Raspberry Pi 5、ハードウェア動画エンコードなしでHEVCデコードのみサポート

 (raspberrypi.com)
1 ポイント 投稿者 GN⁺ 2023-10-31 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • Raspberry Pi 5は2023年10月末の発売予定として発表され、4GB $60・8GB $80の価格帯でRaspberry Pi 4より2倍以上高速な性能を打ち出した
  • 新ボードはCortex-A76 CPU、VideoCore VII GPU、dual 4Kp60 HDMI出力、PCIe 2.0 x1、Wi‑Fi、Bluetooth、USB 3.0/2.0など、プラットフォーム全体を刷新した
  • メディア機能で最大の制約はハードウェア動画エンコーダーの不在であり、実際のハードウェアアクセラレーション動画機能は4Kp60 H.265/HEVCデコードに限定される
  • Raspberry Pi側は、ソフトウェアエンコードのほうが品質とビットレートをより細かく調整でき、基本的な1080p60エンコードは約1プロセッサで足りると説明している
  • カメラストリーミング、ドローン、低遅延伝送のようにリアルタイムエンコードに依存していたユーザーは、電力・遅延・CPU占有コストを新たに見積もる必要がある

発売日程と価格

  • Raspberry Pi 5は2023年10月末の発売予定として発表され、価格は4GBモデルが$60、8GBモデルが$80で、地域税は別途
  • 製品は店頭到着前に公開され、Approved Resellerパートナーを通じて予約注文でき、初回出荷分は10月末までに発送予定
  • Raspberry Piは少なくとも年末まで販売されるRaspberry Pi 5全体を、個人向け単体販売用として別枠で確保すると明らかにした
  • The MagPiとHackSpaceの紙版購読者には、Raspberry Pi 5ハードウェアへの優先アクセス用ワンタイムコードが配布される
  • Raspberry Pi 5関連情報はraspberrypi.com/5で今後も案内される予定

主なハードウェア仕様

  • CPUは2.4GHz quad-core 64-bit Arm Cortex-A76で、コアごとに512KB L2 cacheと2MB shared L3 cacheを備えるBroadcom BCM2712ベース
  • GPUはCambridgeで開発されたBroadcom VideoCore VIIで、OpenGL ES 3.1とVulkan 1.2をサポート
  • ディスプレイとメディア機能は以下を含む
    • dual 4Kp60 HDMIディスプレイ出力
    • 4Kp60 HEVCデコーダー
    • Raspberry Piが開発した新しいImage Sensor Pipeline
  • I/Oと拡張性はRaspberry Pi 4より広がっている
    • USB 3.0ポート×2、同時5Gbps動作をサポート
    • USB 2.0ポート×2
    • Gigabit Ethernet
    • 高速周辺機器向けPCIe 2.0 x1インターフェース
    • 4-lane MIPI camera/display transceiver×2
    • Raspberry Pi標準40-pin GPIO header
    • real-time clock
    • power button
  • メモリは32-bit LPDDR4X SDRAM subsystemで、4267MT/sで動作し、Raspberry Pi 4のeffective 2000MT/sより高速化している

新チップ3種とアーキテクチャの変化

  • Raspberry Pi 5には、この製品プログラム向けに設計された3つの新チップが搭載される
  • BCM2712はBroadcomの新しい16nm application processorで、Raspberry Pi 4の28nm BCM2711 APから派生し、複数のアーキテクチャ改善を含む
    • Cortex-A76はCortex-A72より3世代新しいmicroarchitecture
    • より高いIPCと、命令あたりのより低いenergyを実現する
  • Raspberry Pi 5は、前世代のmonolithic AP architectureの代わりにdisaggregated chiplet architectureを採用する
    • APは主要な高速digital function、SD card interface、SDRAM、HDMI、PCI Expressを担当
    • 残りのI/O機能は別個のI/O controllerにoffloadされ、PCI ExpressでAPに接続される
  • RP1はRaspberry Pi 5向けI/O controllerで、RP2040 microcontrollerを開発したRaspberry Piチームが設計し、TSMC 40LPプロセスで実装された
    • USB 3.0 interface×2
    • USB 2.0 interface×2
    • Gigabit Ethernet controller
    • four-lane MIPI transceiver×2
    • analogue video output
    • 3.3V GPIO
    • UART, SPI, I2C, I2S, PWM
  • RP1はfour-lane PCI Express 2.0 interfaceでBCM2712と16Gb/s linkを構成する
  • RP1は2016年から開発され、コストは**$15 million**で、Raspberry Piが手がけたプログラムの中でも最も長期的で複雑かつ高コストなものと紹介されている
  • 3つ目の新チップはRenesas DA9091 “Gilmour” PMIC
    • 8基のswitch-mode power supplyを統合
    • BCM2712のCortex-A76 coreおよびその他のdigital logicに給電できる20A quad-phase core supplyを含む
    • RTCとPC-style power button機能を提供する

動画デコードとエンコードの制約

  • コメントでの質疑応答で、Raspberry Pi側はRaspberry Pi 5の実際のハードウェア動画機能が4Kp60 H.265/HEVC decodeのみだと訂正した
  • Raspberry Pi 5にはハードウェア動画エンコーダーがない
    • H.264はソフトウェア処理
    • HEVCハードウェアエンコーダーも提供されない
  • Gordon Hollingworthは、Raspberry Pi 1、2、3、4のハードウェアエンコードはビットレートに対する品質が比較的低かったと評価している
  • プロセッサでエンコードすれば、ユーザーは品質とビットレートのバランスをより正確に選べるが、そのぶん消費電力は増える
  • デフォルト設定では1080p60エンコードに約1プロセッサしか必要とせず、Raspberry Pi 4のハードウェアエンコーダーより品質が良いと説明している
  • 適切な設定を使えば4Kエンコードを約24fpsで達成することもできるが、その方向にはまだ最適化していない
  • 長期的には「何かをしなければならない」が、Raspberry Pi 5ではハードウェアエンコーダーはシリコン面積の観点で「mm² too far」だったと説明している
  • AV1はデコード可能だが4Kは無理で、1080pなら可能だろうというLiz Uptonのコメント回答がある

ボードレイアウトとコネクタの変更

  • Raspberry Pi 5はcredit-cardサイズのfootprintを維持するが、新chipsetの機能に合わせて一部配置が変更されている
  • four-pole composite videoおよびanalogue audio jackが削除された
    • composite videoはRP1で生成され、ボード下端の0.1インチ間隔padペアから引き続き利用可能
  • 従来のfour-pole jackとcamera connectorがあったスペースには、FPC connector 2基が配置される
    • 2つのMIPI interfaceはbi-directional transceiverで、それぞれCSI-2 cameraまたはDSI displayに接続可能
  • 従来display connectorがあったボード左側のスペースには、PCI Express 2.0 single lane接続用のより小型なFPC connectorが配置される
  • Gigabit Ethernet jackはボード右下の従来の位置に戻る
  • four-pin PoE connectorも移動し、既存のPoEおよびPoE+ HATとは互換性がない
  • heatsink用mounting hole 2つと、以下のJST connectorが追加された
    • RTC battery用2-pin
    • Arm debugおよびUART用3-pin
    • PWM controlとtacho feedbackをサポートするfan用4-pin

電源、冷却、アクセサリ

  • Raspberry Pi 5は、caseなし・active coolingなしでも一般的なclient workloadを処理できるよう設計されている
  • caseなしで持続的なheavy loadをthrottlingなしで使いたい場合は、$5 Active Coolerを追加できる
  • 更新版のRaspberry Pi 5用caseは$10で、最大2.79 CFMのfanを内蔵する
    • fanはfour-pin JST connectorに接続され、温度制御された冷却を提供する
    • case fanはfluid dynamic bearingを採用
  • caseとActive Coolerはいずれも、一般的な周囲温度とworst-case loadにおいてRaspberry Pi 5をthermal throttle pointより十分低く保てる
  • 同じworkloadでは、Raspberry Pi 5はRaspberry Pi 4より消費電力が大幅に低く、より低温で動作する
  • 最も重いworkload、特に「power virus」workloadでは、peak power consumptionはRaspberry Pi 4の8Wに対して約12Wまで増加する
  • 標準の5V 3A、15W USB-C adapterを使うと、downstream USB currentはデフォルトで600mAに制限される
  • 高電力周辺機器とpeak workloadの余裕を両立するため、$12 USB-C power adapterが提供される
    • 5V 5A、25W operating modeをサポート
    • firmwareがそのpower supplyを検出すると、USB current limitを1.6Aに引き上げる
    • downstream USB device向け追加5W電力と、on-board power budget 5Wを追加提供する

M.2、PoE+、カメラ・ディスプレイケーブル

  • Raspberry Pi 5には高速周辺機器向けsingle-lane PCI Express 2.0 interfaceが追加された
  • Raspberry Piは2024年初頭から、PCIe FPC connectorとM.2 standardの一部を変換するmechanical adapter board 2種を提供予定
    • 1つ目のM.2 adapterはstandard HAT form factorに合わせたもので、より大きなdevice搭載向け
    • 2つ目のM.2 adapterはL字型form factorを共有し、Raspberry Pi 5 case内に2230および2242 format deviceを搭載できる
  • 新しいPoE+ HATは2024年初頭から提供予定
    • four-pin PoE headerの新しい位置に対応
    • Raspberry Pi 5 case内に収まるL字型form factorを採用
    • 公開画像はprototypeであり、production versionは異なる予定
  • 新しいhigher-density MIPI connector pinoutのため、既存のRaspberry Pi camera/displayおよびサードパーティ製品を接続するにはadapterが必要
  • Raspberry Piはmini形式からstandard形式へ変換するFPC camera/display cableを提供する
    • 200mm、300mm、500mmの長さ
    • 価格はそれぞれ$1、$2、$3

Raspberry Pi OSと互換性

  • 新しいRaspberry Pi OSは、DebianおよびRaspbianの最新releaseであるBookwormベース
  • Raspberry Pi 4と5では、X11からWayfire Wayland compositorへ移行する
  • Raspberry Pi OSは10月中旬発売予定で、Raspberry Pi 5でサポートされる唯一のfirst-party OSとなる
  • Raspberry Pi 5はBookwormを実行する必要があり、BullseyeやBusterを実行できるかという質問にはBookwormが必要だと回答している
  • 32-bit Bookworm imageがPi 5をサポートするかという質問には、32-bit Bookworm imageはPi 5をサポートしないと回答している
  • OMXplayerはPi 5では動作せず、VLC、FFMPEGなどの代替を動かすことが重要になる
  • BullseyeからBookwormへ移る際はクリーンインストールが必要で、既存imageをその場アップグレードするより、ユーザーのカスタマイズだけ移行するほうがエラーの可能性が低いと説明している

コメントで浮かび上がった論点

  • 供給と価格への懸念が繰り返し挙がり、Raspberry Pi側は発売初期在庫は各地域のAuthorised Resellerにあり、推奨価格に地域税は含まれないと回答している
  • Raspberry Pi 4は少なくとも2030年代まで終売しないというLiz Uptonの回答がある
  • micro-HDMI採用への不満もあり、Raspberry Pi側は基板スペース上、full-size HDMI socket 1つ分の場所にmicro-HDMI 2つ、HDMI logo、新しいUART socketを配置できると説明している
  • USB-C電源ポートはPi 4と同じdwc-otg interface capabilityを持ち、gadget modeをサポートするとの回答がある
  • USB-CポートがUSB3 hostをサポートするかという質問には、しないと回答している
  • Raspberry Pi 5にはfull TrustZone security implementationがなく、full Widevine certificationは事実上不可能との回答がある
  • Ethernet経由のWake-on-LANはおそらく不可で、ハードウェア的にも容易ではなく、RP1ソフトウェアで迂回実装される可能性も低いとの回答がある
  • RP1にはPIOがあるが、RP2040 PIOと完全に同じではなく、発売時点ではその機能を公開するソフトウェアサポートはない
  • Compute Module 5、Raspberry Pi 500、16GBモデル、RP1単体製品など将来製品に関する質問には明確な発表はなかった

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1件のコメント

 
GN⁺ 2023-10-31
Hacker News の意見

  • より速く高価な新しい Pi を作り続けるより、既存の Pi をもっと安く、簡単に入手できるようにすることに注力してほしい
    自分は RPi を十数台ほど持っているが、モニターにつないでいるものは一つもない。デュアル 4K HDMI ポートは必要なく、広く在庫がある20ドルの Piが欲しい。RPi が本来何のための製品だったのかを忘れてしまったように思える

    • Pi キーボードを大量生産したことを見ると、彼らが考えている方向性の一つが教育と、現代的なコンピューティングハードウェアへのアクセス拡大だと分かる
      性能の幅を広げ、モニターに接続できるようにすることも、その目標にとっては意味のある一歩に見える。汎用コンピューターは人によって使い方が異なるので、「RPi が本来何のための製品かを忘れた」という言い方は無知であるだけでなく、人を傷つける可能性もある。望む方向と会社の製品方針が平行線になることはあるかもしれないが、この舞台の主人公が自分だけではないという共感は必要だ
    • ここにある。Microcenter で10ドル
      https://www.microcenter.com/product/486575/Zero_W
    • むしろ性能をもっと真剣に見てほしい。Pi 4 では耐えられなかったので、複数の作業を Intel N100 NUC に移した
      他のユースケースでも Pi 4 では厳しかったし、RK3588 ベースの競合製品はかなり魅力的に見える。要するに、あなたのユースケースと私のユースケースは違うということ。より高い性能とコスト効率を、今後も一緒に追求してほしい
    • しばらく買ってはいないが、Pi Zero W は Microcenter で10ドルで在庫があり、他の販売者も15ドルで売っているようだ
      それなら、すでに20ドル未満で広く入手できる Pi があるのではないかと思う
    • それこそが RPi Zero 2 の役割だ。15ドルで、ちゃんと動く

  • 「将来は何かしなければならないでしょうが、Pi 5 ではハードウェアエンコーディングは 1mm² でも大きすぎると考えています」という発言は、企業的な言い回しとしては「Broadcom が、もはや低価格または無料でビデオ IP コアを使わせないことにした」という意味に聞こえる

    • その通り。文脈として、Pi 1〜4 はすべて H.264 ハードウェアエンコーダー/デコーダーを搭載していて、少なくとも 720p 30Hz のリアルタイムエンコードは問題なかった
      ダイ面積の論理は AV1/HEVC エンコードを入れなかった理由としては理解できるが、H.264 が外れた理由は説明できない。今では CPU が昔のハードウェアエンコーダーより良い品質とフレームレートで H.264 をエンコードできるほど強力になった、という説明の方がまだ妥当ではあるが、低消費電力が必要な人や CPU を別の作業に使いたい人にとっては、依然として後退だ。結局、ライセンスのような別の要因が決定を導いたのであり、この説明は事後的な正当化のように聞こえる
    • Raspberry Pi 財団が、自分たちの存続にあまり関心がなさそうな会社にここまで縛られているのは少しもどかしい
      Broadcom はオープンソースコミュニティに対して、良く言っても常に無関心で、悪く言えば敵対的だった
    • 実際のハードウェアダイにはエンコーダーがあるが、ヒューズで無効化されているという意味なのか？
      そうだとすれば、Raspberry Pi には単に正直に言わず、露骨に嘘をつく組織文化があるということになる。この発言が Eben Upton から出たものではないにしても、以前にも彼が真実を避けたり、ただ嘘をついたりするのを何度も見てきた。パートナーの足を踏まないようにすることや、後継製品が近いように見せて Osborne 効果を起こさないようにすることと、露骨な不誠実さは別物だ。非常に失望している

  • Gordon Hollingworth の「将来は何かしなければならないでしょうが、Pi 5 ではハードウェアエンコーディングは 1mm² でも大きすぎると考えています」という発言は、高速な CPU と微妙なハードウェアアクセラレーション付きエンコードの選択肢を考えれば、もっともらしい
    その「何か」とは、ハードウェアアクセラレーション付きのエンコードとデコードを完全に外し、確保したシリコンをより強力な CPU、たとえばより大きなベクターユニットやより多くのコア、Cortex X のようなものに使う方法かもしれない。あるいは、一般的で比較的重いコーデック一つのハードウェアエンコーダーと、そのコーデックおよびいくつかのコーデック用デコーダーを入れることもできる。Pi 5 のようにデコーダーだけを入れる方向もあるし、人気のビデオコーデックの重い処理を担えるよう構成可能な柔軟な演算ファブリックを入れる方法もある。さらに、より新しいプロセスへ移行して効率やトランジスタ予算を増やす選択肢もある。どの道を選ぶにせよ、個人的にはハードウェアアクセラレーション付きデコードの方がエンコードよりはるかに有用だ

    • ハードウェアデコードはエンコードより面積を使わず、電力削減とユーザーのメリットが最も大きく、特許コストもより安い

  • ある程度は理解できるが、それでも残念だ。すべての再生機器が HEVC をサポートしているわけではなく、HEVC は H.264 のようなコーデックよりも長く特許に縛られる可能性が高い
    オープンなハードウェアアクセラレーション対応フォーマットがもう一つくらいあればよかった。AV1 はまだ少し早いかもしれないが、たとえば VP9 は最新の iOS と Android デバイスで使える。ライセンス費用がどれほど影響したのかも気になる。過去の RPi には、まさにその理由でソフトウェアでアンロック可能なコーデックがあった

    • rk3588 と rk3588s、たとえば Orange Pi 5 は、ハードウェア H.264/HEVC エンコード 8K 30fps、ハードウェア HEVC/VP9 デコード 8K 60fps、H.264 デコード 8K 30fps、AV1 デコード 4K 60fps をサポートしている
    • 意外にも、AV1 デコーダーは VP9 より実装しやすい。設計上そう作られており、VP9 の一部の変換はストリームをより簡単にデコードできるよう AV1 では削除された
      AV1 ハードウェアデコードがこれほど時間を要したのは、ハードウェアメーカーがサポートに消極的だった問題のように見える。HEVC と VVC の方はハードウェアサポートが多い
    • 別のところでは、必要なダイ面積に対する品質と使い勝手が、自分たちが合理的だと考える水準に達しなかったと言っていた

  • Pi 派生ボードは本当に多く、構成の幅もかなり広い。私は常に Pi を一般消費者向けの代表的な製品として見ている
    Pi 4B もかなり印象的だったが、もっと広く入手できればよかったと思う。例としては Banana PI M5: https://www.banana-pi.org/, Odroid C4: https://wiki.odroid.com/start, Odroid N2+: Odroid C4: https://wiki.odroid.com/start, Libre "Le Potato": https://libre.computer/, Libre "Renegade": https://libre.computer/, Orange Pi 3 LTS: http://www.orangepi.org/, Orange Pi 5: http://www.orangepi.org/, Rock Pi 4C+: https://rockpi.org/, Nano Pi M4B: http://nanopi.io/ がある

    • 存在するシングルボードコンピュータの種類は非常に多く、その多くは RPi よりスペック対価格の面で優れている
      RPi を買うということは、ハードウェアだけでなく、膨大なサポート、チュートリアル、標準化にもお金を払うということ。HN の多くの人なら、BPi、OPi、ROCK などにあるより小さな知識基盤でも対応できそうだ

  • Nvidia の新しい開発キットである Jetson Orin Nano にも、意外なことにハードウェアビデオエンコーダがない
    代わりに CPU でビデオをエンコードする必要があるが、多くのビデオアプリケーションでビデオエンコードが一般的なユースケースであることを考えると、とても奇妙だ

    • 私も見て驚いた。CUDA コアでエンコードすることもしていないようだ。Jetson のように統合メモリがあれば、それほど問題にならなさそうなのに、それでもそうなっている
      それでも正しく設定すれば、CPU で 1080p ストリーム 4 本を 30fps H.264 でエンコードできるようだ: https://www.ridgerun.com/post/jetson-orin-nano-how-to-achiev...
    • では、もう Nvidia NVENC はないということか？
      OBS はそれならどうするのか？ https://www.nvidia.com/en-us/geforce/guides/broadcasting-gui...
    • Nvidia がより高価なモデルを買わせるためにハードウェアエンコードを削ったのだ

  • 2023 年に H.264 ハードウェアデコードがないというのは少し納得しがたい
    最近は CPU 使用率が低くなったとはいえ、依然として圧倒的に最も使われているコーデックだ

    • H.264 が最も広くサポートされているのは確かだが、おそらく最も使われているわけではないかもしれない
      今日では、すべてのストリーミングサービスが帯域幅を節約するために AV1、VP9、HEVC コンテンツを優先して配信しており[0]、過去 5 年間のクライアント、つまり携帯電話、GPU、スマート TV、ストリーミングボックスなどは、これらの新しいフォーマットのいずれかをサポートしている。0: https://www.etcentric.org/netflix-switching-from-vp9-codec-t...
    • ライセンス費用を節約するためだ。A76 コアは H.264 を力技で処理するには十分に速い

  • 携帯型フォームファクタ、GPIO、消費電力が必要ないなら、リファービッシュ品の HP Prodesk G3 400 のようなものを 60 ドルで買え、ハードウェア性能ははるかに高い
    ホームサーバーとしては実際その方が得だ

    • たった今 eBay で、第 10 世代 i5 と 16GB RAM 搭載の HP c640 Chromebook を 60 ドルで買った
      7B LLM を毎秒 1〜2 トークンで動かせる程度には速い
    • 常時稼働させるコンピュータなら電気代も払う必要がある
      Prodesk G3: 24時間 * 365日 * 35W * 1000W/kW * $0.30/kWh = $91。Raspberry Pi 5: 24時間 * 365日 * 12W * 1000W/kW * $0.30/kWh = $31。Raspberry Pi 5 の 12W は過大見積もりで、Intel チップの 35W は過小見積もりである可能性が高いため、実際の差はさらに悪くなるかもしれない
    • 新しい Intel N100 NUC プラットフォームのチップが、おそらく正解に近い
      価格は 2 倍だが、消費電力は 50% 負荷時にコンセント側で約 4W で、比較対象の 30W よりはるかに低く、性能はずっと速い

  • Rockchip RK3588S ベースの Orange Pi 5 のような直接の競合製品では、この点は違うのか？
    ハードウェアアクセラレーションによるビデオエンコード/デコードの選択肢が不足しているのは、コスト削減のために低価格機器ではよくあることかもしれないと思う

    • rk3588 と rk3588s はどちらも、ハードウェア H.264/HEVC エンコード 8K 30fps、ハードウェア HEVC/VP9 デコード 8K 60fps、H.264 デコード 8K 30fps、AV1 デコード 4K 60fps をサポートしている
    • より安価な他のボードにも、数年前から AES アクセラレーションが搭載されていた

  • ハードウェアビデオエンコードが欲しいなら、最新世代の AMD 7840 を使うこのシングルボードコンピュータを見るとよい
    H.264、AV1、HEVC を含むすべてのエンコードと、最新世代の AMD GPU が入っている: https://youtu.be/WCRK-Uwb0EA?si=BlxaYkg7Ecq2rALJ