Cosa si può fare con un modulo di calcolo 4

Il Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4) è una scheda fantastica e un fratellastro del Raspberry Pi. la famiglia Raspberry Pi 4 di cui abbiamo parlato la scorsa settimana.

E l'anno scorso abbiamo pubblicato un articolo sulle basi del Modulo di calcolo 4. qui. Ma nell'ultimo anno e mezzo sono successe tante cose, quindi abbiamo voluto parlare del Compute Module 4 e di tutto ciò che potrete fare con esso nel 2023.

Dopotutto, i moduli di calcolo sono progettati per coloro che desiderano creare il proprio circuito stampato personalizzato. E Raspberry Pi produce anche schede IO ufficiali per aiutarvi a iniziare questa avventura!

Molte persone li hanno esclusi per i produttori e gli appassionati. Dicono cose del tipo: "Ahhh, i moduli di calcolo sono solo per l'industria". E questa è un'opinione ragionevole, ovviamente, perché i produttori e gli appassionati non sempre realizzano i propri circuiti stampati.

In questo articolo, però, voglio dimostrare che è ancora possibile fare molto con un Modulo di calcolo Raspberry Pi 4.

Prima di iniziare, devo dire che i progetti di Compute Module 4 non sono tipicamente adatti ai principianti. Tuttavia, se avete la determinazione necessaria, vi saranno assolutamente utili in molti progetti!

La storia

Innanzitutto, vale la pena di ripercorrere una rapida storia delle offerte di moduli di calcolo di Raspberry Pi.

Il modulo di calcolo iniziale è stato presentato nel 2014 da Raspberry Pi Ltd.

Come ho già detto, l'idea alla base del Modulo di calcolo era quella di creare qualcosa di più personalizzabile e un po' più resistente. In questo modo le persone e le aziende possono creare i circuiti stampati che desiderano e ottenere comunque la potenza di calcolo del Raspberry Pi.

È quindi possibile utilizzare l'hardware e il software del Raspberry Pi nel proprio sistema e nella propria forma.

Inoltre, i moduli di calcolo dispongono di interfacce di input-output aggiuntive e possono essere dotati di una memoria flash speciale.

Dopo il Compute Module 1 sono arrivati il Compute Module 3 e il Compute Module 3 Lite. Seguirono il Compute Module 3+ e il Compute Module 3+ Lite.

Il 3+ corrispondeva all'aggiornamento del Raspberry Pi 3 B al Raspberry Pi 3 B+. che ruotava principalmente intorno all'aumento del clock della CPU da 1200 MHz a 1400 MHz e al miglioramento delle capacità di rete.

Le versioni Lite sono moduli privi di memoria flash eMMC.

E poi, il 19 ottobre 2020, è stato rilasciato il Raspberry Pi Compute Module 4.

Le specifiche del CM4

Proprio come il Raspberry Pi 4, il Compute Module 4 è super potente e supera il Compute Module 3+ praticamente in ogni parametro.

Proprio come il Raspberry Pi 4, utilizza il chip Broadcom BCM2711, con System on a Chip (SoC) quad-core ARM Cortex-A72 (ARM v8) a 64 bit a 1,5 GHz.

Condivide anche le variazioni di SDRAM LPDDR4-3200 con ECC, il che significa che è possibile ottenere un modello con 1 GB, 2 GB, 4 GB o addirittura 8 GB di RAM.

Il Compute Module 4 può essere dotato anche di un Cypress CYW43455 per WiFi e Bluetooth. Quindi, se siete interessati al WiFi a 2,4 GHz o 5,0 GHz e al Bluetooth 5.0 o BLE, questa è l'opzione che fa per voi.

Riceve un'alimentazione singola a +5V e può fornire ai dispositivi periferici 600mA a +3,3V e +1,8V.

Sul retro del CM4 sono presenti due connettori da scheda a scheda da 100 pin. Questi sono i collegamenti principali per collegare il CM4 al circuito stampato di vostra scelta.

Un'ultima cosa da notare è che il Compute Module 4 sarà prodotto almeno fino a gennaio 2031. Mentre per il Raspberry Pi 4 la produzione è garantita solo fino a gennaio 2026, la differenza di affidabilità è particolarmente evidente.

Modulo di calcolo vs. Raspberry Pi

Qual è la differenza tra un Raspberry Pi 4 e un Compute Module 4?

Un modulo di calcolo non è semplicemente un Raspberry Pi senza porte?

Ebbene, sì e no. Ci sono tre cose fondamentali che un CM4 può offrirvi:

• Memoria flash eMMC
• un'interfaccia PCIe
• un aggancio per l'antenna esterna

Vale la pena di approfondire brevemente tutti e tre questi aspetti.

eMMC è l'acronimo di embedded MultiMediaCard. È un tipo di memoria flash non volatile comunemente usata in dispositivi di piccole dimensioni come smartphone, tablet e computer a scheda singola come il Compute Module 4.

Il CM4 ha un chip di memoria eMMC integrato che può variare in termini di capacità. Come ho già detto, i Compute Module Lite non sono dotati di memoria eMMC. Ma ciò che è importante è che l'eMMC è molto più veloce e affidabile delle schede micro SD necessarie per un tipico Raspberry Pi.

PCIe è l'acronimo di Peripheral Component Interconnect Express. È un'interfaccia ad alta velocità per collegare i componenti hardware all'interno di un computer. Il Compute Module 4 supporta PCIe attraverso i suoi pin GPIO (General-Purpose Input/Output).

Ciò significa che è possibile collegare dispositivi PCIe esterni alla CM4, come SSD (Solid State Drive), schede grafiche o altre schede di espansione. Con il PCIe è possibile ottenere velocità di trasferimento dati incredibilmente elevate.

Repository PCIe GitHub di Jeff Geerling

Passiamo ora all'antenna esterna, che può essere collegata al CM4 per migliorare le capacità di comunicazione wireless.

Naturalmente, alcune varianti del Compute Module 4 sono dotate di funzionalità Wi-Fi e Bluetooth integrate.

Tuttavia, per migliorare la connettività wireless e la portata, è possibile collegare un'antenna esterna ai connettori dell'antenna del CM4.

Oltre a queste tre grandi distinzioni, ci sono anche due caratteristiche notevoli che distinguono il Compute Module da un Raspberry Pi 4 standard.

È anche più resistente alle temperature. La temperatura di esercizio del Raspberry Pi 4 è compresa tra 0°C e 50°C. La temperatura di esercizio del Compute Module 4 è compresa tra -25°C e 80°C. Si tratta ovviamente di una differenza enorme.

Tuttavia, se si desidera testare la CM4 a temperature di fusione, si può consultare il sito web Dissipatore Waveshare CM4.

Avrete anche notato dal nostro articolo "Tutto quello che c'è da sapere sul Raspberry Pi 4" che il Raspberry Pi 4 è stato aggiornato da una velocità di clock predefinita di 1,5GHz a 1,8GHz il 9 novembre 2021.

Tale aggiornamento, tuttavia, non si applicava al CM4. Come Eben chiarito nei commenti al post:

Devo menzionare una cosa che manca alla CM4 rispetto al Raspberry Pi 4: la porta USB 3.0. Sebbene il Raspberry Pi 4 disponga di due porte USB 3.0, la CM4 ne è priva. Questo è certamente uno svantaggio.

Variazioni CM4

Una cosa che spicca del Compute Module 4 è che è possibile ottenere 32 diverse varianti della scheda.

A seconda delle vostre esigenze, potete decidere se volete il WiFi o meno, quanta RAM volete e quanta memoria eMMC volete.

Volete una connessione wireless? Sì o no?

Quanta RAM volete? 1GB, 2GB, 4GB o 8GB?

Volete eMMC? Se sì, volete 8GB, 16GB, 32GB?

Ancora una volta, questo è l'aspetto più bello del CM4: è possibile personalizzarlo in base alle proprie specifiche.

Modulo di calcolo Lite

A questo punto, potreste essere curiosi di conoscere il Compute Module Lite. Se non si ottiene un Compute Module 4 con eMMC, cosa utilizza come memoria?

Nel caso del Compute Module 4 Lite, dovrete affidarvi a una scheda micro SD. Ecco perché la scheda I/O ufficiale del Compute Module 4 è dotata di uno slot per schede micro SD.

Se si desidera collegare la CM4 a un'altra scheda, è necessario assicurarsi di poter inserire una scheda micro SD anche in quella.

La scheda CM4IO

Ora che abbiamo chiarito questo punto, parliamo della scheda I/O ufficiale. la scheda CM4IO.

La scheda CM4IO è una scheda breakout open-source che consente di giocare con tutte le caratteristiche e le funzioni del Compute Module.

L'idea è quindi quella di collegare la CM4 alla scheda e di provare tutto ciò che il modulo di calcolo può fare prima di progettare il proprio circuito stampato.

Permettetemi di illustrare le specifiche della scheda CM4IO, perché sono molte.

Innanzitutto, è presente una presa di alimentazione esterna (+12V, +5V), oltre a due porte HDMI full-size, due porte USB 2.0 e Gigabit Ethernet RJ45 con supporto Power over Ethernet (PoE).

Sono inoltre presenti una porta Micro USB, un connettore per ventola standard, uno slot per schede Micro SD (nel caso in cui abbiate scelto la CM4 Lite) e una presa PCIe (Generazione 2).

Inoltre, la scheda CM4IO dispone di due connettori per display MIPI DSI e due connettori per telecamera MIPI CSI. È inoltre perfettamente predisposta per l'HAT standard di Raspberry Pi e dispone di un orologio in tempo reale con una presa per la batteria.

Devo dire che si tratta di una scheda piuttosto grande, 160 mm x 90 mm, ma solo perché ha tutto ciò che si può desiderare per una scheda di input-output.

Raspberry Pi Ltd. è stata così gentile da rendere la scheda open-source, come ho già detto. Quindi, è possibile scaricare i file sorgente e modificarli per soddisfare le specifiche desiderate (e potenzialmente anche per rimpicciolire la scheda!).

Progetti

Ora arriva la domanda da un milione di dollari: Cosa può voi fare con il Modulo di calcolo 4?

Ovviamente, se avete un progetto che potrebbe beneficiare di uno storage eMMC, di un'interfaccia PCIe o di un'antenna WiFi, allora potrebbe avere senso utilizzare un Compute Module 4 piuttosto che un Raspberry Pi 4, per esempio.

Ma voglio mostrarvi nove progetti davvero fantastici che altri hanno già realizzato in modo specifico con il Compute Module 4.

Alcuni di questi progetti sono open-source e, purtroppo, altri non lo sono.

Ma tutti sono in grado di stimolare la vostra curiosità e di ispirarvi a costruire!

Progetto #1: Una stampante 3D a modulo computazionale

Il primo progetto è una stampante 3D che utilizza il Compute Module 4 come controller centrale. Il CM4 è collegato a un circuito stampato che controlla tutte le funzioni della stampante.

Si può vedere un esempio di questo con Sigmoide S7P di Pascal Wistinghausen. Un progetto simile è disponibile su elemento14.

Uno degli svantaggi è che nessuno dei due è open-source, quindi dovrete essere creativi e progettare il vostro circuito stampato. Ma potete almeno ispirarvi a questi!

Progetto #2: Modulo di calcolo NAS

Il Network Attached Storage, o NAS, è un caso d'uso molto comune per la CM4, soprattutto a causa del PCIe 2.0 a corsia singola di cui ho parlato sopra.

Anche in questo caso, il PCIe consente di trasferire i dati in modo semplice e veloce, trasformando il modulo di calcolo nel proprio cloud personale.

A differenza degli esempi di stampanti 3D, questo progetto è disponibile liberamente in questo repository CM4 NAS su GitHub. E il repository include i file dei circuiti stampati. È quindi sufficiente scaricarli per ottenere il proprio da un produttore di PCB.

Progetto #3: Una chiavetta TV con modulo di calcolo

Utilizzate il vostro Raspberry Pi come media center o per giocare a RetroPie?

Allora dovreste trasformare il vostro Compute Module 4 in una TV Stick. Potete ottenere la stessa potenza del vostro Raspberry Pi e collegarlo direttamente al monitor o alla TV.

Buttate via il cavo HDMI, perché la scheda lo collegherà per voi. È possibile trovare un esempio qui.

Purtroppo anche questo non è open-source. Ma questo progetto è sicuramente in grado di far scorrere la vostra mente.

Progetto #4: Un modulo di calcolo con telecamera stereoscopica

Quando si parla di progetti open-source, però, questo è davvero fantastico.

Utilizzando il Compute Module 4, è possibile creare foto in 3D, registrare video stereoscopici o persino creare robot con sistemi operativi robotici a bordo. Tutto questo è possibile grazie al StereoPi insieme allo StereoPi v2 PoE Shield.

E lo StereoPi non è poi così lontano da un altro stereo-microscopio open-source chiamato Stereo Ninja. Questo è l'aspetto più importante dell'accesso alla telecamera MIPI CSI con la CM4.

È possibile sfruttarlo davvero con le telecamere stereoscopiche.

Progetto #5: aggiornamento hardware del modulo di calcolo

Una delle mie aziende preferite è MNT per il suo impegno nell'hardware open-source. Ad esempio, creano computer portatili che sono interamente open-source e liberamente disponibili per essere modificati e personalizzati.

A tal fine, condividono costantemente i modi in cui le persone trasformano i loro prodotti. Un dispositivo a cui alcuni si sono rivolti è il Compute Module 4. Il CM4 offre un modo economico e semplice di aggiornare l'hardware.

E, naturalmente, non è necessario un dispositivo MNT per utilizzare il CM4.

Ma usatelo come ispirazione per aggiornare l'hardware del vostro dispositivo!

Progetto #6: un modulo di calcolo IoT Server locale

Una cosa che si può fare con un Compute Module 4 è utilizzarlo in un server di automazione domestica. E qui probabilmente non c'è nulla di più noto che Assistente domiciliare Giallo. Questo progetto molto interessante è nato come circuito stampato personalizzato finanziato dalla folla.

Offrono un server di automazione domestica open-source che funziona su CM4. È quindi possibile controllare e utilizzare questo server come punto di partenza.

Progetto #7: Un modulo di calcolo Cyberdeck

Se siete lettori assidui di questo blog, sapete che noi di pi3g abbiamo una vera e propria passione per i cyberdeck, motivo per cui abbiamo pubblicato così tanti articoli su fantastici cyberdeck:

• Cyberdeck per radioamatori
• Tastiera meccanica Cyberdeck
• Terminale Cyberdeck
• Cyber-Tape-Deck
• Mini Cyberdeck

Per chi non lo sapesse, devo precisare che i cyberdeck sono in genere computer portatili progettati per essere sia utili che esteticamente gradevoli. Sono una sorta di laptop cyberpunk.

E mentre alcuni si orientano verso i Raspberry Pis standard per i loro progetti di cyberdeck, alcuni hanno mostrato che è possibile creare un cyberdeck molto bello con un Modulo di calcolo 4.

Progetto #8: un cluster di moduli di calcolo

Questo è in realtà uno degli usi più diffusi dei moduli di calcolo.

Se volete far funzionare contemporaneamente più Raspberry Pis a scopo singolo, potete prendere in considerazione la costruzione di un cluster di moduli di calcolo. Un cluster è costituito da un certo numero di Raspberry Pis collegati tra loro.

I cluster possono essere utilizzati per diversi motivi: calcolo distribuito, server web, Docker Swarm, gateway per l'IoT, oppure si può utilizzare un cluster Compute Module come server NAS. Potreste anche usarlo per l'apprendimento automatico o il test delle applicazioni. Le opzioni sono davvero infinite.

L'esempio più famoso di un cluster di moduli di calcolo è sicuramente il cluster Turing PiSe volete maggiori dettagli, potete consultarlo.

Progetto #9: un computer modulare a modulo computazionale

Il mio progetto preferito di sempre con il Compute Module 4 è Pockit - un computer modulare portatile. È incentrato su una scheda alla quale è possibile aggiungere moduli magnetici.

È possibile spostare questi moduli per creare una console di gioco portatile, una scheda LED o persino un NAS multi-SSD. Si tratta ancora di un progetto in corso d'opera, ma è possibile vedere un video dimostrativo qui:

Questi sono solo nove delle decine e decine di progetti che potreste creare con il modulo di calcolo 4 di Raspberry Pi. Ora che vi sentite ispirati, potete iniziare a lavorare al vostro prossimo progetto CM4!

Dove posso trovarne uno?

Se non ne avete già uno, date un'occhiata alla nostra consociata, buyzero.de.

Qui si possono trovare moduli di calcolo e Raspberry Pis di ogni tipo in stock.

Inoltre, siamo un rivenditore autorizzato di Raspberry Pis. Per questo motivo, abbiamo una garanzia totale sulla loro autenticità e qualità.

Conclusione

Il punto principale che volevo sottolineare in questo articolo è che ci sono cose che si possono fare con il modulo di calcolo 4 di Raspberry Pi.

Non si tratta solo di un prodotto per l'industria, ma anche di qualcosa con cui i costruttori e gli appassionati possono giocare.

Questa piccola scheda è super utile e super potente. Ha la forza di un Raspberry Pi 4, ma è molto più resistente e affidabile.

In definitiva, il Compute Module 4 è un ottimo dispositivo per il vostro prossimo progetto!