O que pode fazer com um módulo de computação 4

O Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4) é uma pequena placa fantástica e meio-irmão do a família Raspberry Pi 4 de que falámos na semana passada.

No ano passado, publicámos um artigo sobre as noções básicas do Compute Module 4 aqui. Mas muita coisa aconteceu no último ano e meio, por isso queríamos falar sobre o Compute Module 4 e tudo o que é possível fazer com ele em 2023.

Afinal de contas, os Compute Modules foram concebidos para pessoas que querem fazer a sua própria placa de circuito impresso personalizada. E a Raspberry Pi também produz placas de IO oficiais para o ajudar a iniciar-se nessa tarefa!

Muitas pessoas descartaram-nos para fabricantes e entusiastas. Dizem coisas como: "Ahhh, os módulos de computação são apenas para a indústria". E essa é uma opinião razoável, claro, porque os fabricantes e entusiastas nem sempre estão a fazer as suas próprias placas de circuito impresso.

Mas neste artigo quero defender que ainda há muito que pode fazer com um Módulo de computação Raspberry Pi 4.

É certo que, antes de começarmos, devo dizer que os projectos do Compute Module 4 não são tipicamente muito amigáveis para principiantes. No entanto, se tiveres a determinação necessária, eles vão servir-te bem em muitos projectos!

História

Em primeiro lugar, vale a pena fazer um breve historial das ofertas de módulos de computação da Raspberry Pi.

O módulo de computação inicial foi apresentado em 2014 pela Raspberry Pi Ltd.

Como mencionei acima, a ideia por detrás do Compute Module era criar algo um pouco mais personalizável e um pouco mais resistente. Desta forma, as pessoas e as empresas podem criar os PCBs que quiserem e ainda obter o poder de computação do Raspberry Pi.

Assim, pode utilizar o hardware e o software do Raspberry Pi no seu próprio sistema e forma.

Além disso, os Compute Modules têm interfaces de entrada-saída adicionais e podem ser fornecidos com memória flash especial.

Depois do Compute Module 1 veio o Compute Module 3 e o Compute Module 3 Lite. Seguiram-se o Compute Module 3+ e o Compute Module 3+ Lite.

O 3+ correspondia à atualização do Raspberry Pi 3 B para o Raspberry Pi 3 B+. que girava principalmente em torno do aumento do clock da CPU de 1200 MHz para 1400 MHz e da melhoria das capacidades de rede.

E as versões Lite são módulos que vêm sem a memória flash eMMC.

E depois, em 19 de outubro de 2020, foi lançado o Raspberry Pi Compute Module 4.

Especificações do CM4

Tal como o Raspberry Pi 4, o Compute Module 4 é super potente, superando o Compute Module 3+ em praticamente todas as métricas.

E, tal como o Raspberry Pi 4, utiliza o chip Broadcom BCM2711, com um sistema quad-core ARM Cortex-A72 (ARM v8) de 64 bits num chip (SoC) a 1,5 GHz.

Também partilha as variações da SDRAM LPDDR4-3200 com ECC, o que significa que pode obter um com 1 GB, 2 GB, 4 GB ou mesmo 8 GB de RAM.

O Compute Module 4 também pode levar um Cypress CYW43455 para WiFi e Bluetooth. Por isso, se estiver interessado em WiFi de 2,4 GHz ou 5,0 GHz e Bluetooth 5.0 ou BLE, então esta é a opção para si.

É alimentado por uma única fonte de +5V e pode alimentar dispositivos periféricos com 600mA a +3,3V e +1,8V.

Na parte de trás do CM4, você pode ver que há dois conectores de 100 pinos de placa a placa. Estas são as ligações primárias para ligar o CM4 à placa de circuito impresso da sua escolha.

E, uma última coisa a notar é que o Compute Module 4 será produzido até, pelo menos, janeiro de 2031. Como o Raspberry Pi 4 só tem produção garantida até janeiro de 2026, a diferença de fiabilidade é particularmente evidente.

Módulo de computação vs. Raspberry Pi

Qual é a diferença entre um Raspberry Pi 4 e um Compute Module 4?

Um Compute Module não é apenas um Raspberry Pi sem as portas?

Bem, sim e não. Há três coisas fundamentais que um CM4 pode oferecer-lhe:

• Memória flash eMMC
• uma interface PCIe
• uma ligação de antena externa

Vale a pena aprofundar brevemente estes três aspectos.

eMMC significa embedded MultiMediaCard (cartão multimédia incorporado). É um tipo de armazenamento flash não volátil normalmente utilizado em pequenos dispositivos como smartphones, tablets e computadores de placa única como o Compute Module 4.

O CM4 tem um chip de armazenamento eMMC incorporado que pode variar em termos de capacidade. Como mencionei acima, o Compute Module Lites não vem com nenhum armazenamento eMMC. Mas o que é importante é que o eMMC é muito mais rápido e fiável do que os cartões micro SD que são necessários para um Raspberry Pi típico.

PCIe significa Peripheral Component Interconnect Express. Trata-se de uma interface de alta velocidade para ligar componentes de hardware dentro de um computador. O Compute Module 4 suporta PCIe através dos seus pinos GPIO (General-Purpose Input/Output).

Isto significa que pode ligar dispositivos PCIe externos à CM4, como SSDs (Solid State Drives), placas gráficas ou outras placas de expansão. É possível obter taxas de transferência de dados incrivelmente altas com o PCIe.

Repositório GitHub de PCIe de Jeff Geerling

Passemos agora à antena externa, que pode ser ligada ao CM4 para melhorar as capacidades de comunicação sem fios.

Naturalmente, algumas variantes do Compute Module 4 vêm com funcionalidades Wi-Fi e Bluetooth integradas.

No entanto, para melhorar a conetividade sem fios e o alcance, pode ligar uma antena externa aos conectores de antena do CM4.

Para além destas três grandes distinções, existem também duas características notáveis que distinguem o Compute Module de um Raspberry Pi 4 normal.

É também mais resistente à temperatura. A temperatura de funcionamento do Raspberry Pi 4 situa-se entre 0°C e 50°C. A temperatura de funcionamento do Compute Module 4 situa-se entre -25°C e 80°C . É obviamente uma grande diferença.

No entanto, se quiser testar o CM4 a temperaturas de fusão, suponho que pode consultar o Dissipador de calor Waveshare CM4.

Talvez também tenha reparado no nosso artigo "Tudo o que precisa de saber sobre o Raspberry Pi 4" que o Raspberry Pi 4 foi atualizado de uma velocidade de relógio predefinida de 1,5 GHz para 1,8 GHz em 9 de novembro de 2021.

No entanto, esta atualização não se aplicava ao CM4. Como Eben esclarecido nos comentários do post:

Devo mencionar uma coisa que falta ao CM4 em comparação com o Raspberry Pi 4, que é o USB 3.0. Embora o Raspberry Pi 4 tenha duas portas USB 3.0, o CM4 não tem nenhuma. Portanto, isso é certamente uma desvantagem.

CM4 Variações

Uma coisa que se destaca no Compute Module 4 é o facto de poder obter 32 variações diferentes da placa.

Dependendo das suas necessidades, pode decidir se quer ou não WiFi, quanta RAM quer e quanto armazenamento eMMC quer.

Pretende uma ligação sem fios? Sim ou não?

Qual a quantidade de RAM pretendida? 1GB, 2GB, 4GB, ou 8GB?

Pretende o eMMC? Em caso afirmativo, pretende 8 GB, 16 GB, 32 GB?

Mais uma vez, é isso que é tão bom no CM4, pode realmente personalizá-lo de acordo com as suas especificações exactas.

Módulo de computação Lite

Nesta altura, poderá estar curioso acerca do Compute Module Lite. Se não tiver um Compute Module 4 com eMMC, então o que é que ele utiliza como memória?

Bem, no caso do Compute Module 4 Lite, vai ter de recorrer a um cartão micro SD. É por isso que a placa de E/S oficial do Compute Module 4 tem uma ranhura para cartão micro SD.

E se quiser ligar o CM4 a outra placa, vai precisar de se certificar de que também consegue colocar um cartão micro SD.

A placa CM4IO

Agora que já esclarecemos esta questão, vamos falar sobre a placa de E/S oficial - a placa CM4IO.

A placa CM4IO é uma placa breakout de código aberto que lhe permite jogar com todas as características e funções do Compute Module.

Assim, a ideia aqui é que pode ligar o seu CM4 à placa e depois testar tudo o que o Compute Module pode fazer antes de conceber a sua própria placa de circuito impresso.

Vou falar das especificações da placa CM4IO, porque são muitas.

Em primeiro lugar, obtém uma tomada de alimentação externa (+12V, +5V), juntamente com duas portas HDMI de tamanho normal, duas portas USB 2.0 e Gigabit Ethernet RJ45 com suporte de Power over Ethernet (PoE).

Também tem uma porta Micro USB, um conetor de ventoinha padrão, uma ranhura para cartão Micro SD (no caso de ter optado pelo CM4 Lite) e uma tomada PCIe (Geração 2).

Além disso, a placa CM4IO tem dois conectores de ecrã MIPI DSI e dois conectores de câmara MIPI CSI. Está também perfeitamente configurada para o Raspberry Pi HAT padrão e possui um relógio em tempo real com uma tomada de bateria.

Devo mencionar aqui que é uma placa bastante grande, 160mm x 90mm, mas isso é apenas porque tem tudo o que se pode desejar para uma placa de entrada-saída.

A Raspberry Pi Ltd. também teve a amabilidade de tornar a placa open-source, como referi acima. Por isso, pode descarregar os ficheiros de origem e editá-los de modo a corresponderem às especificações pretendidas (e também potencialmente tornar a placa mais pequena!)

Projectos

Agora vem a pergunta de um milhão de dólares: O que é que tu fazer com o Compute Module 4?

Obviamente, se tiver um projeto que possa beneficiar de armazenamento eMMC, de uma interface PCIe ou de uma antena WiFi, então poderá fazer sentido utilizar um Compute Module 4 em vez de um Raspberry Pi 4, por exemplo.

Mas quero mostrar-vos nove projectos verdadeiramente fantásticos que outros já realizaram especificamente com o Compute Module 4.

Alguns destes projectos são de código aberto e, infelizmente, outros não.

Mas todas elas vão certamente despertar a sua curiosidade e inspirá-lo a começar a construir!

Projeto #1: Uma impressora 3D para módulos de computação

O primeiro projeto é uma impressora 3D que utiliza o Compute Module 4 como controlador central. Assim, o CM4 é ligado a uma placa de circuito impresso que controla todas as funções da impressora.

Pode ver um exemplo disto com Sigmoide S7P de Pascal Wistinghausen. Um projeto semelhante está disponível em elemento14.

Uma das desvantagens destes produtos é que nenhum deles é de código aberto, pelo que terá de ser criativo e conceber a sua própria placa de circuito impresso. Mas, pelo menos, pode recorrer a estes para se inspirar!

Projeto #2: Módulo de computação NAS

O Network Attached Storage, ou NAS, é um caso de utilização muito comum para o CM4, principalmente devido ao PCIe 2.0 de via única de que falei acima.

Mais uma vez, o PCIe torna a transferência de dados super rápida e fácil, pelo que pode transformar o seu Módulo de Computação na sua própria Nuvem pessoal.

Ao contrário dos exemplos de impressoras 3D, este projeto está disponível gratuitamente em este repositório CM4 NAS no GitHub. E o repositório inclui os ficheiros das placas de circuito impresso. Assim, basta descarregá-los para obter os seus de um fabricante de placas de circuito impresso.

Projeto #3: Um módulo de computação para TV Stick

Utiliza o seu Raspberry Pi como centro multimédia ou para jogar jogos RetroPie?

Depois, deve transformar o seu Compute Module 4 num TV Stick. Pode obter a mesma potência que obtém com o seu Raspberry Pi e ligá-lo diretamente ao seu monitor ou TV.

Deite fora o cabo HDMI, porque a placa ligá-lo-á por si. Pode encontrar um exemplo aqui.

Infelizmente, este também não é de código aberto. Mas este projeto vai certamente fazer com que o seu cérebro se entusiasme.

Projeto #4: Uma Câmara Estereoscópica de Módulo Computadorizado

No entanto, quando se trata de projectos de código aberto, este é realmente fantástico.

Utilizando o Compute Module 4, pode criar fotografias 3D, gravar vídeos estereoscópicos ou mesmo criar robôs com sistemas operativos de robôs a bordo. Tudo isto é feito pelo StereoPi juntamente com o StereoPi v2 PoE Shield.

E o StereoPi não está muito longe de um outro estéreo-microscópio de código aberto chamado Ninja estéreo. É por isso que é tão valioso ter acesso à câmara MIPI CSI com o CM4.

É possível utilizá-lo com câmaras estereoscópicas.

Projeto #5: Uma atualização de hardware do módulo de computação

Uma das minhas empresas favoritas é a MNT pelo seu empenhamento no hardware de código aberto. Por exemplo, criam computadores portáteis que são inteiramente de código aberto e estão disponíveis gratuitamente para serem modulados e personalizados.

Para tal, partilham constantemente as formas como as pessoas estão a transformar os seus produtos. E um dispositivo a que alguns recorreram foi o Compute Module 4. O que o CM4 pode oferecer é uma forma barata e fácil de actualize o seu hardware.

E, como é óbvio, não precisa de um dispositivo MNT para utilizar o CM4.

Mas use isto como inspiração para atualizar o hardware do seu dispositivo!

Projeto #6: Um servidor local IoT de módulo de computação

Uma coisa que se pode fazer com um Compute Module 4 é utilizá-lo num servidor de domótica. E aqui não há provavelmente nada mais conhecido que Assistente Doméstico Amarelo. Este projeto muito interessante começou como uma placa de circuito impresso personalizada financiada pelo público.

Eles oferecem um servidor de automação doméstica de código aberto que funciona no CM4. Por isso, pode consultá-lo e utilizá-lo como ponto de partida.

Projeto #7: Um módulo de computação Cyberdeck

Se é um leitor ávido deste blogue, então sabe que nós, na pi3g, temos uma verdadeira paixão por decks cibernéticos, e é por isso que publicámos tantos artigos sobre decks cibernéticos fantásticos:

• Cyberdeck para radioamadores
• Teclado mecânico Cyberdeck
• Terminal Cyberdeck
• Cyber-Tape-Deck
• Mini Cyberdeck

Para os não iniciados, devo esclarecer que os cyberdecks são normalmente computadores portáteis concebidos para serem úteis e esteticamente agradáveis. São uma espécie de computadores portáteis cyberpunk.

E enquanto algumas pessoas optam por Raspberry Pis normais para os seus projectos de ciberdecks, outras mostraram que é possível criar um cyberdeck muito fixe com um Compute Module 4.

Projeto #8: Um cluster de módulos de computação

Esta é, de facto, uma das utilizações mais populares dos Módulos de computação.

Se pretende executar vários Raspberry Pis de finalidade única em simultâneo, então pode considerar a construção de um Cluster de Módulos de Computação. Um cluster é um número de Raspberry Pis ligados uns aos outros.

Os clusters podem ser utilizados por vários motivos: computação distribuída, servidores Web, um Docker Swarm, um gateway para IoT ou pode utilizar um cluster do Compute Module como um servidor NAS. Também pode utilizá-lo para aprendizagem automática ou testes de aplicações. De facto, as opções são ilimitadas.

O exemplo mais famoso de um cluster de Compute Module é certamente o Turing Pipara que possa consultá-lo se quiser mais pormenores.

Projeto #9: Um computador modular de módulo de computação

O meu projeto favorito de sempre com o Compute Module 4 é Pockit - um computador modular de mão. Centra-se em torno de uma placa à qual se podem adicionar módulos magnéticos.

É possível deslocar estes módulos para criar uma consola de jogos portátil, uma placa LED ou até um NAS multi-SSD. Ainda é um trabalho em curso, mas pode ver um vídeo de demonstração aqui:

Estes são apenas nove de dezenas e dezenas de projectos que pode criar com o Raspberry Pi Compute Module 4. Agora que se sente inspirado, pode começar a trabalhar no seu próximo projeto CM4!

Onde posso obter um?

Se ainda não tem um, consulte a nossa empresa-irmã, buyzero.de.

Aí pode encontrar módulos de computação e Raspberry Pis de todas as variedades em stock.

Além disso, somos um revendedor aprovado de Raspberry Pis. Assim, está a receber uma garantia total da sua autenticidade e qualidade.

Conclusão

O que eu queria dizer com este artigo é que há coisas que se podem fazer com o Raspberry Pi Compute Module 4.

Não se trata apenas de algo para a indústria, mas também de algo com que os fabricantes e entusiastas podem brincar.

Esta pequena placa é super útil e super poderosa. Tem a força de uma Raspberry Pi 4, mas é muito mais durável e muito mais fiável.

No final, o Compute Module 4 é um excelente dispositivo para o seu próximo projeto!