【Hothotレビュー】Intel N100でできないこともある。できることは「LattePanda Mu」で

10/05/2024

LattePanda Mu

LattePandaの「LattePanda Mu」は、ほぼ名刺サイズ大でSO-DIMMフォームファクタを採用した、組み込み向けの高性能シングルボードコンピュータ(SBC)だ。価格は「Lite Carrier」とアクティブクーラーがセットになったモデルで190ドル、ファンレスヒートシンクがセットになったモデルが185.9ドルからとなっている。

今回はLattePanda側の機材提供(Lite Carrierとアクティブクーラーのセット)によりレビューを行なう。本来PC Watchはこうした組み込み向けの製品をレビューすることは少ないのだが、読者に馴染みがあり人気も高いローエンドIntel N100を採用している点、既に用意されているキャリアボードを利用すればほぼ普通のPCのマザーボードとして使えるといった側面から紹介することとした。

ただ、結論から先に言ってしまうと、LattePanda Muは単なる自作PC用マザーボードとしても面白いのだが、電子工作に興味がある自作PCユーザーにとってドンピシャなハードウェアだった。筆者は、電気回路において各素子の役割について大体は知っているものの、回路の仕組みや設計についてはほとんど知らないし、それ自身をやろうとも特に思っていない。しかし「どうしてそれが動くのか」について好奇心を持っている。

通常のマザーボードであれば「そこにソケットやスロット、チップがあって、配線されているんだね」で終わりだが、LattePanda Muはその設計のほとんどを公開しているので、より詳細な仕組み－－どこがどこと、どうやってつながって動いているのか－－を知ることができる。マザーボードの仕組みや電子回路についての理解を深めるきっかけになる製品だ。

まさにカードサイズのLattePanda Mu

サンプルはほぼB4サイズのフットプリントのダンボールに入れられてきたが、その中身は小さいパッケージが3つ含まれていた。一番大きい箱はLite Carrier、中ぐらいの緩衝材にくるまれていたのはアクティブクーラー、そして一番小さい箱はLattePanda Mu本体が入っていた。

LattePanda Muのフットプリントはわずか60×69.6mm。高さ的にクレジットカードより6mm長いが、幅は16mmも短い。このボード上にIntel N100、それを駆動する電源回路、メモリ8GB、64GBのeMMC、そしてSuper I/O、BIOSが集約されている。多くのミニPCを手にしてきたが、この小ささにはやっぱり感心させられる。

モジュール自体はDDR4 SO-DIMMと物理的に互換性があるように作られているのも特徴だ。ただ互換性があるのは物理機構のみで、電気的にはまったく互換性がない。「Delta」や「Sigma」、「Alpha」といった旧モデルはこうしたI/Oがピンのソケットになっていたが、LattePanda MuではRaspberry PiのCompute Moduleや、NVIDIAのJetson Nanoも同じになったわけだ。

その理由について特に述べられていないが、DDR4 SO-DIMMスロットは採用数が多くコストがこなれているほか、開発者にとっては調達が比較的容易で、ピンの実装密度も高く、PCI Expressといったバスを引き出すには、信号特性なども考慮しなければならなかったためだと思われる。

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LattePanda Mu本体

LattePanda Muの裏面にもパーツが実装されている

Raspberry Pi 3B(右)との比較

一方、SO-DIMMの接続部とは逆の方向に3つのコネクタが用意されているが、公式Webサイトや後述の公開設計図などを参照してもその役割が書かれていなかった。そこでサポートに問い合わせたところ、右(金色のコネクタ)から「40ピンのeDP」、「6ピンのI2C Touch」、「30ピンのMIPI-CSI」コネクタとのことだった。

この辺りの仕様書については今後充実させていくとしているが、ノートPCを分解したことのあるユーザーなら、これを聞いただけで「シメシメ」と思っているに違いない。タッチパネル付きのシステムを容易に実現できるからだ。

基板上には、SamsungのLPDDR5Xメモリ「K3KL3L30CM」や、eMMC「KLMCG2UCTA」といった部品を集積している。電源は4+1フェーズのように見えるが、MPS製PWM電源コントローラである「MP2964」のデータシートが見つからなかったため、詳細は不明である。

本体正面を改めて。中央にIntel N100が鎮座している。電源は4+1フェーズだろうか。右下のSamsungの「K3KL3L30CM」は最大7,500Mbps対応の64Gb(8GB)LPDDR5X。右上のシールに隠れているのがSuper I/O。下のエッジ部のインターフェイスは左からeDP、I2C Touch、MIPI-CSIとのこと

今度は裏面。左下のSamsungの「KLMCG2UCTA」は64GBのeMMC、右上の「MP2964」はPWM電源コントローラだと思われる

この小ささと汎用性の高さこそがLattePanda Muの最大の武器だ。もちろん公式キャリアボードに載せてPCとして使うという使い方もアリなのだが、基板設計が可能なユーザーなら、公式が謳っている通りルーターやNAS、エッジコンピューティング、GPU演算システムのコアとして使用したりできるし、ノートPC(この際はバッテリ制御ECを解決する必要があるが)やタッチパネルPCのような製品にも応用できそうだ。

Raspberry Pi 3B(右下)、Raspberry Pi Zero 2 W(左上)。RGBDuino(右上)を並べてみた。小型のSBCは楽しい

ある程度PCとしても使えるようにするLite Carrier

Lite Carrierは、「いきなり基板設計はちょっと」といった、LattePanda Muを載せて製品化前に性能評価をしたいユーザー向けで、その動作を評価できるようにするというもの。本体サイズは146×102mmで、ほぼ3.5インチHDDのサイズだ。使えるインターフェイスは以下の通り。

Lite Carrierのパッケージ内容

Lite Carrierの背面

基板上

・PCI Express 3.0 x4(12V電源利用時のみ)

・M Key M.2 2230(PCI Express 3.0 x1、SSDなどを想定)

・E Key M.2 2230(PCI Express 3.0 x1、USB 2.0、Wi-Fiモジュール想定)

・4ピンUART

・4ピンI2C

・CPUファン用コネクタ

・RTCバッテリ(CR1220)

基板エッジ部

・USB 3.1×2

・USB 2.0×2

・Gigabit Ethernet(Realtek RTL8111H-CG-RH)

・HDMI 2.0

このように、LattePanda MuをこのLite Carrierに載せれば、ほぼ普通のPCとして使うことができるようになる。

電源は、USB Type-C経由で15VのUSB PD電源を取得するか、12Vのバレルコネクタ(外径5.5mm、内径2.5mm)から取得する。バレルコネクタ付近には「12V」という記述があり、一見12Vしか使えないように見えるが、実際は9Vから19Vまで対応可能となっている。

ただし、PCI Express x4スロットは12V電源を利用するものの、Lite Carrier自身には12V電圧生成回路がないため、PCI Expressスロットが利用できるのは12Vの電源を接続した場合のみだ。

LattePanda MuをLite Carrierの上に載せたところ

本体のインターフェイス

回路図がおもしろくてハマる

冒頭で述べた通りLattePanda Muはその設計図をGitHubで公開している。設計と言っても、まずは電気回路がどうなっているのか知る手がかりとなる「回路図」、基板自体の配線を示した「PCB設計図」、そして部品の高さやサイズといった物理的なパラメータが示されている「3D CAD」があるのだが、このいずれも用意されている。

こうした設計図は、「公開されていても、専門設計ツールでしか読めないんでしょ……」と思われがちなのだが、LattePanda Muの回路図とPCB設計はフリーソフトの「KiCAD」、3D CADに関してもフリーの「FreeCAD」で表示と編集が可能だ。

このようなツールを使えば、LattePanda Muをベースとしたハードウェア設計ができるのはもちろんのことだが、LattePanda Muについての理解を深めることもできる。ちなみにこれらのソフトはWindowsだけでなく、Linuxでも動作可能だ。

KiCAD 8.0.0でPCBの設計を開いたところ

Lite Carrierの回路図を開いたところ

電源周りの設計

たとえば先の「Lite Carrierには2系統の電源入力があり、12VのACアダプタを繋げればPCI Expressカードが利用できるようになるというのは理解したが、なぜそうなっているの? 」と疑問に思ったとしよう。そういった場合、公開されているファイル「PSU.kicad_sch」をKiCADで開けば良い。

このファイルからは、USB Type-Cから電力を取得する場合、「CH224K」というUSB PD+BCシンクコントローラが15VのUSB PD電源を要求し、そこから「SY8253ADC」という最大23V/3Aに対応したDC-DCコンバータで5Vと3.3Vを生成し供給しているのが分かる。

また、12Vのバレルコネクタから入力した場合、整流ダイオードで上述の5V/3.3V DC-DCコンバータに供給はしているものの、その下には12VのDC-DCコンバータが設けられておらず、13.86Vを超える電圧の際に電源供給をシャットダウンするシャントレギュレータ「TL431DBZ」と、電源の安定化を図るロードスイッチ「NCE30P28Q」だけで構成されていることが分かる。

あくまでも筆者の憶測だが、PCI Expressで規定されている75W、つまり12Vで6.25AのDC-DCコンバータをLite Carrier上に実装するのは、基板のスペース的に無理だった、あるいはコスト的にも割に合わなかったため省いたのではないだろうか。

Lite Carrierの電源周りの設計。12V入力があった場合、13.86V以上の入力からの保護はあるものの、12Vにする生成回路はない

PCI Express周りの設計

Intel N100ことAlder Lake-Nには、最大9個のフレキシブルな「HSIO」と呼ばれるインターフェイスを備えていることが分かる。HSIOはPCI Expressにもなるし、USB 3.1やSATA、UFSインターフェイスにも変化させられる。ではLattePanda MuはどのようにしてこのHSIOを活用しているのだろうか。

これもLattePanda Muの回路図でよく分かる。まずAlder Lake-NのHSIO自体は9個だが、PCI Expressは最大5デバイスまでとなる(ルートポート数の制限、つまりPCI Express x1が9基などは不可能)。HSIOのうち、USB 3.1として割当可能なのは0/1/2/3番レーン、UFSとして割当可能なのは8/9番レーン、SATAとして割当可能なのは10/11番レーンだ。6番レーンはPCI Expressとしてしか使えず、3/4/7は「欠番」扱いだ。

これと回路図を照らし合わせてみよう。Lite CarrierではUFSもSATAも使われておらず、8/9/10/11番レーンをPCI Express x4スロットに割り当てていることが分かる。そして0/1番レーンはUSB 3.1(図面ではUSB 3.0となっているが)、2番レーンをM KeyのM.2、3番レーンをE KeyのM.2、6番レーンをGigabit Ethernetコントローラに接続している。これで9つのHSIOをフルに使っているわけだ。

Intelが公開しているHSIOの割当図

Lite Carrierと照らし合わせるとどのように使われているのかが分かる

なお、「HSIOをどのインターフェイスとして使うのか」だが、さすがにBIOSで設定項目が用意されておらず、BIOSごとブランチする形での提供となる。ファイル名の後部に何もついてなければ標準だが、このほか「SATA」、「PCIE」、「MUSB」のブランチがある。4月30日現在はSATAしかないが、今後増えることだろう。

LattePanda MuのBIOS。HSIO機能割当別にブランチしている

このように、LattePanda Muは誰でも簡単にPCBの設計や回路図にアクセスし、簡単に解析できる環境を整えている。冒頭で述べた通り、筆者は電気設計についてあまり詳しくはないのだが、回路図を眺めてそこに使われているパーツやその動作原理を調べていたら、気づいたら4時間が経過してしまった。この作業は楽しすぎて夢中になってしまうので注意したい。

12V電源を入れてGeForce GTX 1080を挿してみた

電源回路やPCI Expressの疑問が解けたところで、以前より筆者が気になっていた「Intel N100にビデオカードを挿したらどこまでゲームができるのか?」をLattePanda Muでやってみようと思った。

Intel N100に採用されているEコアは、電力効率重視のE(Efficient)コアという名前がついているものの、Skylake級の性能を持つことは分かっている。ただ筆者がこれまで手にしたIntel N100のほとんどはミニPCかノートPCであり、PCI Express拡張カードを増設できなかった。一方LattePanda MuはエッジフリーのPCI Express x4バスがあるため、そこにビデオカードを挿して検証してみようと思った。

Lite CarrierのPCI Expressスロットは12V電源駆動時のみ利用できる

そこで問題になるのは電源だ。先述の通りLattePanda MuのLite Carrierは、12V以外の電源ではPCI Expressスロットが利用できない。もちろん、12VのACアダプタを利用すれば良いのだが、PCI Expressの規格では一応スロットから75Wの電源を取得できるようにしているため、CPU駆動の負荷も見越して10A(120W)程度のACアダプタがほしい。

しかし、筆者が接続しようとしているGeForce GTX 1080では、さらに別途PCI Express 8ピンのコネクタが必要となっており、合計消費電力は180W程度だ。このビデオカード専用にACアダプタやATX電源を用意するぐらいなら、いっそLattePanda Mu(とLite Carrier)も含めてATX電源から12Vを引っ張れないか? ということでAmazonを眺めたところ、ATX電源から12Vを取得する便利なケーブルを発見した。

このケーブルは電源をオンにするためのスイッチも付いており、まさに筆者のようなニーズにはピッタリなのだが、残念ながらコネクタが外径5.5mm/内径2.1mmとなっていてそのままではLite Carrierにハマらない。そこで別途外径5.5mm/内径2.5mmに変換するアダプタを購入して対応した。

余ってるATX電源があれば2,000円足らずの出費で済む上にビデオカードの電源もそのまま取得できるので、ACアダプタを購入するよりもおすすめである。なお、このアダプタを使用する場合、(製品名の記載を信じるならば)電流は6.6A、つまり約79Wまで供給できるという計算となっている。

ATX電源より12Vラインを出すアダプタを装着したところ。これならばPCI Express補助電源が必須なビデオカードも駆動できる

仮に今回試すGeForce GTX 1080がPCI Expressバスから75Wの上限まで電力をドローしていたら、CPU負荷時の電力を含めるとこの公称値を超えることになるが、NVIDIAの消費電力取得ツール「PCAT」で負荷時の電力計測したところ、GeForce GTX 1080がスロットから取得している電力は35W程度だった。仮にCPUを含めてシステム最大30Wドローしたとしても余裕があるため問題ないだろう。逆にPCI Expressスロットから電力をギリギリ採るRadeon RX 480などは厳しいかもしれない。

GeForce GTX 1080は負荷時PCI Expressバスより30W程度の電力を引っ張るようだ。この程度なら、今回使うATX電源から12Vを出すようなケーブルで問題ないだろう

なお、PCI Expressを使わないのであればUSB PD対応のACアダプタを使用すればいい。今回は65WのUSB PD対応ACアダプタを使ったが、特に動作に問題はなかった。

ちなみにLite CarrierのPCI Expressスロットは、普通のマザーボードのようにブラケット部がI/O部を向くのではなく、逆の向きで実装されている。ボードの後部とブラケットは規格通りクリアランスが確保されているし、GPUクーラー側はいかなる部品とも干渉しないので問題なく装着できるが、ケースに収めた場合は普通のPCとは使い勝手が完全に異なるので注意したい。

ビデオカードのインターフェイスとLite Carrierのインターフェイスが逆向きになるので注意

アクティブクーラー使うならPL1は15W

最後にWindows上でのベンチマーク結果を紹介していこう。ただ、LattePanda MuはストレージがeMMCだし、メモリも8GBと今となってはWindows 11を動作させる最小構成だと言って良い。さらに、選んだクーラー(もっと言えばユーザー自身のクーラーの設計)によっても許容できるTDP(設定できるTDP)が異なる。

そのため、普段Hothotレビューのコラムで使うPCMark 10やゲーム系ベンチマークの類はLattePanda Muの評価にはさほど向いておらず、あくまでもアクティブクーラー搭載時(TDP 15W)の「参考値」として留めていただきたい。また、せっかくGeForce GTX 1080を搭載したので、その際の3DMarkの結果も合わせて掲載する。比較用として、同じくIntel N100を搭載したBeelinkのミニPC「EQ12」の結果を並べてある。

LattePanda Mu単体で見るとIntel N100を搭載した製品としては妥当な結果だ。「EコアはSkylake級の性能」(と言っても15Wが上限でHyper-Threadingもないため、Core i7-6700Kといった上位製品とは比較できない)というIntelの謳い文句に嘘偽りがないのも筆者の従来からの評価通りだ。

Cinebench R23の結果

PCMark 10といった値が低いのはeMMCやメモリ8GBしかないためだろうが、Cinebench R23のCPUスコアはきっちり出ているので、LattePanda Muが想定している用途では十分な性能を発揮するだろう。

PCMark 10の結果

一方、「Intel N100にGeForce GTX 1080を搭載したら、ちょっと前のグラフィックスを持つゲームをプレイするゲーミングPCになりえるか?」という個人的にずっと気になっていた点だが、さすがに当時ハイエンドだったCore i7-6700K並みの性能はないため、8年前のGeForce GTX 1080といえどもフルにそのポテンシャルを活かせないようだ。

3DMarkの結果

ただ、リメイクされた「DOOM(2016)」をフルHD解像度でプレイしたところ、普通に120fps以上、軽いシーンではデフォルトの上限である200fpsに当たったため、それほどCPU要求が高くないゲームだと普通にプレイできてしまうのも事実ではあった。

ちなみに「Raspberry Pi 5」とも性能を比較を比較できるよう、「JetStream1.1」と「WebGL Aquarium」を計測してみたが、前者のスコア「270.99」と約60%高速で、後者は「10,000匹表示で60fps、15,000匹に増やしてようやく53fps前後」と圧倒した。消費電力がまったく異なるので単純比較はできないが、絶対性能はやはりx86系に一日の長がある。

JetStream1.1の結果

WebGL Aquariumは10,000匹表示でも60fpsだった

楽しさの新発見

冒頭で述べた通り、LattePanda MuのLite Carrier/アクティブクーラー込みの価格は約3万円だ。この金額はIntel N100を搭載した実用的なミニPC(メモリ16GB+500GB程度のSSD+Windows 11込み)をちょうど買える程度である。そのため単にミニPCの代用としてみると、LattePanda Muは非実用的で高いだけのPCだ。

しかし、LattePandaが公開している設計図を通して、中級者で～上級者なら、オリジナルのハードウェアを組み上げることができる。まったくの初心者でも、設計図を眺めて調べていくうちに、PCの電気的な仕組みへの理解を深めるきっかけとなり、ハードウェア設計に興味を持ちはじめたら、試行錯誤していくうちにハードウェアデバイスをデザインできそうな雰囲気だ。このあたりは普通の自作PCマザーボードやミニPCとは大きく性格が異なる。

この1年間、Intel N100を搭載した製品を多数試してきたのだが、「プロセッサの性能は高いのに、エントリー向けのミニPCばかりに使われるのはもったいない」とは常々思っていた。LattePanda MuはそのIntel N100のポテンシャルを活かし、用途を大きく広げる製品だと言ってもいいだろう。