元に実際に御座いますが、こちらはRK3588ではなく、RK3588Sを採用した別のSoCになります。こちらは後述致します。

Orange Pi 5をNVMe SSDから起動してみました

2022年秋に登場しました、Orange Pi 5に。 M.2 NVMe SSDを取り付けまして。Ubuntu 22.04.1...

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後発のOrange Pi 5 Plusが、Rockchip RK3588 SoCの性能をフルに発揮できる機種かもしれません。

こちらも2.5G Ethernetを2つ備えています。

電源は、Type-C 5V/4Aとなっていて、一般的なシングルボードコンピュータの系統と同じになるため、扱いやすい利点があります。

RK3588Sは弟分に

www.cnx-software.com

https://www.cnx-software.com/pdf/datasheet/Rockchip-RK3588S-Datasheet%20V1.0-...

https://www.cnx-software.com/pdf/datasheet/Rockchip-RK3588S-Datasheet%20V1.0-20211221.pdf

RK3588Sですが。S付きは微妙な感じです。PCIeの世代が1つ違うだけで、何か寂しさがあると言いますか。

• RK3588S
  1. CPU – 8-core 64-bit (4×Cortex-A76+4×Cortex-A55), 8nm lithography process,frequency up to 2.4GHz
  2. GPU – ARM Mali-G610 MP4 quad-core GPU
     1. Support OpenGL ES3.2 / OpenCL 2.2 / Vulkan1.1, 450 GFLOPS
  3. NPU – NPU computing power up to 6 TOPS,
     1. Support INT4/INT8/INT16 mixed operation,
     2. Support framework switching of TensorFlow / MXNet / PyTorch / Caffe
  4. ISP – Integrated 48MP ISP with HDR&3DNR
     1. VPU – Video decoding: 8K@60fps H.265/VP9/AVS2 8K@30fps H.264 AVC/MVC 4K@60fps AV1 1080P@60fps MPEG-2/-1/VC-1/VP8
     2. Video encoding: 8K@30fps encoding, support H.265 / H.264
  5. RAM – 4GB/8GB/16GB 64bit LPDDR4/LPDDR4x/LPDDR5 (Up to 32GB optional)
  6. Storage – 16GB/32GB/64GB/128GB eMMC
  7. Storage Expansion
     1 x M.2 interface, can be expanded with 2242 SATA3.0 SSD (default), compatible with 2242 PCIe2.0 NVMe SSD

Orange Pi 5

www.orangepi.org

 

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Orange Pi - Orangepi

http://www.orangepi.org/html/hardWare/computerAndMicrocontrollers/details/Orange-Pi-5.html

Orange Pi 5 Plusの登場の影響で、Orange Pi 5は弟分のような感じになってしまいました。

とはいえ、価格に対する性能は高く、拡張性もあり、SoCのバランス配分も問題ありません。

正直、この記事にあるように、NanoPC-T6、Orange Pi 5 Plusに続き、3番めに気になる存在です。

信頼性のRK3399

opensource.rock-chips.com

https://opensource.rock-chips.com/images/d/d7/Rockchip_RK3399_Datasheet_V2.1-...

https://opensource.rock-chips.com/images/d/d7/Rockchip_RK3399_Datasheet_V2.1-20200323.pdf

そうですか、RK3399の登場は2016年。そこそこ時間が経ちました。

Broadcom、Rockchip以外のSoCプロダクトとして、AllWinnerがありますが、最近は新しい製品を見なくなりました。

またARM以外にRISCV CPUも登場しましたが、個人的な評価で恐縮ですが、微妙な感じです。

ご紹介したSoCに続き、RockChip RK3399も安定度が高い信頼できるSoCだと思います。

• RockChip RK3399
  1. CPU – Dual-core ARM Cortex-A72 MPCore processor and Quad-core ARM Cortex-A53 MPCore processor
  2. GPU – ARM Mali-T860MP4 GPU, support OpenGL ES1.1/2.0/3.0, OpenCL1.2, DirectX11.1 etc
  3. Memory – Dynamic Memory Interface (DDR3/DDR3L/LPDDR3/LPDDR4): Compatible with JEDEC standard DDR3-1866 /DDR3L-1866 /LPDDR3-1866 /LPDDR4 SDRAM
  4. eMMC Interface: ully compliant with JEDEC eMMC 5.1and eMMC 5.0 specification. Supports HS400, HS200, DDR50 and legacy operating modes.
  5. SD/MMC Interface: There are 2 MMC interfaces which can be configured as SD/MMC or SDIO. Compatible with SD3.0, MMC ver4.51
  6. Video – Real-time video decoder of MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4,H.263, H.264, H.265, VC-1, VP9, VP8, MVC
     1. Support video encoder for H.264, MVC and VP8
  7. Display
     1. Embedded two VOP, output from the following display interface: One or Two MIPI-DSI port, One eDP port, One DP port, One HDMI port
  8. TYPE-C
     1. Embedded 2 Type-C PHY
     2. Compliant with USB Type-C Specification, revision 1.1
     3. Compliant with USB Power Delivery Specification, revision 2.0

Tinker Board 2

Tinker Board 2SでUSB-TVチューナーを使用するには

以前、Raspberry Pi OSで地デジ視聴環境を構築しましたが。 Raspberry Pi 4でUSB TVチューナが使...

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RockChipのSoCはハードウェアエンコーダを持っていて、近年、そのエンコーダーを簡単に使用するためのプロジェクトが登場しています。

GitHub

 

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GitHub - rigaya/rkmppenc: Rockchip系SoCのHWエンコーダ(rkmpp)の性能実験

https://github.com/rigaya/rkmppenc

Rockchip系SoCのHWエンコーダ(rkmpp)の性能実験. Contribute to rigaya/rkmppenc development by creating an account on GitHub.

そのような背景もあり、シングルボードコンピュータでビデオを扱う場合は、RockChipのSoCのほうが扱いやすくなってきた感じもします。

こちらのTinker Board 2の電源も、12Vということで一般的な5V電源ではありませんが、電源容量が大きいということで、USB等の周辺機器を接続した場合の安定度はかなり大きいと思います。

私はメモリー容量2GB のTinker Board 2Sを使用していますが、容量は足らないと思います。無理せず使用したい場合、4GB以上の容量が必要だと思います。

うーむ。2023年現在。シングルボードコンピュータのSoCは

1. Raspberry PiのBroadcom
2. RockChip

の2つの勢力が目立っている感じがします。

その中のRockChipは、RK3588の登場で、それ以前のたとえばRK3288はサポートが薄くなり、過去の製品になってしまった感じがします。

新しい製品は、8コア・メモリ容量32GB対応・AI対応・PCIe M.2対応、2.5G Ethernet対応と、時代に即した豪華さを感じます。

IoT、エッジデバイスとしての利用方法のほか、もちろん小さなサーバとしても十分に利用できます。そして何より、クラウド・ネイティブと組み合わせた場合、クラスタや分散ファイルシステムの構築など、面白くかつ実用的な使い方が可能です。

Raspberry Pi 4クラスタで分散ファイルシステム構築 前編 OSD構築

Raspberry Pi 4 3台にSSDを取り付けまして。 分散ファイルシステムを構築してみようと思います。各ノードでOSD...

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さて。新しいデバイスで、どのように面白く遊びましょうか。

好きなデバイスを見つけて、まずは遊んで楽しむのがいちばんの使い方かと思います。