Was Sie mit einem Compute Module 4 tun können

Das Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4) ist ein fantastisches kleines Board und ein Halbgeschwisterchen des die Raspberry Pi 4-Familie, über die wir letzte Woche gesprochen haben.

Und letztes Jahr haben wir einen Artikel über die Grundlagen des Compute Module 4 hier. Aber in den letzten anderthalb Jahren hat sich so viel getan, dass wir über das Compute Module 4 und alles, was Sie damit im Jahr 2023 tun können, sprechen wollen.

Schließlich sind die Compute Modules für Leute gedacht, die ihre eigene, maßgeschneiderte Leiterplatte herstellen wollen. Und Raspberry Pi stellt auch offizielle IO-Platinen her, die Ihnen den Einstieg in dieses Unterfangen erleichtern!

Viele Leute haben sie für Hersteller und Enthusiasten abgeschrieben. Sie sagen Dinge wie: "Ahhh, Compute Modules sind nur für die Industrie". Und das ist natürlich ein vernünftiger Standpunkt, denn Hersteller und Enthusiasten stellen nicht immer ihre eigenen Leiterplatten her.

Aber in diesem Artikel möchte ich darauf hinweisen, dass es immer noch eine Menge gibt, was SIE mit einer Raspberry Pi-Rechenmodul 4.

Zugegeben, bevor wir anfangen, sollte ich sagen, dass Compute Module 4-Projekte in der Regel nicht sehr anfängerfreundlich sind. Wenn Sie jedoch die nötige Entschlossenheit mitbringen, werden sie Ihnen bei einer Vielzahl von Projekten gute Dienste leisten!

Geschichte

Zunächst lohnt es sich, einen kurzen Überblick über die Geschichte des Compute Module-Angebots von Raspberry Pi zu geben.

Das ursprüngliche Compute-Modul wurde 2014 von Raspberry Pi Ltd. vorgestellt.

Wie ich bereits erwähnt habe, war die Idee hinter dem Compute Module, etwas zu schaffen, das ein wenig anpassbarer und widerstandsfähiger ist. Auf diese Weise können Menschen und Unternehmen die Platinen erstellen, die sie wollen, und trotzdem die Rechenleistung des Raspberry Pi nutzen.

So können Sie die Hardware und Software des Raspberry Pi in Ihrem eigenen System und in Ihrer eigenen Form verwenden.

Darüber hinaus verfügen Compute Modules über zusätzliche Eingabe-/Ausgabeschnittstellen und können mit einem speziellen Flash-Speicher ausgestattet sein.

Nach dem Compute Module 1 kamen das Compute Module 3 und das Compute Module 3 Lite. Es folgten das Compute Module 3+ und das Compute Module 3+ Lite.

Der 3+ entsprach dem Update des Raspberry Pi 3 B auf den Raspberry Pi 3 B+, bei dem es vor allem um die Erhöhung des CPU-Takts von 1200 MHz auf 1400 MHz und die Verbesserung der Netzwerkfähigkeiten ging.

Bei den Lite-Versionen handelt es sich um Module, die ohne eMMC-Flash-Speicher geliefert werden.

Und dann, am 19. Oktober 2020, wurde das Raspberry Pi Compute Module 4 veröffentlicht.

Die CM4-Spezifikationen

Ähnlich wie der Raspberry Pi 4 ist auch das Compute Module 4 sehr leistungsfähig und übertrifft das Compute Module 3+ in praktisch allen Bereichen.

Und genau wie der Raspberry Pi 4 verwendet er den Broadcom BCM2711 Chip, der ein Quad-Core ARM Cortex-A72 (ARM v8) 64-Bit System on a Chip (SoC) mit 1,5 GHz bietet.

Außerdem gibt es die gleichen Variationen von LPDDR4-3200 SDRAM mit ECC, was bedeutet, dass Sie ein Modell mit 1 GB, 2 GB, 4 GB oder sogar 8 GB RAM erhalten können.

Das Compute Module 4 kann auch einen Cypress CYW43455 für WiFi und Bluetooth tragen. Wenn Sie also an 2,4-GHz- oder 5,0-GHz-WiFi und Bluetooth 5.0 oder BLE interessiert sind, dann ist dies die richtige Option für Sie.

Er benötigt eine einzige +5V-Versorgung und kann dann Peripheriegeräte mit 600mA bei +3,3V und +1,8V versorgen.

Auf der Rückseite des CM4 befinden sich zwei 100-polige Board-to-Board-Anschlüsse. Dies sind die primären Anschlüsse, um den CM4 an die Leiterplatte Ihrer Wahl anzuschließen.

Und schließlich sei noch erwähnt, dass das Compute Module 4 bis mindestens Januar 2031 produziert wird. Da die Produktion des Raspberry Pi 4 nur bis Januar 2026 garantiert ist, ist der Unterschied in der Zuverlässigkeit besonders offensichtlich.

Compute Module vs. Raspberry Pi

Was ist der Unterschied zwischen einem Raspberry Pi 4 und einem Compute Module 4?

Ist ein Compute Module nicht einfach ein Raspberry Pi ohne die Anschlüsse?

Nun, ja und nein. Es gibt drei wesentliche Dinge, die ein CM4 Ihnen bieten kann:

• eMMC-Flash-Speicher
• eine PCIe-Schnittstelle
• einen Anschluss für eine externe Antenne

Es lohnt sich, kurz auf alle drei Punkte einzugehen.

eMMC steht für Embedded MultiMediaCard. Es handelt sich um eine Art von nichtflüchtigem Flash-Speicher, der häufig in kleinen Geräten wie Smartphones, Tablets und Einplatinencomputern wie dem Compute Module 4 verwendet wird.

Das CM4 hat einen eingebauten eMMC-Speicherchip, der in der Kapazität variieren kann. Wie bereits erwähnt, werden die Compute Module Lites nicht mit eMMC-Speicher geliefert. Wichtig ist jedoch, dass eMMC viel schneller und zuverlässiger ist als die Micro-SD-Karten, die Sie für einen typischen Raspberry Pi benötigen.

PCIe steht für Peripheral Component Interconnect Express. Es handelt sich um eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle zur Verbindung von Hardwarekomponenten in einem Computer. Das Compute Module 4 unterstützt PCIe über seine GPIO-Pins (General-Purpose Input/Output).

Das bedeutet, dass Sie externe PCIe-Geräte wie SSDs (Solid State Drives), Grafikkarten oder andere Erweiterungskarten an den CM4 anschließen können. Mit PCIe können Sie wirklich unglaublich hohe Datenübertragungsraten erzielen.

Jeff Geerling's PCIe GitHub Repository

Nun zur externen Antenne, die an den CM4 angeschlossen werden kann, um die drahtlosen Kommunikationsmöglichkeiten zu verbessern.

Natürlich sind einige Varianten des Compute Module 4 mit integrierter Wi-Fi- und Bluetooth-Funktionalität ausgestattet.

Sie können jedoch eine externe Antenne an die Antennenanschlüsse des CM4 anschließen, um die drahtlose Konnektivität und Reichweite zu erhöhen.

Abgesehen von diesen drei großen Unterschieden gibt es auch zwei bemerkenswerte Merkmale, die das Compute Module von einem normalen Raspberry Pi 4 unterscheiden.

Außerdem ist er temperaturbeständiger. Die Betriebstemperatur des Raspberry Pi 4 liegt zwischen 0°C und 50°C. Die Betriebstemperatur des Compute Module 4 liegt zwischen -25°C und 80°C. Das ist natürlich ein großer Unterschied.

Wenn Sie den CM4 allerdings bei Schmelztemperaturen testen wollen, können Sie sich die Waveshare CM4 Kühlkörper.

Vielleicht haben Sie es auch schon in unserem Artikel "Alles, was Sie über den Raspberry Pi 4 wissen müssen", dass der Raspberry Pi 4 am 9. November 2021 von einer Standardtaktfrequenz von 1,5 GHz auf 1,8 GHz aufgerüstet wurde.

Dieses Upgrade galt jedoch nicht für den CM4. Wie Eben in den Kommentaren zu dem Beitrag klargestellt:

Ich sollte eine Sache erwähnen, die dem CM4 im Vergleich zum Raspberry Pi 4 fehlt, und das ist USB 3.0. Obwohl der Raspberry Pi 4 zwei USB-3.0-Anschlüsse hat, gibt es beim CM4 keine. Das ist also sicherlich ein Nachteil.

CM4-Variationen

Eine Besonderheit des Compute Module 4 ist, dass Sie 32 verschiedene Varianten des Boards erhalten können.

Je nach Bedarf können Sie entscheiden, ob Sie WiFi wünschen oder nicht, wie viel RAM Sie wünschen und wie viel eMMC-Speicher Sie wünschen.

Möchten Sie eine drahtlose Verbindung? Ja oder nein?

Wie viel RAM benötigen Sie? 1GB, 2GB, 4GB, oder 8GB?

Möchten Sie eMMC? Wenn ja, wollen Sie 8GB, 16GB, 32GB?

Auch das ist das Tolle am CM4: Sie können ihn genau an Ihre Bedürfnisse anpassen.

Compute Module Lite

An dieser Stelle sind Sie vielleicht neugierig auf das Compute Module Lite. Wenn Sie kein Compute Module 4 mit eMMC erhalten, was verwendet es dann als Speicher?

Nun, im Falle des Compute Module 4 Lite müssen Sie sich auf eine Micro-SD-Karte verlassen. Aus diesem Grund verfügt das offizielle I/O-Board für das Compute Module 4 über einen Micro-SD-Kartensteckplatz.

Und wenn Sie den CM4 an ein anderes Board anschließen wollen, müssen Sie sicherstellen, dass Sie auch dort eine Micro-SD-Karte einstecken können.

Die CM4IO-Karte

Nachdem wir das nun geklärt haben, lassen Sie uns über das offizielle I/O-Board sprechen - die CM4IO-Platine.

Das CM4IO-Board ist ein Open-Source-Breakout-Board, das es Ihnen ermöglicht, mit allen Funktionen des Compute Modules zu spielen.

Die Idee dahinter ist, dass Sie Ihren CM4 auf der Platine befestigen und dann alles testen können, was das Compute Module kann, bevor Sie Ihre eigene Platine entwerfen.

Lassen Sie mich die Spezifikationen des CM4IO-Boards erläutern, denn das ist eine ganze Menge.

Zunächst einmal gibt es einen externen Stromanschluss (+12V, +5V), zwei HDMI-Anschlüsse in voller Größe, zwei USB 2.0-Anschlüsse und Gigabit Ethernet RJ45 mit Power over Ethernet (PoE) Unterstützung.

Außerdem gibt es einen Micro-USB-Anschluss, einen Standard-Lüfteranschluss, einen Micro-SD-Kartenslot (falls Sie sich für das CM4 Lite entschieden haben) und einen PCIe-Sockel (Generation 2).

Zusätzlich verfügt das CM4IO Board über zwei MIPI DSI Display-Anschlüsse und zwei MIPI CSI Kamera-Anschlüsse. Es ist auch perfekt für Standard Raspberry Pi HAT eingerichtet und hat eine Echtzeituhr mit einem Batteriesockel.

Ich sollte an dieser Stelle erwähnen, dass es sich um eine ziemlich große Platine handelt, 160mm x 90mm, aber das liegt nur daran, dass sie alles hat, was man sich für eine Eingabe-Ausgabe-Platine nur wünschen kann.

Raspberry Pi Ltd. war so gnädig, das Board als Open Source zur Verfügung zu stellen, wie ich bereits erwähnt habe. Sie können also die Quelldateien herunterladen und bearbeiten Sie sie so, dass sie den gewünschten Spezifikationen entsprechen (und das Brett möglicherweise auch kleiner wird!)

Projekte

Nun stellt sich die Millionen-Dollar-Frage: Was kann Sie mit dem Compute Module 4 machen?

Wenn Sie ein Projekt haben, das von eMMC-Speicher, einer PCIe-Schnittstelle oder einer WiFi-Antenne profitieren könnte, dann kann es natürlich sinnvoll sein, ein Compute Module 4 statt eines Raspberry Pi 4 zu verwenden.

Aber ich möchte Ihnen neun wirklich fantastische Projekte zeigen, die andere bereits speziell mit dem Compute Module 4 durchgeführt haben.

Einige dieser Projekte sind Open-Source-Projekte, einige leider nicht.

Aber alle werden Sie garantiert neugierig machen und Sie zum Bauen inspirieren!

Projekt #1: Ein Compute Module 3D-Drucker

Das erste Projekt ist ein 3D-Drucker, der das Compute Module 4 als zentrale Steuerung verwendet. Das CM4 ist also mit einer Leiterplatte verbunden, die dann alle Funktionen des Druckers steuert.

Ein Beispiel hierfür finden Sie unter Pascal Wistinghausens Sigmoid S7P. Ein ähnliches Projekt ist verfügbar unter Element14.

Ein Nachteil ist, dass sie beide nicht quelloffen sind. Sie müssen also kreativ werden und Ihre eigene Leiterplatte entwerfen. Aber Sie können sich zumindest von diesen Modellen inspirieren lassen!

Projekt #2: Rechenmodul NAS

Network Attached Storage (NAS) ist ein sehr häufiger Anwendungsfall für die CM4, vor allem wegen des oben erwähnten Single-Lane-PCIe 2.0.

Auch hier ermöglicht die PCIe-Schnittstelle eine schnelle und einfache Datenübertragung, so dass Sie Ihr Compute Module in Ihre eigene persönliche Cloud verwandeln können.

Im Gegensatz zu den 3D-Drucker-Beispielen ist dieses Projekt frei verfügbar in dieses CM4-NAS-Repository auf GitHub. Und das Repository enthält die Leiterplattendateien. Sie müssen sie also nur herunterladen, um sie von einem Leiterplattenhersteller zu erhalten.

Projekt #3: Ein Compute Module TV Stick

Verwenden Sie Ihren Raspberry Pi als Media Center oder um RetroPie-Spiele zu spielen?

Dann sollten Sie Ihr Compute Module 4 in einen TV-Stick verwandeln. Sie können die gleiche Leistung wie bei Ihrem Raspberry Pi erhalten und ihn direkt an Ihren Monitor oder Fernseher anschließen.

Werfen Sie das HDMI-Kabel weg, denn das Board schließt es für Sie an. Sie können ein Beispiel finden hier.

Leider ist auch dieses Projekt nicht Open-Source. Aber dieses Projekt wird Ihre Gehirnsäfte in Schwung bringen.

Projekt #4: Ein Rechenmodul Stereoskopische Kamera

Wenn es um Open-Source-Projekte geht, ist dies jedoch ein wirklich fantastisches Projekt.

Mit dem Compute Module 4 können Sie 3D-Fotos erstellen, stereoskopische Videos aufnehmen oder sogar Roboter mit eingebautem Roboterbetriebssystem bauen. All dies wird durch das StereoPi zusammen mit dem StereoPi v2 PoE Shield.

Und der StereoPi ist gar nicht so weit entfernt von einem anderen Open-Source-Stereo-Mikroskop namens Stereo-Ninja. Das ist es, was den MIPI CSI-Kamerazugang mit dem CM4 so wertvoll macht.

Mit stereoskopischen Kameras kann man das wirklich nutzen.

Projekt #5: Ein Hardware-Upgrade für Rechenmodule

Eines meiner Lieblingsunternehmen ist MNT wegen seines Engagements für Open-Source-Hardware. Sie stellen zum Beispiel Laptops her, die vollständig quelloffen sind und frei modifiziert und angepasst werden können.

Zu diesem Zweck teilen sie ständig mit, wie die Menschen ihre Produkte umgestalten. Ein Gerät, das von einigen genutzt wird, ist das Compute Module 4. Das CM4 bietet Ihnen eine preiswerte und einfache Möglichkeit, um Ihre Hardware aufrüsten.

Und natürlich brauchen Sie kein MNT-Gerät, um den CM4 zu nutzen.

Aber nutzen Sie dies als Inspiration für die Aufrüstung der Hardware Ihres Geräts!

Projekt #6: Ein Rechenmodul IoT Local Server

Ein Compute Module 4 kann unter anderem in einem Heimautomatisierungsserver eingesetzt werden. Und hier gibt es wahrscheinlich nichts Bekannteres als Haushaltshilfe Gelb. Dieses sehr coole Projekt begann sein Leben als Crowdfunding-finanzierte Leiterplatte.

Sie bieten einen Open-Source-Heimautomatisierungsserver an, der auf dem CM4 läuft. Sie können ihn also als Ausgangspunkt verwenden.

Projekt #7: Ein Rechenmodul-Cyberdeck

Wenn du ein eifriger Leser dieses Blogs bist, dann weißt du, dass wir bei pi3g eine echte Leidenschaft für Cyberdecks haben, weshalb wir so viele Artikel über tolle Cyberdecks veröffentlicht haben:

• Amateurfunk-Cyberdeck
• Mechanische Tastatur Cyberdeck
• Terminal Cyberdeck
• Cyber-Tape-Deck
• Mini-Cyberdeck

Für die Uneingeweihten sollte ich klarstellen, dass Cyberdecks in der Regel tragbare Computer sind, die sowohl nützlich als auch ästhetisch ansprechend sein sollen. Sie sind so etwas wie Cyberpunk-Laptops.

Und während einige Leute für ihre Cyberdeck-Projekte auf Standard-Raspberry Pis zurückgreifen, haben einige gezeigt, dass Sie können ein sehr cooles Cyberdeck mit einem Compute Module 4 erstellen.

Projekt #8: Ein Compute Module Cluster

Dies ist tatsächlich eine der beliebtesten Verwendungen von Compute Modules.

Wenn Sie mehrere Einzweck-Raspberry Pis gleichzeitig betreiben möchten, können Sie den Aufbau eines Compute Module Cluster in Betracht ziehen. Ein Cluster ist eine Reihe von Raspberry Pis, die miteinander verbunden sind.

Cluster können für eine Reihe von Zwecken verwendet werden - verteiltes Computing, Webserver, ein Docker Swarm, ein Gateway für das Internet der Dinge oder ein Compute Module-Cluster als NAS-Server. Sie könnten ihn auch für maschinelles Lernen oder Anwendungstests verwenden. Die Möglichkeiten sind wirklich grenzenlos.

Das berühmteste Beispiel für einen Compute Module Cluster ist sicherlich der Turing-PiDas können Sie nachlesen, wenn Sie mehr wissen wollen.

Projekt #9: Ein modularer Computer mit Rechenmodul

Mein absolutes Lieblingsprojekt mit dem Compute Module 4 ist Pockit - ein modularer Handheld-Computer. Im Mittelpunkt steht eine Platine, die Sie mit magnetischen Modulen bestücken können.

Sie können diese Module umherbewegen, um z. B. eine tragbare Spielekonsole, ein LED-Board oder sogar ein Multi-SSD-NAS zu erstellen. Die Entwicklung ist noch nicht abgeschlossen, aber Sie können sich hier ein Demonstrationsvideo ansehen:

Das sind nur neun von Dutzenden von Projekten, die Sie mit dem Raspberry Pi Compute Module 4 erstellen können. Jetzt, wo Sie sich inspiriert fühlen, können Sie loslegen und Ihr nächstes CM4-Projekt in Angriff nehmen!

Wo kann ich eine bekommen?

Wenn Sie noch keine haben, dann schauen Sie sich unsere Schwesterfirma an, buyzero.de.

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Außerdem sind wir ein zugelassener Wiederverkäufer von Raspberry Pis. Sie erhalten also eine volle Garantie für deren Echtheit und Qualität.

Schlussfolgerung

Der wichtigste Punkt, den ich mit diesem Artikel ansprechen wollte, ist, dass es Dinge gibt, die man mit dem Raspberry Pi Compute Module 4 machen kann.

Es ist nicht nur etwas für die Industrie, sondern auch etwas, mit dem Macher und Enthusiasten spielen können.

Dieses kleine Board ist super nützlich und super leistungsstark. Es hat die Stärke eines Raspberry Pi 4, aber es ist viel robuster und zuverlässiger.

Alles in allem ist das Compute Module 4 ein großartiges Gerät für Ihr nächstes Projekt!