10 Jahre Raspberry Pi: Wieso ihn Millionen Menschen kaufen

Wir blicken auf wichtige Raspi-Meilensteine zurück, nehmen das Erfolgskonzept unter die Lupe und analysieren die wirtschaftliche Basis des Einplatinencomputers.

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  • Christof Windeck
Inhaltsverzeichnis

Er hat am Schalttag Geburtstag: Am 29. Februar 2012 stellte die Raspberry Pi Foundation ihren ersten Einplatinencomputer vor. Seither wurden mehr als 40 Millionen Raspis gekauft. Alleine 2020 waren es über 7 Millionen, was rund 2,5 Prozent der im selben Jahr verkauften PCs und Notebooks entsprach. Nach Chromebooks sind Raspis wohl die meistverkauften Linux-Rechner. Seit 2012 kamen 18 Raspi-Versionen auf den Markt, die Millionen Bastler inspirierten und eine Horde von Nachahmern auf den Plan riefen.

10 Jahre Raspi: Projekte und Hintergrund

Der Raspi ist ein sogenannter Einplatinencomputer mit einem billigen ARM-Chip als Hauptprozessor, auf dem (meistens) Linux läuft. Auf den ersten Blick ähnliche Single Board Computer (SBC) gibt es schon seit Jahrzehnten, aber bis 2012 nur mit Pferdefüßen: Entweder waren sie für professionelle Entwickler gedacht, also teuer und für Privatleute kaum zu beschaffen. Oder sie waren krötenlahm und wegen frickeliger Linux-Unterstützung nur von Nerds benutzbar.

Der Raspi traf mit seinen positiven Eigenschaften einen Nerv: billig, ausreichend leistungsfähig, viele Anschlüsse – aber trotzdem nicht zu kompliziert, vor allem dank guter Linux-Unterstützung und Dokumentation. Der Raspi macht Tüftler glücklich, weil er leicht in Betrieb zu nehmen ist; das wiederum motiviert zu Experimenten. Man kann sich auf sein Projekt konzentrieren, statt viel Zeit mit der Konfiguration der Hardwareplattform zu verschwenden.

Dr. Eben Upton leitet die Raspberry-Pi-Handelssparte seit ihrer Gründung und spielt auch in der Stiftung eine wichtige Rolle.

(Bild: Raspberry Pi Foundation/YouTube)

Erklärtes Vorbild des Raspberry Pi 1 war der "BBC Micro" aus den 1980er-Jahren, der als Lerncomputer in einer Sendereihe der britischen BBC große Bekanntheit erreichte. Auch der Raspi zielte vor allem auf britische Schüler und Studenten, nämlich als unkomplizierte und bezahlbare Hardwareplattform für die IT-Ausbildung.

Die gemeinnützige Raspberry Pi Foundation steckt viel Arbeit in Software, Dokumentation, (Lehrer-)Schulungen und Support über Online-Foren. In der hauseigenen Linux-Distribution auf Debian-Basis – früher Raspbian genannt, heute Raspberry Pi OS – steckt viel Feinschliff. Kompatibilität hat höchste Priorität: Softwareprojekte laufen ohne Änderungen auf unterschiedlichen Raspi-Varianten. Das seit Jahren weiterentwickelte Betriebssystem läuft stabil genug für manche Industrieanwendungen.

Das Bootmedium ist clever gewählt: Die meisten Raspi-Versionen booten von einer MicroSD-Karte, die man an einem anderen PC (mit Windows, macOS oder Linux) vorbereiten kann. Die präparierte Speicherkarte lässt sich in einen Raspi aus einer anderen Generation oder mit anderer Bauform umstecken.

Dank offenem Betriebssystem und riesiger Entwicklergemeinde eignet sich der Raspi auch für Anwendungen, die viele Jahre lang benutzt werden sollen: Es ist kaum zu befürchten, dass der Support ausläuft, im Unterschied zu vielen sonstigen Smart-Home- und IoT-Geräten. Anders als in aktuellen x86-Rechnern steckt in Raspis zudem sehr wenig proprietäre Firmware. Damit bieten sie wenig Angriffsfläche und Verstecke für Hintertüren – gute Voraussetzungen zur Verarbeitung sensibler Daten.

Die Raspi-Entwickler haben Maßstäbe gesetzt. Zum großen Erfolg beigetragen hat die 40-polige Pfostensteckerleiste mit konfigurierbaren Allzweckanschlüssen, die beim ersten Raspi noch 26 Kontakte hatte. Dieser simple GPIO-Header (GPIO steht für General Purpose I/O) im gängigen 2,5-Millimeter-Raster ermöglicht es, eine Fülle anderer Hardware wie Sensoren, Displays, Servo- und Schrittmotoren, Schalter, Encoder, Relais und LED-Streifen anzuschließen und unter Linux zu nutzen, wie wir im Artikel "Wie Sie mit Ihrem Raspi Servos und Sensoren ansteuern" ausführlich vorstellen.

Der billige und flexible GPIO-Anschluss entwickelte sich zum Quasistandard. Eine Fülle von Softwareprojekten nutzt ihn und es gibt eine breite Auswahl an aufsteckbaren Erweiterungsplatinen, genannt "Hardware Attached on Top" (HAT): zum Beispiel für Hi-Fi-Audio oder mit Display, Schrittmotortreibern, Sensoren oder Analog-Digital-Messwandlern. Die 40-polige GPIO-Pinleiste findet sich mittlerweile auch auf vielen konkurrierenden SBCs mit ARM-, RISC-V- und x86-Chips, sogar auf FPGA-Entwicklerboards für Profis.

Generationenvergleich: Links in der oberen Reihe der Raspi 1, dann folgen Raspi 2, Zero 2 W und CM4. In der unteren Reihe liegen die Raspi 3B+, 3B V1.2 und 4B nebeneinander.

Der Raspi taugt auch bestens als Open-Source-Netzwerkgerät, etwa als Webcam, Firewall oder WLAN-Hotspot. Praktisch für diese Zwecke ist die optionale Speisemöglichkeit per Power-over-Ethernet (PoE). Eine clevere und finanziell einträgliche Idee der Raspi-Handelssparte war es, kompatibles Zubehör zu verkaufen: Kameras und Touchdisplays mit jeweils passendem (CSI-/DSI-)Flachbandkabel, Tastaturen, Mäuse, Netzteile, Gehäuse. Das erleichtert Laien den Einstieg, weil sie sich mit weniger Problemen herumschlagen müssen. Das Zubehör ist zudem für die Belieferung von Schulen, Unis und anderen Bildungseinrichtungen wichtig.

Raspi-Konkurrenten wie Orange Pi, Banana Pi und Pine A64 mögen für bestimmte Anwendungen besser geeignet oder schlichtweg billiger sein. Doch die Summe seiner guten Eigenschaften macht den Raspi zur ersten Wahl als Hardware-Unterbau für IT-Basteleien. Dadurch kommen die verschiedenen Raspi-Varianten auf gewaltige Stückzahlen. Das wiederum verschafft den Raspi-Entwicklern die finanziellen Mittel, ihr Produkt weiter zu verbessern. Bisher schaukelt sich dieser selbstverstärkende Kreislauf immer weiter hoch – bis die Chipkrise aufzog. Aktuell sind viele Raspi-Varianten entweder gar nicht zu bekommen oder nur zu überzogenen Preisen.

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Die Raspberry-Pi-Familie umfasst vier verschiedene Bauformen, nämlich den "normalen" Raspi mit einer Platine im Bezahlkartenformat (8,5 cm × 5,6 cm), den weniger als halb so großen und billigeren Zero (6,6 cm × 3 cm), das Compute Module (CM) für Industriekunden und den Minicomputer Raspi 400 im Tastaturgehäuse (Test). Im Vergleich zur Standardausführung fehlen dem Zero einige Schnittstellen, um Platz zu sparen, und für die GPIO-Leiste sind nur Lötaugen vorhanden – wer Pins benötigt, muss selbst löten. Das CM wiederum hat keine direkt nutzbaren Anschlüsse, sondern ist als Steckmodul zum Einsatz in anderen Geräten gedacht, etwa als "Rechengehirn" einer Industriesteuerung. Auf einem kompatiblen I/O-Board lässt sich ein CM aber ähnlich wie ein normal großer Raspi nutzen.

Die aktuellen Raspi-Bauformen: oben der Raspberry Pi 4, darunter das Compute Module CM4 für den Einbau in andere Geräte und unten der Raspberry Pi Zero 2 W mit einer Variante des BCM2837-Prozessors des älteren Raspberry Pi 3.

Der 2020 eingeführte, eng mit dem Raspi 4 verwandte Raspi 400 ist ein bezahlbarer Schülercomputer und auch als Kit inklusive Netzteil, Maus, HDMI-Kabel, MicroSD-Karte mit vorinstalliertem Linux und gedrucktem Handbuch erhältlich. Anders als die Raspberry Pi Foundation andeutet, ist ein Raspi 400 zwar kein vollwertiger Ersatz für einen Mini-PC, dazu ist der Prozessor schlichtweg zu schlapp. Doch er taugt für einfache Aufgaben wie Textverarbeitung und steuert auch 4K-Monitore an, bei Bedarf gleich zwei davon.

Der Schulcomputer Raspberry Pi 400 zeigt, dass die Raspi-Macher auch aufs Äußere achten.

Bis auf den Raspi 400 gibt es die drei anderen Bauformen jeweils in mehreren Generationen. Der Urvater Raspi 1 aus dem Jahr 2012 erschien mit einem ziemlich lahmen System-on-Chip (SoC) Broadcom BCM2835, in dessen einzigem Prozessorkern noch ARMv6-Technik aus dem Jahr 2002 rechnete.

Drei Jahre später brachte der Raspi 2 eine Leistungsexplosion: Vier Cortex-A7-Kerne im BCM2836 mit 30 Prozent höherem Takt und jüngerer ARMv7-Architektur. 2016 folgte mit dem Raspi 3 ein kleinerer Schritt zum BCM2837: Dessen vier Cortex-A53-Kerne gehören zur ARMv8-Generation und sind 64-Bit-tauglich. Letzteres bringt allerdings nur in wenigen Spezialfällen Vorteile – erst vor wenigen Wochen erschien die finale 64-Bit-Version von Raspberry Pi OS. 2019 brachte der Raspi 4 den BCM2711 mit vier deutlich stärkeren Cortex-A72-Kernen und 1,4 GHz Takt (beim jüngeren BCM2711C0 1,8 GHz).

Zwischen dem Raspberry Pi 1 und dem Raspberry Pi 4 liegen sieben Jahre. Der Blick auf die wichtigsten Komponenten zeigt, was sich verändert hat.

Wichtiger als der Zuwachs an Rechenleistung ist beim BCM2711, dass er endlich mehr als 1 GByte RAM anbindet. Nebenbei ist der Arbeitsspeicher auch noch schneller (LPDDR4 statt LPDDR2). Den Raspi 4 gibt es mit 2, 4 oder 8 GByte RAM. Damit stemmt er erstaunlich viele Serverdienste, auch in Docker-Container verpackte.

Für viele Bastelprojekte genügt locker noch ein Raspi 3 beziehungsweise sein billigerer Verwandter Zero 2 W (Test). Auf letzterem sitzt ein Kombichip, der komprimierte Raspi-3-Technik enthält: den BCM2837B0 sowie einen 512-MByte-Speicherchip. Das erste Raspi-SoC BCM2835 nutzte einen Vorläufer dieser Technik, genannt Package-on-Package (PoP): Dabei sitzt der RAM-Chip in einem eigenen Gehäuse, das oben auf das SoC gelötet ist. Man sieht daher auf dem Raspi 1 nur den Speicherchip, unter dem sich das ARM-SoC verbirgt.

Das Compute Module CM4 hat keine eigenen Anschlussbuchsen; seine Schnittstellen lassen sich aber mit einer Basisplatine nutzen wie dem IOboard, auf das man es aufsteckt.

Die Platinen der Compute Modules CM1, CM3 und CM3+ haben die Abmessungen von SODIMM-Speichermodulen. Das CM4 (Test) ist noch kompakter und hat andere Steckverbinder. Um Industriekunden anzulocken, sind die CMs nach einschlägigen Standards für Embedded Systems zertifiziert und besonders lange lieferbar; außerdem gibt es sie in Varianten mit aufgelötetem eMMC-Flashspeicher anstelle einer MicroSD-Kartenfassung.

Die Grundidee des Raspi ist außer vom eingangs erwähnten BBC Micro auch vom sieben Jahre älteren Arduino inspiriert: Der Arduino zeigte, wie sich die zuvor praktisch nur von Profis nutzbaren Mikrocontroller auf einem "Universalsteuerplatinchen" demokratisieren lassen. Der Raspi-Erfolg beruht ganz wesentlich auf der klaren Linie, die das Team um Dr. Eben Upton seit zehn Jahren hält.

Ein Eckpfeiler ist das KISS-Prinzip: "Keep it simple, stupid" – also Vereinfachung, wo immer möglich. Das hält Kosten und Fehlerquote niedrig, fördert die Kompatibilität und erleichtert es, das Produkt zu verstehen. Bei der Fokussierung auf wenige Gerätevarianten, die sich jedoch für viele Einsatzbereiche eignen und möglichst reibungslos funktionieren, schimmert Apple als Vorbild durch. Vielleicht gilt das auch für die Bemühungen um schöne Gestaltung: das Himbeer-Logo (Raspberry), die himbeerrote Farbgebung von Raspi-Gehäusen, -Mäusen und -Tastaturen, das Layout von Website und Dokumentation.

Alle Raspis haben dasselbe Platinenformat und seit dem Model 2 den berühmten GPIO-Pfostenstecker. Das bringt nicht nur Kompatibilität zu vorhandenem Zubehör und Software, sondern auch Wiedererkennungswert. Wichtige Rollen spielen auch Nachhaltigkeit, Fairness und Offenheit: Die Raspi-Platinen werden im Wesentlichen von einer Sony-Fertigungssparte in Wales bestückt, der Heimat von Raspi-Mastermind Eben Upton. Von Anfang an wandten sich Upton und seine Mitstreiter per Blog direkt an die Raspi-Nutzer, Supportforen dienen zur Pflege der Community.

Doch es gibt auch Kritiker, die sich zusätzliche Funktionen wünschen oder mehr Offenheit fordern. So fehlen den Raspi-SoCs bislang (AES-)Rechenwerke für schnelle Ver- und Entschlüsselung. Mehr PCI-Express-Lanes wären nötig, um außer USB 3.0 auch SATA oder M.2 anzubinden. Anders als beispielsweise der Arduino ist der Raspberry Pi keine Open-Source-Hardware. Zudem kommt proprietäre Firmware zum Einsatz. Das hat auch damit zu tun, dass Broadcom nicht jedes Detail der SoCs offenlegt und Funktionsblöcke von Dritten zukauft, beispielsweise die ARM-Kerne.

Systems-on-Chip (SoCs) bisheriger Raspberry Pis
Broadcom-SoC ARM-Kerne / Typ CPU-Takt Grafik1 max. RAM Raspi-Typen Jahr
BCM2835 1 / ARM1176JZF-S (ARMv6) 0,7–1 GHz VC IV 0,5 GByte 1A(+), 1B, CM1, Zero, Zero W 2012
BCM2836 4 / Cortex-A7 (ARMv7) 0,9 GHz VC IV 1 GByte 2B 2015
BCM2837 4 / Cortex-A53 (ARMv8) 1,2 GHz VC IV 1 GByte 3B, CM3, 2B v1.2 2016
BCM2837B02 4 / Cortex-A53 (ARMv8) 1–1,4 GHz VC IV 1 GByte 3A+, 3B(+), CM3+ 2018
BCM2710A13 4 / Cortex-A53 (ARMv8) 1 GHz VC IV 0,5 GByte Zero 2 W 2021
BCM2711 (B0, C0) 4 / Cortex-A72 (ARMv8) 1,5–1,8 GHz VC VI 8 GByte4 4A, CM4, 400 2019
1 VC steht für Broadcom VideoCore
2 optimierte Variante des BCM2837 mit Metalldeckel für bessere Kühlung
3 Variante des BCM28370B0 mit 512 MByte LPDDR2-RAM im Gehäuse integriert
4 LPDDR4, bei allen anderen LPDDR2; der BCM2711 kann theoretisch 16 GByte ansteuern