Seit seiner Einführung hat der Raspberry Pi die Welt der Mini-Computer und der Maker-Szene maßgeblich geprägt. Jede neue Generation wird mit Spannung erwartet, doch der Raspberry Pi 5 stellt mehr als nur eine inkrementelle Verbesserung dar. Er markiert einen signifikanten technologischen Sprung, der vor allem durch zwei bahnbrechende Innovationen ermöglicht wird: das (im weitesten Sinne) „Chiplet-Design” in Form eines externen I/O-Controllers und der gänzlich neue, von Raspberry Pi selbst entwickelte RP1 I/O-Controller. Doch was bedeuten diese technischen Neuerungen konkret für die Leistung, die Sie in Ihren Projekten erleben werden?
Einleitung: Ein Paradigmenwechsel für den Raspberry Pi
Der Raspberry Pi 5 verspricht eine Leistung, die jene des Vorgängers Pi 4 in den Schatten stellt. Mit Behauptungen von einer zwei- bis dreimal schnelleren CPU und einer dramatisch verbesserten GPU-Performance ist klar, dass hier mehr als nur ein schnellerer Prozessor zum Einsatz kommt. Der eigentliche Clou liegt in der Architektur. Während frühere Modelle oft mit den inhärenten Kompromissen eines einzelnen System-on-a-Chip (SoC) zu kämpfen hatten, das alle Funktionen – von der CPU über die GPU bis hin zu allen I/O-Schnittstellen – in einem einzigen Siliziumblock vereinte, geht der Raspberry Pi 5 einen mutigeren Weg. Er trennt diese Funktionen intelligent auf, um Engpässe zu beseitigen und die Gesamtperformance massiv zu steigern. Diese Trennung wird primär durch den Einsatz des RP1-Chips erreicht, der die „Chiplet-ähnliche” Denkweise in das Design einbringt.
Der Raspberry Pi 5 im Überblick: Mehr als nur Taktfrequenzen
Bevor wir uns den architektonischen Details widmen, werfen wir einen kurzen Blick auf die Eckdaten des Raspberry Pi 5. Angetrieben wird er vom neuen Broadcom BCM2712 SoC, einem Quad-Core ARM Cortex-A76 Prozessor, der mit bis zu 2,4 GHz taktet. Dies ist bereits ein gewaltiger Sprung im Vergleich zum 1,8 GHz schnellen Cortex-A72 des Pi 4. Dazu kommt eine neue VideoCore VII GPU, die ebenfalls eine deutliche Leistungssteigerung verspricht. Doch die rohe Rechenleistung der CPU und GPU allein würde die Systemperformance nur bis zu einem gewissen Grad verbessern, wenn die Daten nicht schnell genug zu- und abgeführt werden könnten. Genau hier setzen die innovativen Designentscheidungen an.
Das „Chiplet-Design” im Kontext des Raspberry Pi 5: Der RP1 als Schlüsselkomponente
Der Begriff „Chiplet-Design” ist in der Welt der High-End-Prozessoren, wie sie von Intel oder AMD hergestellt werden, bekannt. Dort bezeichnet er eine Architektur, bei der ein Prozessor nicht aus einem einzigen, monolithischen Siliziumchip besteht, sondern aus mehreren kleineren „Chiplets”, die auf einem gemeinsamen Interposer kommunizieren. Jedes Chiplet kann dabei für eine spezifische Aufgabe optimiert sein (z.B. CPU-Kerne, I/O-Controller, Grafik). Dies ermöglicht höhere Fertigungsausbeuten, bessere Skalierbarkeit und die Möglichkeit, spezialisierte Funktionen zu integrieren.
Beim Raspberry Pi 5 ist das „Chiplet-Design” in einem etwas anderen, aber gleichermaßen revolutionären Sinne zu verstehen. Der BCM2712 SoC selbst ist ein monolithischer Chip. Das „Chiplet-ähnliche” Prinzip kommt jedoch durch die *Auslagerung* eines Großteils der Input/Output-Funktionalität auf einen *separaten, eigens entwickelten Chip* zum Tragen: den RP1. Anstatt alle I/O-Controller direkt in den Haupt-SoC zu integrieren, was oft zu Kompromissen in Bezug auf Bandbreite, Latenz und Designkomplexität führt, hat Raspberry Pi diesen wichtigen Teil der Systemarchitektur in einen dedizierten „Southbridge”-Chip ausgelagert. Man könnte den RP1 also als eine Art I/O-Chiplet oder Plattform-Controller-Hub bezeichnen, der über eine schnelle PCIe 2.0 x4 Verbindung mit dem Haupt-SoC kommuniziert.
Vorteile dieser Architektur für den Raspberry Pi 5:
- Entlastung des Haupt-SoCs: Der BCM2712 muss sich nicht mehr um die kleinteiligen und oft langsamen I/O-Operationen kümmern. Dies ermöglicht es der CPU und GPU, sich voll und ganz auf ihre Kernaufgaben zu konzentrieren, was die Gesamtperformance drastisch verbessert.
- Spezialisierung und Optimierung: Der RP1 kann als spezialisierter I/O-Controller optimal für die spezifischen Anforderungen der externen Schnittstellen (USB, Ethernet, PCIe, GPIO etc.) entworfen werden. Dies führt zu effizienteren und leistungsfähigeren I/O-Operationen.
- Bessere Skalierbarkeit und Flexibilität: In zukünftigen Revisionen könnten I/O-Funktionen leichter aktualisiert oder ausgetauscht werden, ohne den gesamten Haupt-SoC neu gestalten zu müssen. Dies verlängert die Lebensdauer der Kern-Architektur.
- Wärmemanagement: Die Verteilung von funktionalen Blöcken auf zwei Chips kann auch zu einer besseren Wärmeabfuhr führen, da die Hitze nicht an einem einzigen Punkt konzentriert wird.
Der neue I/O-Controller RP1: Ein Game Changer für die Konnektivität
Der RP1 ist der erste In-House-Design-Chip von Raspberry Pi Trading, und seine Bedeutung für die Leistung des Pi 5 kann kaum überschätzt werden. Er ist die Antwort auf die größten Engpässe früherer Raspberry Pi-Modelle, die oft unter eingeschränkter I/O-Bandbreite litten, sobald mehrere Peripheriegeräte gleichzeitig genutzt wurden. Insbesondere die gemeinsame Nutzung der USB- und Netzwerkkonnektivität über einen einzigen internen Bus war ein häufiger Kritikpunkt. Der RP1 löst dieses Problem fundamental:
Die Schlüsselfunktionen des RP1 und ihre Performance-Auswirkungen:
- Dedizierte USB 3.0-Controller: Der RP1 bringt zwei dedizierte USB 3.0 (5 Gbps) und zwei USB 2.0 (480 Mbps) Ports mit sich. Das bedeutet, dass externe Speicher oder Hochgeschwindigkeits-Peripheriegeräte die volle Bandbreite ohne Beeinträchtigung durch andere I/O-Operationen nutzen können. Dies ist ein gewaltiger Sprung für Anwendungen, die schnelle Datenübertragung erfordern, wie z.B. das Betreiben eines Network Attached Storage (NAS) oder der Einsatz von schnellen externen SSDs.
- PCI Express (PCIe) 2.0 x4: Dies ist vielleicht die revolutionärste Neuerung. Zum ersten Mal bietet ein Standard-Raspberry Pi eine PCIe 2.0 x4-Schnittstelle, die über einen dedizierten Anschluss zugänglich ist. Diese vier Lanes bieten eine beeindruckende Bandbreite von bis zu 16 Gbit/s. Was bedeutet das in der Praxis?
- M.2 SSDs: Über Adapter können Sie nun NVMe-SSDs direkt an den Raspberry Pi 5 anschließen und als Boot-Laufwerk oder für schnelle Datenspeicherung nutzen. Dies eliminiert den Flaschenhals der microSD-Karte vollständig und bietet eine Geschwindigkeit, die mit Desktop-PCs vergleichbar ist.
- Erweiterungskarten: Die PCIe-Schnittstelle öffnet die Tür für eine Vielzahl von Erweiterungskarten, wie z.B. weitere Gigabit-Ethernet-Ports, 10-Gigabit-Netzwerkkarten (wenn passende Treiber verfügbar sind), KI-Beschleuniger oder spezielle industrielle Schnittstellen.
- Verbesserte Display- und Kamera-Konnektivität: Der RP1 unterstützt zwei MIPI DSI-Anschlüsse (Display Serial Interface) für Displays und zwei MIPI CSI-Anschlüsse (Camera Serial Interface) für Kameras. Dies ermöglicht den Betrieb von zwei 4K-Displays bei 60 Hz über HDMI 2.0 sowie den Anschluss von zwei Kameras oder einer Kombination aus Display und Kamera, ohne die Bandbreite mit anderen I/O-Aufgaben teilen zu müssen.
- Gigabit-Ethernet: Während der Pi 4 bereits Gigabit-Ethernet hatte, ist die Implementierung im Pi 5 dank des RP1 sauberer und weniger anfällig für Interferenzen mit anderen I/O-Kanälen. Dies sorgt für eine stabilere und potenziell schnellere Netzwerkleistung unter Last.
- GPIO (General Purpose Input/Output): Auch die klassischen 40-Pin-GPIO-Header werden vom RP1 verwaltet. Die Effizienz und Reaktionsfähigkeit dieser Pins wird durch die entlastete Haupt-CPU weiter verbessert, was für zeitkritische Maker-Projekte von Vorteil ist.
- Desktop-Ersatz: Mit einer schnelleren CPU, GPU und vor allem der Möglichkeit, schnelle NVMe-SSDs zu nutzen, rückt der Pi 5 dem Traum eines vollwertigen Desktop-PCs immer näher. Surfen, Office-Anwendungen, leichte Bildbearbeitung und Multitasking werden spürbar flüssiger.
- Heimserver & NAS: Die dedizierten USB 3.0 Ports und die PCIe-Schnittstelle machen den Pi 5 zu einer ausgezeichneten Wahl für einen kleinen, aber leistungsstarken Heimserver oder ein Network Attached Storage (NAS). Datenübertragungsraten zu externen Laufwerken und über das Netzwerk sind nicht länger der limitierende Faktor.
- IoT und Edge Computing: Im Bereich des Internet der Dinge (IoT) und des Edge Computing profitiert der Pi 5 immens. Die Fähigkeit, große Datenmengen von Sensoren oder Kameras schnell zu verarbeiten und effizient zu speichern oder weiterzuleiten, ist für industrielle Anwendungen, intelligente Überwachungssysteme oder komplexe Automatisierungsprojekte entscheidend.
- Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen: Obwohl der Pi 5 keine spezielle KI-Hardware besitzt, ermöglichen die höhere CPU-Leistung und die schnelle I/O-Bandbreite die Ausführung von kleineren KI/ML-Modellen direkt auf dem Gerät. Besonders die schnelle Datenbereitstellung für die Inferenz ist hier ein großer Vorteil.
- Robotics und Automatisierung: Die verbesserte GPIO-Reaktionsfähigkeit und die generelle Systemperformance machen den Pi 5 zu einer idealen Steuerzentrale für komplexere Roboterprojekte und Echtzeitanwendungen, wo präzise und schnelle Interaktionen mit der Umwelt notwendig sind.
- Emulation und Gaming: Gamer und Emulations-Enthusiasten werden die schnelleren Ladezeiten von Spielen und ein flüssigeres Gameplay bei anspruchsvolleren Retro-Systemen zu schätzen wissen. Die GPU-Verbesserung trägt ebenfalls maßgeblich dazu bei.
- Energieverbrauch: Mehr Leistung bedeutet in der Regel auch einen höheren Energieverbrauch. Der Pi 5 benötigt ein stärkeres Netzteil (empfohlen 5V/5A über USB-C PD) als seine Vorgänger, insbesondere wenn viele Peripheriegeräte angeschlossen sind.
- Kühlung: Mit der gestiegenen Taktfrequenz und Leistungsaufnahme wird eine aktive Kühlung, wie ein kleiner Lüfter, oft empfohlen, um die volle Leistung stabil zu halten, insbesondere unter Dauerlast.
- Preis: Der Raspberry Pi 5 ist teurer als seine Vorgänger, was angesichts der massiven technologischen Sprünge und der gestiegenen Fertigungskosten jedoch gerechtfertigt ist. Er positioniert sich damit weiterhin als preiswerte, aber leistungsstarke Alternative zu anderen Mini-PCs.
Was bedeutet diese Performance-Steigerung für reale Anwendungen?
Die Kombination aus leistungsstärkerem SoC und dem revolutionären RP1 I/O-Controller verändert das Einsatzspektrum des Raspberry Pi 5 grundlegend:
Herausforderungen und Überlegungen
Bei all den beeindruckenden Fortschritten gibt es auch einige Punkte zu beachten:
Fazit: Ein neuer Standard für den Einplatinencomputer
Der Raspberry Pi 5 ist weit mehr als nur eine schnellere Version seiner Vorgänger. Durch das intelligente Zusammenspiel des leistungsstarken Broadcom BCM2712 SoC und des revolutionären RP1 I/O-Controllers – der das „Chiplet-Design”-Prinzip der Aufgabenentkopplung auf Systemebene umsetzt – etabliert er einen neuen Standard für Einplatinencomputer. Die beispiellose I/O-Performance durch dediziertes USB 3.0 und vor allem die Einführung von PCIe eröffnen völlig neue Möglichkeiten für Entwickler, Maker und Anwender.
Der Pi 5 ist nicht nur schneller, er ist fundamental anders und besser in seiner Architektur. Er beseitigt die traditionellen Flaschenhälse, die frühere Modelle in ihrer Leistungsfähigkeit begrenzt haben. Egal, ob Sie einen vollwertigen Desktop-Ersatz, einen robusten Heimserver, ein intelligentes IoT-Gateway oder die Steuerzentrale für Ihr nächstes Robotikprojekt suchen – der Raspberry Pi 5 bietet die Performance und die Flexibilität, um Ihre Visionen Wirklichkeit werden zu lassen. Es ist eine spannende Zeit, ein Teil der Raspberry Pi-Gemeinschaft zu sein.