ラズパイがどのようなきっかけで誕生したのか、なぜここまで普及するようになったのか、これまでに発売された多種類のラズパイモデルの違いは何か、ということについて説明します。初めてラズパイを触る際のモデル選びの参考にもなると思います。
誕生のきっかけ
2000年代に入って数年が経ったころ、イギリスにあるケンブリッジ大学のコンピュータサイエンスコースへの入学者数は、それまでの1/3にまで減少していました。
この状況を打開して入学者数を増やすため、また子供たちにコンピュータに興味を持ってもらうために、エバン・アプトン氏が率いるグループが安価なシングルボードコンピュータの開発に着手しました。
エバン・アプトン氏のグループは、のちにRaspberry Pi財団の共同創立者としてRaspberry Piプロジェクトに関わっていくことになります。
1980年代に最初の家庭用8bitコンピュータが登場し、多くの子供たちがコンピュータやプログラミングに触れて興味を持つようになりました。
この最初の家庭用8bitコンピュータである、「BBC Micro」をモデルとして同じようなハードウェアプラットフォームを再び作り上げる、というのがRaspberry Piの使命でした。
BBC Microのように、Raspberry Piはそれまでのパソコンにとって代わるものではなく、ユーザーが自分でプログラミングや実験をすることや、コンピュータに興味・関心を持ってもらうことを目的としていました。
最初の試作品は2006年にマイコンをベースに開発されました。使用していたAtmel[1] ATMega644はのちに使用されるCPUよりはるかにシンプルものでした。試作品はブレッドボードで組み立て・動作ができるほど簡単なつくりでした。しかし、その分高い性能は得られず、満足のいくものにはなりませんでした。
一方、当時世界では急速にスマートフォン市場が成長しており、スマートフォンの小型化・高機能化に伴ってより小さくて高性能なCPUが必要とされ、製造・流通し始めていました。
Raspberry PiもそうしたCPU製品の中からBroadcom社のBCM2835 SoC(System on Chip)を採用し、高性能で費用対効果の高い、Atmel社のマイコンの代替となるCPUを手にしました。
このプロセッサはそれまでのマイコンとは異なった、より高性能なSoCであったため、Raspberry Piにも大きな変更が必要になりました。
ATMega644は44本の出入力ピンを持っていましたが、BCM2835は300本以上のピンを持っていて、しかもATMega644よりもうんと小さいのです。ブレッドボードどころか単層基板でもRaspberry Piを組み上げることができず、多層基板を用いて組み立てなければならなくなりました。
ソフトウェア側でも追加作業を行う必要が出てきました。
CPUとして選択したチップがARM[2]プロセッサだったため、オペレーティングシステム(OS)も作成しなければなりませんでした。開発リーダーのアプトン氏はRISC OS Communityに連絡を取り、Broadcom社の社員の協力を得ることができました。この時に開発されたRISC OSはのちにNOOBSのOSに統合され、現在広く普及しています。
新たなハードウェア、新たなOSによる高性能なプロトタイプが開発され、2011年には約50台が先行販売されました。この時の機種はハードウェアのエラー検出用の回路が追加で搭載されていたため、現在のRaspberry Piよりも大きな基板を有していました。
この先行販売されたRaspberry Piの性能は、さまざまなLINUXディストリビューションや3Dコンピュータゲーム、高解像の動画の再生などで実証されていました。
このRaspberry Piはそもそも大学の入学者数の減少対策のために開発されたものです。
このため、年間約1000台の製造・販売にとどまりました。ターゲットは子供や若者であり、一般市場向けに販売するということは考えられていなかったのです。
ところ変わってアメリカのニューヨークで開催されたMaker Faire[3] 2011で、この状況が突如として変わります。
このイベントでアプトン氏は、マイコンやコンピュータといったマイクロエレクトロニクスがモノづくりの世界で広く活用され、いかに求められているかを知ることになります。
展示されているのは大人の作った作品だけではなく、マイコンを活用して自動化したオモチャを展示している子供たちもいました。
こうしたモノづくりを楽しむ人たち(メイカーと呼ばれます)からのマイクロエレクトロニクスへの関心は、アプトン氏が予想していたよりもはるかに大きなものだったのです。
それはRaspberry Piの需要にも反映されました。当初の計画は年間1000台の製造・販売でしたが、Raspberry Pi財団の助けも借りて大量生産に持ち込むことになりました。
2012年2月に一般販売を開始した際には1万台を販売し、翌年には2倍以上の売り上げとなり、販売開始からたった2年で250万台以上が販売されるという結果になりました。この時の機種バリエーションはモデル1Aとモデル1Bの2種類でした。(機種バリエーションについてはこの後で詳しく説明します)
2014年にはモデル1A+、1B+も販売開始され、2015年2月にRaspberry Pi 2が発売されるまでに累計販売台数は400万台を超えました。
同じ年に発売されたRaspberry Pi Zeroと合わせると、2016年2月にRaspberry Pi 3Bが発売されたときの販売台数は800万台に達しています。
販売開始から4年と少々の年月を経て、2016年9月に販売数1000万台を達成しました。これからも順調に販売台数や売り上げを伸ばしていくでしょう。
モデル3の次の機種のRaspberry Pi 3B+発表は2018年3月と少し間が空きましたが、このころには販売台数1900万台、2019年3月には累計2500万台に達しました。
イギリスの大学で安価で小さなコンピュータを使って学生を増やそうという試みが、クレジットカードほどの小さなコンピュータを生み出し、わずか7年で世界中のメイカー・DIYシーンを支え、大きく広げることになりました。
Raspberry Piの活躍は多岐に及びます。趣味の手作り工作はもとより、科学研究やアートプロジェクトで活用されたり、産業用の機械を制御したり、コンピュータやプログラミングの学習用[4]にも活用されています。
2019年6月にはRaspberry Pi4がリリースされました。
これまでのRaspberry Piと同じ価格帯・同じフォームファクタで大幅に高い性能を有しており、さらに活躍の場を広げてくれることでしょう。
Raspberry Pi 1 Model B / 2012年2月
- 寸法：93mm×63.5mm×20mm(長さ×幅×高さ)
- CPU：BCM2835 シングルコア 700MHz
- GPU：Broadcom デュアルコア 250MHz
- メモリ：256MB / 2012年10以降は512MB
- ネットワーク：10/100Mbit/s イーサネット
- 希望小売価格：35$
このあとの後継機に比べると、最初期のモデルは貧弱に見えてしまいます。
販売開始当初メモリは256MBしかありませんでしたが、2012年10月に512MBにアップグレードされました
OSはSDカードに保存して使いますが、SDカードを取り付けると基板から大きくはみ出してしまうものでした。
CPUのBCM2835が32bit専用のため、32bit用に設計されたOSしか動作させることができませんでした。
外部コネクタが26ピンあり、そのうち17ピンをGPIO[6]として使用することができます。これとは別のコネクタでカメラやディスプレイを接続できるようになっています。
ディスプレイを接続するためのインターフェースとして、HDMIコネクタとコンポジットビデオポートがあります。最大解像度はFullHD(1920×1080ピクセル)です。
音声信号はHDMIに接続した機器から再生するか、3ピンアナログコネクタから出力します。
BluetoothやWiFiのようなワイヤレス接続はこのモデルではまだ利用できません。
USB2.0ポートを2つ備えており、外部USB機器をつなぐことができます。
電源はMicroUSBコネクタから5Vを供給し、消費電流は最大で700mAとなります。
Raspberry Pi 1 Model A / 2013年2月
- 寸法：93mm×63.5mm×17mm(長さ×幅×高さ)
- CPU：BCM2835 シングルコア 700MHz
- GPU：Broadcom デュアルコア 250MHz
- メモリ：256MB
- ネットワーク：なし
- 希望小売価格：25$
モデルBとほぼ同じ形状ですが、USBポートを削減、ネットワーク接続用のポートを削除し、メモリを256MBに削減したモデルです。
より安価になり、消費電流も最大500mAに抑えたモデルになっています。
Raspberry Pi 1 Model B+ / 2014年7月
- 寸法：93mm×63.5mm×17mm(長さ×幅×高さ)
- CPU：BCM2835 シングルコア 700MHz
- GPU：Broadcom デュアルコア 250MHz
- メモリ：512MB
- ネットワーク： 10/100Mbit/s イーサネット
- 希望小売価格：25$
モデル1Bと比べて基板上のピンの数が26→40ピンに増え、うち26ピンがGPIOとして使用できるようになりました。
このモデルではUSB2.0ポートが4つになりました。
オーディオコネクタはこれまで3ピンでしたが4ピンコネクタを使用しています。
消費電流は約100mA削減され、OSをインストールするSDカードはMicroSDカードになりました。
Raspberry Pi 1 Model A+ / 2014年11月
- 寸法：70.4mm×57.2mm×10mm(長さ×幅×高さ)
- CPU：BCM2835 シングルコア 700MHz
- GPU：Broadcom デュアルコア 250MHz
- メモリ：256MB / 2016年8月以降512MB
- ネットワーク：なし
- 希望小売価格：20$
モデル1B+と同様に、基板上のピンが40ピンにアップグレードされ、26ピンはGPIOとして使用できます。
オーディオコネクタも4ピンのものが使われています。
OSのインストールもMicroSDカードに変更されています。
特筆すべきは消費電力の小ささで、モデル1Aの半分以下で運用できる場合もあります。
Raspberry Pi 2 Model B / 2015年2月
- 寸法：93mm×63.5mm×20mm(長さ×幅×高さ)
- CPU：BCM2836 クアッドコア 900MHz
- GPU：Broadcom デュアルコア 250MHz
- メモリ：1024MB
- ネットワーク：10/100Mbit/s イーサネット
- 希望小売価格：35$
Raspberry Pi 2シリーズでは、これまでのシングルコアSoC BCM2835からよりクロック[7]周波数の高いクアッド[8]コアSoC BCM2836に変更されました。
この変更により、Raspberry Pi 2は1コアで動作するアプリケーションでも、複数のコアを同時に利用するアプリケーションでも、これまでより大幅に高い計算能力を得られるようになりました。
一方で、その分消費電流がモデル1B+と比べて約200mA多い、最大800mAとなっています。動作させるための電源の選択に注意が必要になります。
また、もう一つの大きな変更として、メモリが512MBから1024MBに増量されていることが挙げられ、こちらも性能向上につながっています。
モデル1B+と比較して、ほとんどすべてのインターフェースが変わっていませんが、無線接続はまだ利用できません。
Raspberry Pi 2B以降の機種では、LinuxのOSだけではなく、Windows 10 IoT Core[9]も実行することができます。
Raspberry Pi Zero / 2015年11月
- 寸法：65mm×31.2mm×5mm(長さ×幅×高さ)
- CPU：BCM2835 シングルコア 1000MHz
- GPU：Broadcom デュアルコア 400MHz
- メモリ：512MB
- ネットワーク：なし
- 希望小売価格：5$
Raspberry Pi ZeroはRaspberry Piシリーズの中でも特にコンパクトでコストパフォーマンスに優れたモデルです。
CPUやGPUのクロック周波数を上げることで、実質的にモデル1A+/1B+よりも高い計算能力を有しています。
外観はネットワークインターフェースだけでなく、USB Aポートやオーディオコネクタ、ディスプレイ用のリボンケーブルコネクタなど多くの部品が削減されてしまっています。
他にもディスプレイ接続用のHDMIコネクタは小型のminiHDMIコネクタになり、コンポジット出力もなくなっています。(コンポジット出力は基板上のパットから直接引き出すこともできます)
電源はこれまでのモデルと同様にMicroUSBコネクタから供給し、キーボード・マウスなどのUSB接続のデバイス用にMicroUSB OTG[10]ポートがあります。
外部コネクタは40ピン、そのうち26ピンがGPIOとして利用できるという点は変わりません。無線接続はまだ利用できません。
Raspberry Pi 3 Model B / 2016年2月
- 寸法：93mm×63.5mm×20mm(長さ×幅×高さ)
- CPU：BCM2837 クアッドコア 1200MHz
- GPU：Broadcom デュアルコア 300MHz(3Dコア)/400MHz(ビデオコア)
- メモリ：1024MB
- ネットワーク：10/100Mbit/s イーサネット
- 無線通信：Bluetooth 4.1LE[11]、WiFi 2.4GHz b/g/n、5GHz n[12]
- 希望小売価格：35$
Raspberry Pi Zeroからわずか数か月後に新しいモデル3シリーズが発売されました。
次世代のSoCチップ「BCM2837」では、性能がこれまでより50%向上する可能性があります。また、CPUが64ビット対応になったため、Raspberry Piシリーズとしては初めてAndroidをOSとしてインストールできるようにもなりました。
接続端子類は前モデルのモデル2Bと似ていますが、モデル3では初めて外付け部品なしでの無線接続が利用できるようになりました。
無線通信用のBroadcomの複合チップはBluetooth 4.1LEだけでなく、802.11b/g/n規格に準拠した2.4GHz帯と5GHz帯のWiFi接続も行えるものです。
消費電流は800mAとなっており、モデル2Bと同等です。
Raspberry Pi 2 Model B v1.2 / 2016年9月
- 寸法：93mm×63.5mm×20mm(長さ×幅×高さ)
- CPU：BCM2837 クアッドコア 900MHz
- GPU：Broadcom デュアルコア 250MHz
- メモリ：1024MB
- ネットワーク：10/100Mbit/s イーサネット
- 希望小売価格：35$
モデル3Bの登場後、モデル2Bも同じSoCに変更になり、64bit対応となりましたが、これ以外の性能やインターフェースの変更はありませんでした。
Raspberry Pi Zero W/WH / 2017年2月
- 寸法：65mm×31.2mm×5mm(長さ×幅×高さ)
- CPU：BCM2835 シングルコア 1000MHz
- GPU：Broadcom デュアルコア 400MHz
- メモリ：512MB
- ネットワーク：なし
- 無線通信： Bluetooth 4.1LE、WiFi 2.4GHz b/g/n
- 希望小売価格：5$
2017年春にはRaspberry Pi Zeroも新モデル追加が行われ、新モデルではWiFiとBluetoothが利用できるようになりました。
「W」はピンヘッダの実装されていない(図2.10の)状態で、「WH」はピンヘッダが実装された状態で販売されています。もちろん「W」を購入後、自分でピンヘッダをはんだ付けすることもできます。
Raspberry Pi 3 Model B+ / 2018年3月
- 寸法：93mm×63.5mm×20mm(長さ×幅×高さ)
- CPU：BCM2837B0 クアッドコア 1400MHz
- GPU：Broadcom デュアルコア 300MHz(3Dコア)/400MHz(ビデオコア)
- メモリ：1024MB
- ネットワーク：10/100/1000Mbit/s イーサネット
- 無線通信：Bluetooth 4.1LE、WiFi 2.4GHz/5GHz ac[13]
- 希望小売価格：35$
SoCの変更により、コア周波数がさらに向上しました。
CPUはより効率よく動作し、内蔵されたヒートスプレッダ[14]によって発生した熱を放熱しやすくなっています。
Broadcomの無線チップも最新のものに更新され、Bluetooth 4.2LEや802.11ac規格に準拠したWiFi接続を利用できます。
有線ネットワーク接続はいわゆるギガビットイータネット規格に対応しており、最大で1Gbit/sの高速伝送が可能になりました。
こうした性能向上の結果、消費電流がこれまでで最大の1400mAまで増加しました。
Raspberry Pi 3 Model A+ / 2018年11月
- 寸法：73mm×63.5mm×10mm(長さ×幅×高さ)
- CPU：BCM2711 クアッドコア 1400MHz
- GPU：Broadcom デュアルコア 300MHz(3Dコア)/400MHz(ビデオコア)
- メモリ：512MB
- 無線通信：Bluetooth 4.1LE、WiFi 2.4GHz/5GHz ac
- 希望小売価格：25$
Raspberry Pi 2シリーズには廉価モデルのモデルAがありませんでしたが、2018年の終わりに追加されました。
モデル1A+の時のように、USBポートや有線ネットワークの削減、メモリを1024MBから512MBに削減するなどの変更でコストを削減しています。
消費電流はモデル3Bより少し多い、約810mAとなっています。
Raspberry Pi 4 Model B / 2019年6月
- 寸法：93mm×63.5mm×20mm(長さ×幅×高さ)
- CPU：BCM2711 クアッドコア 1500MHz
- GPU：Broadcom デュアルコア 500MHz
- メモリ：1024MB/2048MB/4096MB
- ネットワーク：10/100/1000Mbit/s イーサネット
- 無線通信：Bluetooth 5.0LE、WiFi 2.4GHz/5GHz b/g/n/ac
- 希望小売価格：35$、45$、55$
元々2020年に発売される予定でしたが、前倒しして2019年に発売されました。
これまでのモデルからたくさんの変更がなされています。
SoCのクロック周波数が引き上げられたほか、HDMIポートはMicroHDMIポート2つに、電源端子はUSB C端子に、それぞれ変更されました。
2つのMicroHDMIポートはそれぞれ最大4K(3840×2160ピクセル)のディスプレイが使えるようになりました。
4つあるUSBポートのうち2つは旧来のUSB2.0ポートですが、残り2つは新規格のUSB3.0ポートになっています。
統合GPUもバージョンアップされ、パフォーマンスが向上しています。
消費電流はさらに増加し、最大1500mAに達します。
[1] Atmelはアメリカのマイクロコントローラーメーカーです。
Arduinoで使われているATMega328もAtmel社の製品です。
2016年にMicrochip Technologyに買収されました。
[2] ARM：Advanced RISC MachineまたはAcorn RISC Machineの略で、RICSアーキテクチャ(命令の設計手法のこと)をベースとしたプロセッサ群を指します。最新のパソコンで使用されているx86/x64アーキテクチャに代わるものです。
[3] The Maker Faireは2006年からアメリカ各都市で開催されているMake Magazineというモノづくり関連雑誌の関連イベントで、アート・クラフト・科学プロジェクト・DIYのアイデアを広めることを目的としています。
[4] STEM(Science,Mathematics,Engineering and Technology)と呼ばれる教育分野が注目されています。
[5] 熱を逃がすための金属製の部品。熱を持つ部品の寿命を延ばしたり、性能を十分に引き出したりするために後付けされることが多い。
[6] GPIO:汎用入出力：スクリプトやプログラムによってユーザーが自由に機能を設定できるピン。
[7] クロック周波数でプロセッサが1秒間に実行できる操作の数が決まるため、クロック周波数が高ければその分処理を高速化したり、同じ時間でたくさんのデータを処理したりできるようになります。
[8] 処理を行うメイン回路がこれまで1系統だったものが4系統になりました。4系統で処理を分散させることで、処理の高速化や処理できるデータ量の増加が見込めます。
[9] Windows 10 IoT CoreはIoT(Internet of Things)のために開発された、IoTに特化したwindowsのバージョンで、無料で使うことができます。
[10] USB OTG：USBデバイス同士がお互いに直接通信できるように拡張されたUSBの規格。
[11] LEはLow Energyの略で、特に低消費電力に重きを置いたBluetoothの規格です。
古い機器との下位互換性がなく、電波の届く範囲も限られます。
[12] WiFiの通信規格を規定しているIEEE802.11b/g/n規格では、WiFiの最大伝送速度は決められています。2.4GHz帯の802.11bは最大11Mbit/s、802.11gは最大54Mbit/s、802.11nは最大150Mbit/s、5GHz帯では最大433Mbit/sに達します。
Raspberry PiなどのWiFiの子機とWiFiの親機(ワイヤレスルーターなど)の両方が対応した規格の速度で通信することができます。
[13] IEEE802.11ac規格は5GHzでのWiFi接続についての規格で、最大で1300Mbit/sの通信が可能です。
[14] ヒートスプレッダとは金属製のカバーのこと。SoCに金属製のカバーを取り付けることでSoCの排熱を効率よく分散して放熱させることができる。
コメントを残す