Bản nâng cấp Raspberry Pi chính thức giá rẻ này sẽ thay đổi cuộc chơi

Vào ngày 14 tháng 5 năm 2024, Raspberry Pi Foundation đã công bố M.2 HAT+, một bo mạch có thể sử dụng để thêm các thiết bị ngoại vi M.2 như ổ lưu trữ NVMe và AI accelerator vào Raspberry Pi 5.

HAT+ kết nối với Raspberry Pi 5 bằng cáp phẳng linh hoạt và có thể truyền dữ liệu với tốc độ vượt quá 800MB/s. Có giá 12 USD, đây là một bản nâng cấp tuyệt vời, giá rẻ mà mọi chủ sở hữu Raspberry Pi 5 nên cân nhắc mua.

Sự cần thiết của M.2 HAT+

Qua nhiều thế hệ, các tùy chọn lưu trữ tiêu chuẩn cho Raspberry Pi là thẻ nhớ microSD và ổ cứng/SSD được kết nối bằng bộ chuyển đổi USB sang SATA. Thẻ MicroSD chậm và không đáng tin cậy, còn SSD SATA, mặc dù nhanh và đáng tin cậy nhưng lại chiếm cổng USB 3.0 trên Raspberry Pi.

SSD NVMe nhanh hơn nhiều so với SSD SATA. Bạn có thể kết nối chúng bằng USB to M.2 enclosure, nhưng tốc độ sẽ vẫn như SSD SATA vì USB làm tắc nghẽn nó. Đây là lý do tại sao cần có interface nhanh hơn.

HAT+ (Hardware Attached on Top Plus) là phiên bản nâng cao của HAT tiêu chuẩn. "Plus" trong HAT+ biểu thị những cải tiến giúp cải thiện tốc độ truyền dữ liệu và hỗ trợ nhiều thiết bị ngoại vi hơn. Raspberry Pi M.2 HAT+ có thể cung cấp dòng điện lên tới 3 amps cho các thiết bị ngoại vi được kết nối. Nó cũng có đèn LED nguồn.

Kết nối M.2 HAT+ với Raspberry Pi 5

Raspberry Pi 5 có đầu nối PCIe (PCI Express) trên bo mạch. Bằng cách sử dụng FFC (Flexible Flat Cable), bạn có thể kết nối Pi 5 và M.2 HAT+. FFC cung cấp năng lượng cho bo mạch và cũng truyền dữ liệu. Không cần phải cấp nguồn riêng cho bo mạch. Để đáp ứng nhu cầu năng lượng bổ sung, nên sử dụng nguồn điện 27W chính thức cho Raspberry Pi 5. FFC được bao gồm cùng với M.2 HAT+.

Bạn có thể cắm ổ NVMe vào khe M.2. Các ổ có hệ số dạng 2230 (dài 30mm) và 2242 (42mm) hoàn toàn phù hợp với bo mạch. Các ổ SSD dài hơn, mặc dù tương thích nhưng không vừa với bo mạch. SSD M.2 SATA không phải loại NVMe và không tương thích.

M.2 NVMe trên Raspberry Pi 5 nhanh như thế nào?

Raspberry Pi 5 sử dụng RP1, một chip điều khiển mới xử lý I/O. Nó cung cấp nhiều băng thông hơn và tăng tốc thông lượng ngoại vi. Thẻ nhớ microSD nhanh có thể đọc ở tốc độ 100 MB/s và ổ SSD SATA được kết nối bằng cáp USB sang SATA có thể đạt tốc độ khoảng 300 MB/s.

Tuy nhiên, M.2 NVMe trên HAT+ có thể đọc vượt quá 400MB/s, khiến nó trở thành tùy chọn lưu trữ nhanh nhất cho Pi 5.

M.2 NVMe có thể hoạt động nhanh hơn nữa

Ngay cả các ổ NVMe bình dân cũng dễ dàng đạt tốc độ 3GB/s. Tuy nhiên, Pi 5 có bus PCIe 2.0 một làn và tốc độ bị giới hạn ở 500MB/s. Số làn phần cứng không thể tăng lên. Tuy nhiên, bạn có thể thay đổi bus sang chuẩn PCIe 3.0 để cung cấp nhiều băng thông hơn. Điều này được thực hiện bằng cài đặt bên trong file cấu hình.

Chỉnh sửa file trong terminal:

sudo nano /boot/firmware/config.txt

Thêm một dòng:

dtparam=pciex1_gen3

Lưu file bằng Ctrl + O và khởi động lại Pi 5 để load cấu hình mới. Thao tác này sẽ khởi động PCIe của Pi 5 ở chế độ Gen 3. Pi 5 sẽ đạt được tốc độ bao nhiêu? Hơn gấp đôi và hiện tại nó sẽ đạt tốc độ vượt quá 800MB/s. Chỉ cần lưu ý một chút: Gen 3 chưa được hỗ trợ chính thức.

Có thể boot Pi 5 bằng ổ SSD M.2 NVMe không?

Có! Nhưng trước tiên cần phải cài đặt hệ điều hành. Để cài đặt hệ điều hành trên thẻ nhớ microSD, bạn sẽ sử dụng đầu đọc thẻ. Để cài đặt hệ điều hành trên ổ NVMe, cần có bộ chuyển đổi USB sang M.2. Tuy nhiên, phụ kiện này không được ưa chuộng lắm. Bạn có thể thực hiện mà không cần nó, đặc biệt nếu không cài đặt hệ điều hành thường xuyên.

Mẹo nhỏ là trước tiên hãy cài đặt Raspberry Pi OS trên thẻ nhớ microSD. Khởi động từ nó, sau đó cài đặt hệ điều hành trên ổ NVMe bằng Raspberry Pi Imager. Sau khi hoàn tất, hãy tháo thẻ nhớ microSD và Pi 5 sẽ khởi động từ SSD NVMe.

Tốc độ NVMe trên Raspberry Pi

Các tiêu chuẩn do Raspberry Pi đưa ra thường trở thành tiêu chuẩn của ngành. Tuy nhiên, việc M.2 HAT+ bị trì hoãn ra mắt đã thúc đẩy sự phát triển của bên thứ ba, chẳng hạn như NVMe Base của Pimoroni.

M.2 HAT+ được thiết kế để gắn trên Pi 5 bằng cách sử dụng chân đế 16mm. Thiết kế này trông nhỏ gọn nhưng chỉ đủ không gian để chứa bộ làm mát Pi 5 chính thức. Việc thiếu khoảng trống có thể ảnh hưởng đến luồng không khí và tăng tiếng ồn, đặc biệt khi quạt chạy ở tốc độ tối đa.

Nếu không có bộ làm mát, Pi 5 sẽ gặp hiện tượng throttle trong vòng chưa đầy một phút khi bộ xử lý hoạt động tối đa. Thiết kế của M.2 HAT+ gây khó khăn cho việc sử dụng bất cứ thứ gì ngoại trừ tản nhiệt có kích thước gần bằng bộ làm mát chính thức.

Pi 5 có bộ xử lý được cải tiến nhiều so với những thế hệ Pi trước đó. Để tận dụng tối đa bộ xử lý nhanh, điều cần thiết là phải cung cấp dữ liệu nhanh cho nó, vì vậy M.2 NVMe là con đường đúng đắn phía trước và tiêu chuẩn HAT+ được chứng minh trong tương lai là một điểm cộng.