bearbeitet Juni19 Raspberry Pi: Alle Modelle im Überblick

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Raspberry Pi A3+ bis Zero – welcher ist der Tempomacher, der Multimedia-Pi, der Energiesparer, der Industrie-taugliche? Lesen Sie die Details zum Topmodell 3B+ mit WLAN-ac und Gb-LAN.

Die ARM-basierende PC-Platine Raspberry Pi (RPi) für Linux-Betriebssystem sowie Windows IoT Core (RPi 2B, 3B und 3B+) ist der weltweit beliebteste Singleboard-Computer (SBC). Über 25 Millionen Exemplare sind seit der Präsentation des ersten Modells Raspberry Pi B im Februar 2012 verkauft.

Die Initiatoren des Raspberry Pis, die in England ansässige Wohltätigkeitsorganisation Raspberry Pi Foundation, brachte bis heute 14 Modelle auf den deutschen Markt, zuletzt im Januar 2018 den Winzling Raspberry Pi Zero WH (mit Wireless und Header) und im März 2018 das neue Topmodell, den Raspberry Pi 3B+.

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Alle Varianten sind verfügbar, doch nicht bei jedem Händler: Raspberry Pi B (2012), A (2013), die Industrievariante Compute Modul und Development Kit, die Modelle B+, A+ (2014), 2B und Zero (2015), 3B, Zero mit Kameraport und 2B v.1.2, ein abgespektes 3B-Modell (2016), Industrievariante RPi 3 Compute Modul Development Kit und Zero W (2017) sowie Zero WH und Raspberry Pi 3B+ (2018).

Desweiteren fertigt Raspberry Pi Trading, dieser Teil der Organisation ist zuständig für die Herstellung der Raspberry Pis, seit Oktober 2015 für die Industrie auch Raspberry Pis nach individuellen Kundenwünschen.

Was alle Raspberry Pis eint

Leistungsfähige Singleboard-Computer gibt es zahlreiche, etwa von Arduino, Beaglebone und Udoo. Doch keiner toppt den günstigen Preis des Raspberry Pis. Dieser liegt etwa zwischen 10 € für den funktionsreduzierten Winzling RPi Zero und rund 45 € für das jeweils aktuelle Top-Modell; momentan ist es Raspberry Pi 3B+. Die gemeinnützige Raspberry Pi Foundation hält deshalb den Preis stabil, da sie primär das Ziel verfolgt, mittels preisgünstiger PC-Platine und OpenSource-Software auch weniger gut betuchten jungen Leuten weltweit Zugang zum Internet zu ermöglichen und sie über die Stiftleiste des Raspberry Pis zum Programmieren anzuregen.

Taktgeber Broadcom-SoC und VideoCore IV

Seit dem ersten Raspberry Pi basieren alle Modelle auf einem Broadcom-SoC (System on Chip) mit Multimedia-CPU VideoCore IV. Der 32-Bit-Singlecore Broadcom BCM2835 mit 700 MHz Takt und maximal 512 MB LPDDR2-SDRAM werkelt in neun der 14 Modelle, im Raspberry Pi B, B+, A, A+, den vier Zeros (hier mit 1 GHz) und dem Compute-Module. Diese Raspberry Pis, die lediglich unter Linux laufen, werden auch als Raspberry Pi 1 bezeichnet.

Im Februar 2015 hielt der 32-Bit Quadcore Broadcom BCM2836 mit 4 x 900 MHz und 1GB LPDDR2-SDRAM Einzug in den Raspberry Pi 2B. BCM2836 verschaffte dem RPi 2 nicht nur einen erheblichen Leistungsschub, sondern eröffnete dem Raspberry Pi den Zugang zur Windows-Welt, genauer gesagt, zum Windows IoT Core von Microsoft.

Das Topmodell, Broadcoms 64-Bit-Quadcore BCM2837 ist seit Februar 2016 mit 4 x 1,2 GHz Takt und 1 GB LPDDR2-SDRAM im Raspberry Pi 3B verbaut. Auch er läuft mit Linux und Windows IoT Core und bietet erstmals onboard WLAN-n und Bluetooth 4.1. Der BCM2837 taktet desweiteren im Raspberry Pi 2B Version 1.2. Diese abgespeckte Variante ohne Wireless-Funktion ist auf 4 x 900 MHz wie beim RPi 2 mit BCM2836 gedrosselt. Desweiteren taktet der BCM2837 in der Industrievariante RPi 3 Compute Modul.

Die leistungsfähigste Variante ist Broadcoms BCM2837B0, ein getunter BCM2837 mit 4 x 1,4 GHz, eingesetzt im aktuellen Raspberry Pi 3B+. Mit dieser Variante, die erstmals einen Headspreader zur Kühlung benötigt, dürfte der Broadcom-SoC in puncto Leistung ausgereizt sein (siehe S. 3, „Ende einer Ära“).

Übrigens, nicht nur Microsoft unterstützt Raspberry Pi, auch Google interessiert sich dafür und bietet künstliche visuelle Intelligenz für Raspberry Pi für die Mini-PC-Platine.

Linux und Co: Betriebssystem für den Raspberry Pi

Erst ein Betriebssystem haucht der Hardware Leben ein. Alle Raspberry Pis laufen mit Linux, eine Auswahl bietet die Site Raspberrypi.org und der Beitrag 40 Betriebssysteme für den Raspberry Pi. Die Modelle RPi 2B und 3B meistern auch Microsofts Windows IoT Core. Allerdings fehlt allen Raspberry Pis ein Onboard-Betriebssystem. Dieses ist via externer Speicherkarte zu booten. Alle Modelle verfügen daher über einen Speicherkarten-Slot. (Ausnahme: Die Industrievariante Compute Modul bootet via eMMC Flash).

Direkte Ansteuerung vielfältigster Komponenten via GPIO

Die Stiftleiste auf dem Raspberry Pi ist ein weiterer wesentlicher Grund für dessen Beliebtheit. GPIO-Pins (General Purpose Input Output) stellen eine zentrale Schnittstelle zwischen dem Raspberry Pi und zahlreichen externen Geräten, digitalen Schaltungen, Sensoren, etc. her. Bestimmte Pins übernehmen neben der einfachen Ansteuerung auch besondere Funktionen wie die Kommunikation per I²C, UART oder SPI zum Anschluss weiterer Hardware.

All dies prädestiniert den Raspberry Pi für vielfältigste Einsatzmöglicheiten für Maker und für Entwickler in der Industrie, etwa als Stromversorgungslösung, Mess- Steuer- und Regelgerät, als Kamera, Digitaloszilloskop und für die Hausautomation. Desweiteren hat sich Raspberry Pi schon zu Wasser und als Flugobjekt in der Stratosphäre bewährt.

Während die Modelle A und B lediglich über 26 Kontakte mit 17 GPIO-Pinsverfügen, bieten Raspberry Pi A+, B+, 2B, 3B, 3B+ und Zero 40 Kontakte mit 26 GPIO-Pins, wobei von den Zeros bis auf Zero WH lediglich die Anschlüsse bereitgestellt sind. Das Compute Modul kommt ohne Stiftleiste, dafür bietet das Compute Modul Development Kit gar zwei Bänke à 60 Kontakte mit 48 GPIO-Pins an.

Audio sowie HD-Filme

Alle Raspberry-Pi-Modelle bis auf das Compute Modul nutzen Broadcoms Multimedia-CPU Dual Core VideoCore IV. Dieser unterstützt OpenGL-ES 1.1/2.0, das Videokompressionsverfahren H.264 und hochaufgelöste Filme im Format 1080p30. Hardware-seitig ist Raspberry Pi hierfür mit einer (Mini-)HDMI-Buchse 1.3/1.4 ausgestattet.

Warum RPi B das erste, RPi A das zweite Modell war

Das Entwurfsmodell der Raspberry Pi Foundation, Raspberry Pi A, kam über ein Alpha-Stadium nicht hinaus. Das erste, ab Februar 2012 in großen Stückzahlen erhältliche Modell ist der Raspberry Pi B. Der Zusatz „B“ kennzeichnet alle Raspberry Pis, die über eine Ethernet-Schnittstelle und zumindest zwei USB-Ports verfügen. Raspberry Pi B bietet bereits alles, was erforderlich ist um im Internet zu surfen, Office-Anwendungen zu nutzen und Musik und Video in HD-Qualität zu sehen: auf der Platine befinden sich Anschlüsse für Ethernet 10/100, zwei USB-Buchsen, HDMI 1.3/1.4, Composite Video und eine 3,5-mm-Audiobuchse.

Raspberry Pi A (Februar 2013) ist nicht identisch zum Entwurfsmodell, hat aber wie dieses kein Ethernet und lediglich einen USB-Port. Dieser funktionsreduzierte Umfang kennzeichnet alle A-Modelle. Insbesondere wegen des im Vergleich zum Raspberry Pi B fehlenden USB-/Ethernet-Chips und der Ethernet-Buchse verbraucht ein Raspberry Pi A deutlich weniger Energie und weist wegen der ein- statt zweistöckigen USB-Buchse eine niedrigere Bauhöhe auf als Modell B. Rasperry Pi A ist daher für den industriellen Einsatz in mobilen batteriebetriebenen Applikationen, etwa in der Robotik und als Datenlogger prädestiniert.

Raspberry Pi B+ und Industrie-Pi A+ mit 40-Pin-Header

Raspberry Pi B+ (Juli 2014) bietet vier statt zwei USB-2.0-Anschlüsse, sowie eine erweiterte 40-Pin-Steckerleiste. Die ersten 26 Pins sind identisch zum Raspberry Pi B und gewährleisten so die Kompatibilität zu vorhandenem Zubehör. Der neu integrierte digitale Signalprozessor (DSP) verbessert die Audio-Qualität. Durch den Wechsel von Linear- auf Schaltregler verringert sich die Stromaufnahme um 20% bis 30%. Ein microSD-Slot ersetzt den bisherigen Standard-SD-Karten-Slot. Raspberry Pi B+ entspricht jetzt den offiziellen Spezifikation für Erweiterungsplatinen, HATs (Hardware attached on top). Industrieanwender können so Zusatzfunktionen schnell und einfach hinzufügen.

Raspberry Pi A+, abgespeckte 40-Pin-Industrievariante

Raspberry Pi A+ (November 2014) war eine Neuentwicklung und etwa 1/4 kürzer als die Vorgänger. Raspberry Pi A+ ist die abgespeckte Variante (256 MB; kein Ethernet) des für den industriellen Einsatz konzipierten Raspberry Pi B+. Raspberry Pi A+ bietet wie dieser HAT und eine 40-Pin-Stiftleiste, sowie ein im Gegensatz zu den Vorgängern verbessertes Leistungsmanagement, von dem leistungsintensive USB-Geräte profitieren.

Raspberry Pi 2B, erstmals Quadcore und Windows 10 IoT

Leistungs- und speicherintensive Aufgaben werkelten bei den Modellen Raspberry Pi 1 im Schneckentempo. Das änderte sich im Februar 2015 mit Raspberry Pi 2B: Bis zu sechsfache Leistungssteigerung bei Multithreading-Anwendungen gegenüber dem Vorgänger Raspberry Pi B+ und erstmals Windows-Tauglichkeit, das sind waren die herausragenden Merkmale. Die Basis für diese neue Leistungsstufe legte Broadcoms 32-Bit-Quadcore-SoC BCM2836 mit 900 Mhz Takt. Der neue ARMv7-SoC Broadcom BCM2836 legt zudem den Grundstein für Windows, genauer gesagt, für Windows IoT Core, auf dem Raspberry Pi. Die Vorgänger mit ARMv6-Singlecore-SoC Broadcom BCM2835 waren für Windows zu langsam. Desweiteren verdoppelt (vervierfacht) sich beim Raspberry Pi 2B der Arbeitsspeicher auf 1 GB LPDDR2-SDRAM.

Auch Raspberry Pi 2B bietet die abwärtskompatible 40-Pin-Stiftleiste und ist HAT-tauglich. Dank eines erweiterten, intelligenten Energiemanagements lassen sich die vier USB-2.0-Schnittstellen mit bis zu 1,2 A betreiben, so dass jetzt auch ein energieintensiveres Gerät wie eine Festplatte angeschlossen werden kann. Dank der hohen Leistungsreserven und der Schnittstellenvielfakt eignet sich Raspberry Pi mit dem Modell 2B auch als Multimedia-PC.

Raspberry Pi 3B: erstmals WLAN, Bluetooth und 1,2 GHz Takt

Im Raspberry Pi 3B (Februar 2016) taktet erstmals ein 64-Bit-Quadcore-SoC mit 1,2 GHz, nämlich BCM2837 (ARM Cortex A53 / ARM-v8-A). „Durch die Kombination von 33% höherer Taktrate und verschiedenen Architekturerweiterungen bedeutet dies 50 bis 60% Leistungssteigerung im Vergleich zum 32-Bit-Modus des Raspberry Pis 2 und sogar grob gerechnet einen Faktor 10 zum Original-Raspberry Pi“, so die Raspberry Pi Foundation.

Der eigentliche Quantensprung ist jedoch, dass dieses Raspberry-Pi-Modell erstmals WLAN 802.11b/g/n und Bluetooth Low Energy samt Antenne Platinen-seitig via BCM43438-Combo-Connectivity-Chip bietet. Wer bei den Vorgängern WLAN oder Bluetooth nutzen wollte, benötigte jeweils einen separaten USB-Dongle. Verbessert ist auch der Dual-Core VideoCore IV Multimedia-Coprozessor des BCM2837. Er taktet mit 400 MHz statt 250 MHz bei den Vorgängern und den Zero-Modellen.

Raspberry Pi 3 ist aufgrund des neuen SoCs und der Wireless-Funktionen der leistungshungrigste aller bisherigen RPis:Das Steckernetzteil muss eine Spannung von 5 V liefern. Die Raspberry Pi Foundation empfiehlt 2,5 A, insbesondere beim Anschluss stromzehrender USB-Geräte wie einer USB-Festplatte. Raspberry Pi 3B eignet sich für High-End-Anwendungen.

Raspberry Pi Zero, leistungsstarker Winzling ab 10 Euro

Raspberry Pi Zero (November 2015) ist der kleinste (65 mm x 30 mm x 5 mm), ab rd. 10 € der preiswerteste und energieeffizienteste RPi aller Zeiten. Der durchschnittlicher Strombedarf beträgt 0,16 A, die Leistungsaufnahme 0,8 Watt, während Raspberry Pi 3B einen durchschnittlichen Strombedarf von 1,3 A und eine Leistungsaufnahme von 7,0 Watt hat. Raspberry Pi Zero ist daher ideal für mobile Anwendungen.

Raspberry Pi Zero basiert auf dem betagten Broadcom-SoC BCM2835; allerdings ist dieser werksseitig von 700 MHz auf bis zu 1 GHz Takt getunt, was ihn rund 40% leistungsstärker als die übrigen Raspberry-Pi-1-Modelle macht. Im Raspberry Pi Zero findet sich aus Kostengründen alles in Miniaturausführung: Die 40-Pin-Kontaktleiste für den Anschluss externer Geräte ist unbestückt, verfügbar sind nur ein Mini-USB-Datenport, ein Micro-USB-5-V-Anschluss und Mini-HDMI. Es fehlen ein DSI-Display-Anschluss, ein Kameraport (CSI; Camera Serial Interface) sowie LAN. Der Zero eignet sich insbesondere für mobilen Plattformen für das Internet der Dinge (IoT).

Kameraport inklusive und heißersehntes Wireless

Raspberry Pi Zero war für viele Nutzer doch zu spartanisch. Die Raspberry Pi Foundation brachte deshalb weitere Zero-Modelle mit mehr Funktionen auf den Markt: Zunächst folgte 2016 Raspberry Pi Zero mit Kameraschnittstelle (CSI) für den Anschluss der Raspberry-Pi-Kameras. 2017 erschien dann endlich der heißersehnte Raspberry Pi Zero W, der Wirelessfunktionalität in Form von WLAN 802.11b/g/n bei 2,4 GHz und Bluetooth 4.1 mit sich brachte.

Raspberry Pi Zero WH: Winzling mit Wireless und Header

Obgleich nachrüstbar, vermissten doch viele Nutzer die 40-Pin-Stiftleiste mit 26 GPIO-Pins (General-Purpose Input/Output). Schließlich ist sie die Verbindung zu zahlreichen externen Hardware-Erweiterungen, etwa zu Sensoren. Im Januar 2018 kam mit Raspberry Pi Zero WH hielen endlich die werksseitig installierte Stiftleiste (Header) und Wireless-Funktionalität auch Einzug in den Zero. Zero WH ist somit bestens geeignet für vielfältigste IoT-Anwendungen.

Ende einer Ära: RPi 3B+ mit Gb-LAN, WLAN-ac und PoE

Raspberry Pi 3B+ ist das derzeit neueste Modell (März 2018). Erstmals bietet Raspberry Pi jetzt Gigabit-Ethernet, Power over Ethernet (PoE) und Highspeed-WLAN 802.11ac – und das nicht nur mit 2,4 sondern auch 5 GHz gemäß FCC (Federal Communications Commission). Allerdings erfolgt der Datentransfer nur über eine onboard-PCB-Antenne, was die Übertragungrate doch erheblich einschränkt. Raspberry Pi 3B+ soll rd. 15% mehr Performance bieten als das bisherige Topmodell, der Raspberry Pi 3B aus dem Jahr 2016.

Für die Leistungssteigerung sorgt die optimierten Variante BCM2837B0 des 64-Bit-Broadcom-SoCs BCM2837. Raspberry Pi 3B+ meistert nun Taktraten bis 4 x 1,4 GHz, während Vorgänger Raspberry Pi 3 lediglich 4 x 1,2 GHz schaffte. Keine Verbesserung gab es bei Speicher und USB: es sind dies wie bei den Vorgängern 1 GB LPDDR2 SDRAM sowie 4 x USB 2.0. Optimiert sind beim Raspberry Pi 3B+ die Takt- und Spannungsregelungen dank neuem Power Management IC MaxLinear MxL7704.

Video: Raspberry 3B+, super oder Schrott?

Erstmals Gigabit Ethernet und Power over Ethernet

Beim Raspberry Pi 3B+ kommt der Chip LAN7515 von Microchip zum Einsatz. Raspberry Pi unterstützt nun erstmals Gigabit Ethernet mit zwei USB-Hubs. Flaschenhals für den Datentransfer ist noch immer der einzige USB-Port zur Multimedia-CPU VideoCore IV, über den die Daten dann zu den ARM-Kernen gelangen. Das heißt: Raspberry Pi 3B+ meistert nun zwar Gigabit Ethernet, allerdings über USB 2.0 und damit maximal mit 300 Mbps. Auch bei WLAN-ac schränkt die eine onboard-PCB-Antenne den Datentransfer merklich ein.

Raspberry Pi 3B+ ermöglicht als erstes Modell auch Power over Ethernet (PoE) über die vier Pins des Power-over-Ethernet-fähigen RJ45-Steckverbinders. Jedoch ist dieses nicht werksseitig integriert. Voraussetzung hierfür ist ein optionales PoE-HAT für Raspberry Pi 3B+ (voraussichtlich erhältlich etwa ab dem 3. Quartal 2018).

Raspberry Pi 3B+ adressiert nicht nur Maker, sondern auch die Serienfertigung: Erstmals gibt die Foundation eine Fertigungsgarantie bis 2023. FCC erleichtert zudem Compliance-Zertifizierungen, was Kosten und Markteinführungszeiten senkt.

Raspberry Pi, quo vadis?

Viele Anwender hoffen bei jedem neuen Modell darauf, dass die Raspberry Pi Foundation dieses mit mehr Arbeitsspeicher sowie einem schnellerem DDR3-RAM ausstattet, desweiteren mit ‘echtem’ Gigabit-Ethernet und idealerweise mit einem SATA-Port. Doch Raspberry Pi stößt in puncto Performance an seine Grenzen: Bremsklotz ist der Broadcom-SoC mit der Multimedia-CPU VideoCore IV: 1 GB LPDDR2 SDRAM und USB 2.0 sind die Obergrenze. Dies drosselt u.a. auch die Wireless-Transferraten erheblich.

Ein neuer SoC muss her. Gefährdet ist hierbei jedoch die Abwärtskompatibilität zu bestehenden Raspberry-Pi-Projekten, welche die Raspberry Pi Foundation ungern aufgibt – ganz zu schweigen von den höheren Kosten, die ein neu zu entwickelnder Raspberry Pi mit sich bringen würde.

Doch dieser Schritt ist unumgänglich, denn der Broadcom-SoC des Raspberry Pis mit VideoCore IV ist mit Raspberry 3B+ wirklich ausgereizt: Dies zeigen nicht nur die Speicher-, USB- und Datenraten-Limitierungen, sondern auch der Heatspreader, der beim Modell 3B+ erstmals in einem RPi erforderlich ist. Eben Upton, CEO von Raspberry Pi Trading, rechnet mit einer Lösung Ende 2018/Anfang 2019. Offen lässt Eben Upton, der inzwischen nicht mehr bei Broadcom beschäftigt ist, von welchem Hersteller der nächste SoC kommen wird. Nur eines weiß Upton: auch Raspberry Pi 4 soll nicht merklich teurer werden.

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