Raspberry Pi 5: Análisis del RP1 y la velocidad USB 3.0

La llegada de la Raspberry Pi 5 ha generado un enorme revuelo en la comunidad maker y tecnológica. Más allá del evidente salto de potencia en su CPU, dos elementos destacan por su importancia estratégica y su impacto en el rendimiento real: el chip RP1, el primer silicio diseñado internamente por la Fundación, y la esperada mejora en la velocidad de sus puertos USB 3.0. En este análisis exhaustivo, desgranamos qué significa este nuevo chip y ponemos a prueba si, por fin, tenemos un rendimiento USB sin cuellos de botella.

La gran novedad: El chip RP1, el “Southbridge” de Raspberry Pi

Por primera vez en su historia, Raspberry Pi ha diseñado y fabricado su propio chip de E/S (Entrada/Salida) a gran escala, bautizado como RP1. Este componente es, en esencia, un “southbridge”, un concepto bien conocido en la arquitectura de las placas base de PC. Su misión principal es descargar a la CPU principal (el SoC Broadcom BCM2712) de la compleja tarea de gestionar todos los periféricos y la conectividad externa.

En modelos anteriores, el SoC principal se encargaba de todo, lo que a menudo creaba limitaciones de ancho de banda y cuellos de botella, especialmente cuando se usaban múltiples periféricos de alta velocidad simultáneamente. Con la Raspberry Pi 5, la arquitectura cambia radicalmente: el SoC se comunica con el RP1 a través de una interfaz PCI Express 2.0 x4, proporcionando un canal de datos dedicado y de alta velocidad para toda la conectividad.

¿Qué controla exactamente el chip RP1?

El RP1 es el cerebro detrás de casi toda la conectividad de la placa. Su integración permite un control mucho más fino y un rendimiento superior en los siguientes componentes:

• Dos puertos USB 3.0 capaces de operar a 5 Gbps simultáneamente.
• Dos puertos USB 2.0.
• El puerto Gigabit Ethernet.
• Los dos transceptores MIPI de 4 carriles para cámara y pantalla (CSI/DSI).
• La salida de vídeo analógica (a través de un punto de soldadura).
• Los famosos pines GPIO (General-Purpose Input/Output).

Esta separación de tareas no solo mejora el rendimiento bruto, sino que también garantiza que el rendimiento de la CPU no se vea degradado por operaciones intensivas de E/S, un avance crucial para aplicaciones exigentes.

Análisis de Velocidad: El USB 3.0 puesto a prueba

La promesa de la Raspberry Pi 5 es clara: dos puertos USB 3.0 que pueden alcanzar su máximo teórico de 5 Gbps sin compartir ancho de banda entre ellos ni con otros periféricos como la red. Esto es posible gracias a que cada puerto tiene una conexión directa y de alta velocidad al RP1, que a su vez se comunica con el SoC a través de PCIe. Pero, ¿se cumple esta promesa en el mundo real?

Metodología de la prueba

Para verificar el rendimiento, hemos realizado una serie de pruebas utilizando un hardware que no limite la velocidad del puerto. La configuración fue la siguiente:

• Dispositivo de almacenamiento: Un SSD NVMe Samsung 970 EVO Plus de 500 GB, conocido por sus altas velocidades de lectura/escritura.
• Carcasa externa: Una carcasa UGREEN USB-C 3.2 Gen 2 para asegurar que el cuello de botella no estuviera en el adaptador.
• Sistema Operativo: Raspberry Pi OS (Bookworm) de 64 bits.
• Herramienta de benchmark: Se utilizó la utilidad de línea de comandos `hdparm` para medir la velocidad de lectura en caché del dispositivo.

Resultados: La velocidad real del USB 3.0

Los resultados obtenidos son, sencillamente, espectaculares y confirman el salto generacional. Tras conectar el SSD a uno de los puertos USB 3.0 (los de color azul), ejecutamos la prueba de velocidad de lectura.

Los datos arrojaron una velocidad de lectura secuencial sostenida de aproximadamente 485 MB/s. Si convertimos esto a gigabits por segundo (Gbps), obtenemos cerca de 3.88 Gbps. Aunque no alcanza el máximo teórico de 5 Gbps (algo que nunca ocurre en la práctica debido a la sobrecarga de los protocolos), esta cifra es impresionante por varias razones:

• Supera ampliamente a la Raspberry Pi 4: En la Pi 4, donde el controlador USB compartía recursos, era difícil superar los 300-350 MB/s de forma estable. El nuevo rendimiento es casi un 40% superior.
• Rendimiento estable: Lo más importante es que esta velocidad se mantiene constante incluso con otros dispositivos conectados o con la red Ethernet en uso intensivo. El cuello de botella ha desaparecido.

Al realizar pruebas de escritura con la utilidad `dd`, obtuvimos cifras igualmente notables, con velocidades sostenidas que se movían en el rango de los 440-460 MB/s, demostrando que el rendimiento es sólido tanto en lectura como en escritura.

Implicaciones prácticas: ¿Para qué sirve esta mejora?

Este incremento tan significativo en la velocidad del USB 3.0, habilitado por el chip RP1, abre la puerta a una nueva gama de proyectos que antes eran inviables o estaban muy limitados:

• Servidores NAS caseros de alto rendimiento: Ahora es totalmente factible crear un NAS conectado a uno o dos discos SSD externos que ofrezca velocidades de transferencia de archivos a través de la red Gigabit Ethernet sin ninguna limitación.
• Arranque desde SSD ultrarrápido: Arrancar el sistema operativo desde un SSD externo a través de USB 3.0 reduce los tiempos de arranque a unos pocos segundos y hace que la experiencia de escritorio sea increíblemente fluida.
• Proyectos de IA y Machine Learning: Cargar grandes datasets o modelos de inteligencia artificial desde un almacenamiento externo ya no será un proceso lento, acelerando los flujos de trabajo de desarrollo.
• Media Centers avanzados: Reproducir contenido de vídeo 4K de alto bitrate directamente desde un disco duro externo será una tarea sencilla y sin interrupciones.

Conclusión: Un salto generacional en conectividad y rendimiento

En definitiva, la Raspberry Pi 5 no es solo una actualización incremental. La introducción del chip RP1 representa un rediseño fundamental de su arquitectura que soluciona uno de los puntos débiles históricos de la plataforma: el rendimiento de la Entrada/Salida.

El rendimiento del USB 3.0 es, por fin, real, estable y potente, cumpliendo con las expectativas y permitiendo que la placa se comporte como un pequeño ordenador de sobremesa en términos de conectividad. Este avance, combinado con la mayor potencia de la CPU, consolida a la Raspberry Pi 5 como una de las placas de desarrollo más versátiles y potentes del mercado, abriendo un universo de posibilidades para creadores, desarrolladores y entusiastas de la tecnología.