Raspberry Pi 5 体験記【PCIe SSD化】

こんにちは、あろっちです。

Raspberry Pi 5が国内販売開始されたので8GBモデルを購入してみました。
PCIe接続でのSSD化するまでの過程などを記載したいと思います。

スペック(Raspberry Pi 5とRaspberry Pi 4の比較)
Raspberry Pi 5本体
PCIe SSD化にあたり入手したもの
組み立て
1. GPIO使用例
  1. gpiozeroライブラリを使う場合
  2. RPi.GPIOライブラリを使う場合
    1. ライブラリのインストール
    2. ソース (Python)
セットアップ
SSDをベンチマークしてみました
1. PCIe 3.0の設定
ケースをつけてみました
まとめ
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スペック(Raspberry Pi 5とRaspberry Pi 4の比較)

スペック	Raspberry Pi 5	Raspberry Pi 4 Model B
プロセッサ	Broadcom BCM2712 64ビットクアッドコアArm Cortex-A76、2.4GHz	Broadcom BCM2711 64ビットクアッドコアCortex-A72 (ARM v8)、1.8GHz (旧ロットは1.5GHz)
RAM	LPDDR4X-4267 SDRAM (4GBおよび8GB)	LPDDR4-3200 SDRAM (1GB, 2GB, 4GB, 8GBのオプション)
GPU	VideoCore VII、OpenGL ES 3.1、Vulkan 1.2をサポート	VideoCore VI、OpenGL ES 3.0、Vulkan 1.0をサポート
ディスプレイ	Dual 4Kp60 HDMI®ディスプレイ出力、HDRサポート	2つのmicro HDMIポートを介した最大4Kのデュアルディスプレイサポート
ワイヤレス通信	2.4 GHzと5.0 GHz IEEE 802.11ac wireless、Bluetooth 5.0、BLE	2.4 GHzと5.0 GHz IEEE 802.11ac wireless、Bluetooth 5.0、BLE
USB	2 × USB 3.0（同時に5 Gbpsの通信が可能）、2 × USB 2.0	2 × USB 3.0、2 × USB 2.0
GPIO	Raspberry Pi標準の40ピンヘッダ	Raspberry Pi標準の40ピンGPIOヘッダ
電源	5V/5A DC電源、USB-C経由、Power Deliveryサポート	5V/3A DC電源、USB-C経由
カメラ/ディスプレイポート	2 × 4レーンMIPI カメラ/ディスプレイポート	1 × 2レーンMIPIカメラポート、1 × 2レーンMIPIディスプレイポート
その他	PCIe 2.0 x1 インターフェース（高速ペリフェラル用、別途 M.2 HAT またはその他のアダプターが必要）リアルタイムクロック（RTC）、パワーボタン、FANコネクタ、UARTコネクタ	4極ステレオオーディオおよびコンポジットビデオポート
生産期間	2035年1月まで	2031年1月まで

個人的に興味を持ったのはPCIeインターフェースが追加されたことで、PCIe接続でM.2 NVMe SSDが使えるようになったところですね。

気になるところとして5V/3Aでも動作するようですが(USBの出力電流が600mAに制限される)、5V/5Aの電源を使う方がいいみたいなので、対応した電源アダプターを別途購入しました。後ほど紹介します。

Raspberry Pi 5本体

まずは開封の様子

メモリは8GBモデルです。

箱手前に技適マークが確認できます。技適マークは箱にあるだけなので大切に保管しましょう。

開封したところ。開封の瞬間はテンション上がりますね。ロゴ印字が逆さなので取り出してみます。

取り出したところ。印字の向きもこの向きでいいみたいですね。

今回、冷却部品として純正アクティブクーラーを同時購入しました。そしてアクティブクーラーを取り付けたところ。
今回は購入していませんが、Raspberry Pi 5専用ケースの場合、ケースにヒートシンクやファンが付属していることが多いみたいです。
(記事執筆後、ケースを購入しました。ケースについて追記しています。)

Raspberry Pi 5は巷では結構高温になるとのことなので何もしないより冷却できるようにしておいた方がよいのではと思っています。

アクティブクーラーのファームウェア仕様

CPU温度が60°Cでファンが起動
67.5°Cでファンの速度が上昇
75°Cでファンが最大速度に移行
60°C以下でファンが自動停止

Attention Required! | Cloudflare

PCIe SSD化にあたり入手したもの

Geekworm PD27W(5.1V 5A) 電源アダプター
Geekworm X1001 V1.1 PCIe NVMe M.2 SSD 2280拡張ボード
M.2 NVMe SSD 128GB (シリコンパワー製)

電源アダプターはSSD化のためというよりRaspberry Pi 5の要求電源(5V/5A)のために購入しました。

いずれもAmazonで入手できますが、GeekwormのSSD拡張ボードと電源アダプターはAliExpressのGeekworm official storeでセットになったものが売っていたので今回そちらで購入しました。

Geekworm PD27W(5.1V 5A) 電源アダプター

箱です。

表面 GEEKWORMのロゴが確認できます。

裏面
5.1V/5A(27W)の表記が確認できます。PSEマークも確認できました。
ケーブルが割と太くてしっかりした作り(長さ: 1.2m 太さ: AWG 18)になっています。
実際に使ってみると5V/3Aで起動した時に表示される電流不足のアラートは表示はされなくなりました。

Geekworm X1001 V1.1 PCIe NVMe M.2 SSD 2280拡張ボード

拡張ボードの他、写真付きのマニュアルが付属しています。

組み付けのビスの他、M.2 NVMe SSDを固定するビス(銀色)も付属しています。

M.2 NVMe SSD 128GB

シリコンパワーのこちらをチョイス
NVMeにしては珍しく(?)小容量の128GBにしました。
Amazonで購入したのですが、256GBのSSDより若干安かったというのと自分の使い方だとRaspberry Piでは容量を使いこむようなヘビーな使い方をしたことがないというところでこちらにしました。

組み立て

では組み立てていきます。

Raspberry Pi 5本体に支柱となるスペーサーとPCIeケーブルを取り付け。

SSD拡張ボードをビスで固定し、PCIeケーブルを拡張ボードに取り付け

拡張ボードにSSDを取り付けて銀色のビスで固定

これで完成

結構様になっていますね。
GPIOには干渉していないのでGPIOは使えそうです。

GPIO使用例

フェードLチカをしてみました。

LEDはアノードを抵抗(220Ω)を介してGPIO18に接続、カソードをGNDに接続しています。

gpiozeroライブラリを使う場合

Thonnyから実行できます。

from gpiozero import PWMLED
from signal import pause

led = PWMLED(18)
led.off()

try:
    led.pulse()
    pause()
except KeyboardInterrupt:
    led.close()

gpiozeroライブラリは簡潔に記述できますね。

RPi.GPIOライブラリを使う場合

Raspberry Pi 4など旧モデルで以前よく使われたライブラリです。

ライブラリのインストール

Raspberry Pi OS(bookworm)にはデフォルトでRPi.GPIOライブラリがインストールされていないため別途PythonのRPi.GPIOライブラリをインストールしました。

pip install --break-system-packages rpi-lgpi

ソース (Python)

Thonnyから実行できます。

import RPi.GPIO as GPIO
import time

LED_PIN = 18
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)

led = GPIO.PWM(LED_PIN, 100)
led.start(0)

try:
    while True:
        for i in range(0, 101):
            led.ChangeDutyCycle(i)
            time.sleep(0.01)
        for i in range(100, -1, -1):
            led.ChangeDutyCycle(i)
            time.sleep(0.01)
            
except KeyboardInterrupt:
    pass

led.stop()
GPIO.cleanup()

セットアップ

予めPCからRaspberry Pi Imagerを使ってRaspberry Pi OS(bookworm 64bit)をSDカードに焼いて、日本語環境設定等まで済ましていました。

Raspberry Piの日本語設定まとめ【Mac日本語キーボードの設定例もあります】

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今回はSDカードからSSDをセットアップする手順を記述します。

まずSDカードからOSを起動します。

今回はSDカードの環境をSSDにコピーする方法をとります。
環境をコピーするにはSD Card Copierを使います。

メニューから[アクセサリ] > [SD Card Copier]を起動します。

[Copy From Device:]にSDカード、[Copy To Device:]にSSDを指定し、SSDは新規作成ということでNew Partition UUIDsにチェックを入れて、[Start]をクリックします。

SSDの中身を消去してよいか尋ねられますので[Yes]をクリックします。

コピー中の画面。完了するまでしばらく待ちます。

完了したら[OK]をクリックし、SD Card Copierを終了します。

次にSSDから起動するための設定を行います。

ターミナルを起動し、raspi-configを起動します。

sudo raspi-config

[6 Advanced Options]を選択します。

[A4 Boot Order]を選択します。

[B2 NVMe/USB Boot]を選択します。

NVMeからのブート(起動)がデフォルトになります。

raspi-configを終了し(タブを何度か押してFinishを選択)、一度シャットダウンします。

SDカードスロットからSDカードを抜いて起動します。

こちらがSSDからブートした画面。dfコマンドでディスク容量を確認したところです。
128GBあることが確認できました。

SSDをベンチマークしてみました

次のサイトのベンチマークツールで測定してみました。

2022 Raspberry Pi Storage Benchmarks

The Compute Module 4 is dominating the storage benchmarks by using actual NVMe via a PCIe adapter. Some new drives have ...

コマンド

sudo curl https://raw.githubusercontent.com/TheRemote/PiBenchmarks/master/Storage.sh | sudo bash

PCIe 2.0(Raspberry Pi 5のデフォルト)の結果は次のとおりでした。

PCIeをPCIe 3.0に変更(手順は後述)してベンチマークした結果は次のとおりでした。

比較表

テスト	PCIe 2.0(デフォルト)	PCIe 3.0
HDParm Disk Read	404.19 MB/s	778.98 MB/s
HDParm Cached Disk Read	403.33 MB/s	746.99 MB/s
DD Disk Write	282 MB/s	442 MB/s
FIO 4k ramdom read	107225 IOPS (428900 KB/s)	196923 IOPS (787692 KB/s)
FIO 4k random write	82580 IOPS (330322 KB/s)	84979 IOPS (339917 KB/s)
IOZone 4k read	178345 KB/s	214497 KB/s
IOZone 4k write	171015 KB/s	193367 KB/s
IO Zone 4k random read	59801 KB/s	66842 KB/s
IO Zone 4k random write	186049 KB/s	216205 KB/s
Score	39925	49273