By Fatih in News — 01 Juli 2026

ESP32-P4 vs. P4X: Das Silizium-Upgrade, das du nicht ignorieren darfst (feat. Tropic Square)

Wer im IoT- und Embedded-Bereich unterwegs ist, kam in den letzten Jahren an Espressif nicht vorbei. Doch mit dem ESP32-P4 hat der Hersteller das Spielfeld komplett gewechselt: Weg vom reinen, günstigen WLAN-Chip, hin zum mächtigen Multimedia- und Edge-KI-Prozessor auf RISC-V-Basis.

Aber wer aktuell nach Entwicklungsboards sucht, stolpert unweigerlich über eine neue Bezeichnung: ESP32-P4X (zu finden auf Boards wie dem ESP32-P4X-EYE oder direkt im Chipnamen wie ESP32-P4NRW16X). Was hat es mit diesem ominösen "X" auf sich? Ist das nur Marketing? Spoiler vorab: Nein. Es ist ein massives Hardware-Upgrade im Silizium (Chip-Revision v3.x), das die ursprüngliche Revision v1.x ablöst. Wenn du hier blind den falschen Chip einplanst, ist dein PCB-Design Elektroschrott.

Lass uns tief in die technischen Details eintauchen und am Ende anschauen, wie du das Ganze mit dem Open-Source-Sicherheitschip von Tropic Square auf Banken-Niveau absicherst.

Der Unterschied zwischen P4 (v1.x) und P4X (v3.x)

Espressif hat mit der v3.x-Generation gravierende Änderungen am Silizium vorgenommen, um die Kinderkrankheiten der ersten Prototypen und Engineering Samples der v1.x-Reihe zu beseitigen.

Die wichtigsten Hardware-Unterschiede im Überblick:

Höhere Taktrate: Während die ersten ESP32-P4-Chips standardmäßig auf 360 MHz gedrosselt werden mussten, läuft die P4X-Variante stabil mit den vollen 400 MHz des Dual-Core RISC-V-Prozessors.
Geänderte Pinbelegung (Hardware-Inkompatibilität): Bei der v3.x-Revision (P4X) wurde Pin 54 von NC (nicht verbunden) auf eine eigene Stromversorgungsschiene (VDD_HP_1) umgestellt. Das bedeutet: Ein PCB-Layout, das für den alten P4 entworfen wurde, ist nicht mit dem P4X-Chip kompatibel. Wenn du den neuen Chip auf ein altes Board lötest, fehlt ihm dort der Saft.
Kritische Silizium-Bugfixes: Der P4X behebt bekannte, fiese Fehler der ersten Generation:
- Den berüchtigten MSPI Load Access Fault beim Aufwachen aus dem Deep-Sleep.
- Fehler bei der Hardware-Verifizierung im Secure Boot.
Grafik- & Multimedia-Schub: Der integrierte ISP (Image Signal Processor) und der PPA (Pixel Processing Accelerator) wurden optimiert. Zudem wurde der 2D-DMA-Controller auf 4 TX- und 3 RX-Kanäle erweitert, was beispielsweise die Verarbeitung und Konvertierung von JPEG- und Kamera-Feeds spürbar beschleunigt.

Der Software-Stolperstein:

Aufgrund von über 50 geänderten Hardware-Registern und drastischen Anpassungen an der Speicherarchitektur sind v1.x (P4) und v3.x (P4X) nicht firmware-kompatibel. Du kannst das gleiche kompilierte Image nicht auf beiden Chips nutzen.

Du benötigst mindestens das ESP-IDF v5.5.3 oder v6.0. Im sdkconfig musst du explizit angeben, welchen Chip du ansteuerst. Für den neuen P4X muss das Flag CONFIG_ESP32P4_SELECTS_REV_LESS_V3=n gesetzt sein (was bei aktuellen IDF-Versionen der Standard ist). Die alten v1.x-Chips wurden von Espressif mittlerweile als NRND (Not Recommended for New Designs) eingestuft.

Der Deep-Dive: Die tiefen technischen Details im Silizium

Wenn wir die Marketing-Zusammenfassung verlassen und tief in die Chip-Architektur eintauchen, sehen wir erst, wie tiefgreifend die Überarbeitung von v1.x zu v3.x wirklich war. Es betrifft vor allem das Speicher-Subsystem, die Peripherie und die Krypto-Engine.

1. Das Speicher-Subsystem

Der ESP32-P4 besitzt keinen klassischen integrierten Flash-Speicher, sondern verlässt sich auf PSRAM und Flash über ein Multi-SPI-Interface (MSPI). Hier wurden im P4X die gravierendsten Fehler behoben:

MSPI Prefetch & Cache-Integrität: Bei der v1.x-Version konnte es unter hoher Last (z. B. gleichzeitiges Streaming von der Kamera und KI-Berechnungen im PSRAM) zu Cache-Inkonsistenzen kommen. Der P4X hat ein komplett überarbeitetes Prefetch-Verhalten des Caches, um Datenkorruption zu verhindern.
AXI-Bus-Arbitrierung: Der Hauptdatenbus (AXI) wurde optimiert. Wenn der RISC-V-Core und die Multimedia-Beschleuniger gleichzeitig auf den Speicher zugreifen, sorgt ein neues Priorisierungs-Schema im P4X dafür, dass der Prozessor nicht blockiert wird (Stichwort: Bus-Starvation).

2. Peripherie- und Protokoll-Upgrades

MIPI-CSI & DSI (Kamera & Display): Die Synchronisation zwischen dem Pixel-Takt der Kamera und dem internen Speicher wurde beim P4X toleranter gestaltet. Bei der v1.x-Revision kam es bei bestimmten Kamera-Auflösungen zu "glitchenden" Zeilen im Bild.
I2S (Audio) & ADC-Kopplung: Die direkte Kopplung zwischen dem Analog-Digital-Wandler (ADC) und dem I2S-Interface für die Audiomonitorierung wurde im Silizium stabilisiert. Beim alten P4 gab es hier ein Timing-Problem, das zu periodischem Knacken im Audiosignal führen konnte.
USB 2.0 OTG: Der integrierte USB-Controller erhielt verbesserte PHY-Eigenschaften (Physical Layer), was die Signalqualität bei langen USB-Kabeln und voller High-Speed-Geschwindigkeit (480 Mbps) verbessert.

3. Sicherheits-Features (Krypto-Engine)

Anlaufverhalten des TRNG (True Random Number Generator): Der Zufallsgenerator liefert beim P4X sofort nach dem Einschalten echte Entropie. Bei der v1.x-Revision musste man per Software eine künstliche Verzögerung einbauen, da die ersten ausgelesenen Bytes nicht ausreichend zufällig waren (was ein Sicherheitsrisiko für kryptografische Schlüssel darstellte).

Der ursprüngliche ESP32-P4 (v1.x) war im Grunde ein großes Testfeld im Werk, um die neue Architektur überhaupt erst zu testen. Die Masse an Fehlern im Silizium was so komplex, dass ein einfaches Software-Update den Chip zu stark ausgebremst hätte. Deshalb der harte Cut zum P4X.

Thema Sicherheit: Ist ein Secure Element vorhanden?

Nein, ein dediziertes, eigenständiges „Secure Element“ (wie ein ATECC608A oder ein OPTIGA Trust M) ist weder auf dem ESP32-P4 noch auf dem P4X verbaut. Ein klassisches Secure Element ist ein physikalisch komplett isolierter, manipulationssicherer (tamper-resistant) Zusatz-Chip mit eigenem Krypto-Core und geschütztem Schlüsselspeicher.

Der ESP32-P4X geht hier einen anderen, für SoCs (System-on-Chip) typischen Weg und nutzt ein hochgradig integriertes Subsystem für On-Chip-Sicherheit. In der P4X-Revision wurden diese Hardware-Beschleuniger fehlerfrei implementiert:

Der Key Manager (Schlüssel-Verwalter): Anstatt Schlüssel in einem separaten Krypto-Chip zu verstecken, besitzt der P4X einen dedizierten Hardware Key Manager. Die Schlüssel liegen in den sogenannten eFuses (einmalig beschreibbare Hardware-Sicherungen im Silizium). Sobald diese eFuses für den Key Manager gesperrt sind, kann selbst die CPU (und damit deine Software) die Schlüssel nicht mehr auslesen. Wenn du Daten verschlüsseln willst, übergibt der Key Manager den Schlüssel über einen isolierten internen Bus direkt an die Krypto-Beschleuniger, ohne dass er je im RAM auftaucht.
Echte Hardware-Krypto-Koprozessoren: Der P4X besitzt eigenständige Hardware-Blöcke, die mathematische Krypto-Operationen isoliert berechnen: AES-128/192/256-Accelerator (für die Flash-Verschlüsselung in Echtzeit), ECDSA & RSA Accelerators (für asymmetrische Kryptografie, z. B. TLS-Zertifikate) und das Digital Signature Peripheral (DSA), das digitale Signaturen generiert, ohne den privaten Schlüssel zu exponieren.
Schutz vor physikalischen Angriffen (Anti-Tampering): Der externe SPI-Flash ist komplett AES-XTS-verschlüsselt. Liest ein Angreifer die Flash-Pins ab, sieht er nur Datensalat. Beim sicheren Bootvorgang (Secure Boot v2) verifiziert das unveränderliche ROM des Chips die Signatur des Bootloaders mittels ECDSA oder RSA. Dieser Ablauf arbeitet in der P4X-Revision nun absolut verlässlich.

Wenn deine Anwendung eine EAL6+ Zertifizierung (wie für Bankkarten oder hochsichere Krypto-Wallets) erfordert, musst du nach wie vor ein externes Secure Element per I2C/SPI anbinden. Für Standard-IoT-Anforderungen ist das System des P4X aber absolut ausreichend.

Würde das Tropic Square Secure Element passen?

Ja, das Tropic Square Secure Element (speziell der TROPIC01-Chip) passt sogar hervorragend zum ESP32-P4X. Tropic Square (eine Tochterfirma von SatoshiLabs, den Machern der Trezor Krypto-Wallets) hat den TROPIC01 als weltweit ersten komplett transparenten und auditierbaren Open-Source-Sicherheitschip auf den Markt gebracht. Er wurde genau dafür entwickelt, um per SPI an Mikrocontroller wie den ESP32 angebunden zu werden.

Diese Kombination harmoniert technisch und philosophisch perfekt:

Perfektes Zusammenspiel über SPI: Der TROPIC01 wird als kryptografischer Koprozessor über eine Standard-SPI-Schnittstelle mit dem ESP32-P4X verbunden. Tropic Square bietet dafür bereits offizielle SDKs (libtropic) und Bibliotheken an. Da der ESP32-P4X extrem viele freie GPIOs und schnelle SPI-Kanäle besitzt, ist die Hardware-Anbindung extrem simpel.
Ergänzung der Sicherheitsarchitektur: Der ESP32-P4X kümmert sich um die Systemleistung, Grafik und Kamera-Feeds. Der TROPIC01 übernimmt dann die High-Security-Aufgaben, die ein SoC systembedingt nicht perfekt isolieren kann. Er bietet einen hardware-erzwingbaren PIN-Schutz über physische Zähler (Monotonic Counters), die Brute-Force-Angriffe auf Hardware-Ebene blockieren. Zudem bringt er dedizierte Sensoren gegen Glitching und Gehäuseöffnung mit, und private Schlüssel verlassen das Silizium des TROPIC01 niemals.
Die RISC-V-Verbindung: Ein genialer Nebeneffekt: Sowohl der ESP32-P4X als auch der TROPIC01 basieren auf der RISC-V-Architektur. Du bleibst in deinem gesamten Hardware-Design also in einem modernen, offenen Ökosystem.

Wichtiger Design-Hinweis für Entwickler: Kürzlich haben Sicherheitsforscher von Donjon eine Schwachstelle im ursprünglichen TROPIC01-Silizium gefunden, weshalb Tropic Square direkt reagiert hat und aktuell korrigierte Chargen produziert. Wenn du jetzt ein Design mit dem ESP32-P4X und dem TROPIC01 planst, stelle sicher, dass du die neueste Chip-Revision von Tropic Square orderst (wie sie auch im neuen Trezor Safe 7 genutzt wird).

FAQ: Das Wichtigste auf einen Blick

Allgemeines & Hardware

F: Was ist der Hauptunterschied zwischen dem ESP32-P4 und dem ESP32-P4X?

A: Der P4X ist das fehlerbereinigte Hardware-Upgrade (Chip-Revision v3.x) des ursprünglichen ESP32-P4 (Revision v1.x). Er läuft stabil mit den vollen 400 MHz statt 360 MHz, bietet schnellere Grafik- und Kamerabeschleunigung und behebt kritische Fehler beim Aufwachen aus dem Deep-Sleep sowie beim Secure Boot.

F: Kann ich einen ESP32-P4-Chip einfach durch einen P4X auf meinem bestehenden Board ersetzen?

A: Nein, das ist hardwareseitig nicht möglich. Bei der P4X-Revision wurde Pin 54 von "Nicht verbunden" (NC) auf eine eigene Stromversorgungsschiene (VDD_HP_1) umgestellt. Ein für den alten P4 entworfenes PCB-Layout funktioniert mit dem P4X nicht.

F: Sind die Programme (Firmware) für den P4 und P4X untereinander kompatibel?

A: Nein. Aufgrund von über 50 geänderten Registern und Anpassungen im Speicher-Subsystem müssen Programme für den P4X mit einer neueren Version des ESP-IDF (mindestens v5.5.3 oder v6.0) und dem entsprechenden Chip-Flag neu kompiliert werden.

Sicherheit & Tropic Square

F: Besitzt der ESP32-P4X ein integriertes Secure Element?

A: Nein, ein dediziertes, physikalisch isoliertes Secure Element ist nicht integriert. Der P4X nutzt stattdessen ein integriertes Sicherheits-Subsystem mit einem Hardware Key Manager, eFuses und Krypto-Koprozessoren, um Schlüssel unlesbar zu sichern.

F: Was wurde an der Sicherheit des P4X im Vergleich zum alten P4 verbessert?

A: Beim alten P4 (v1.x) gab es Fehler im Silizium bei der Hardware-Verifizierung des Secure Boot und der Zufallsgenerator (TRNG) lieferte direkt nach dem Start unzuverlässige Daten. Beide Sicherheitslücken wurden im P4X vollständig behoben.

F: Kann man den ESP32-P4X mit dem Tropic Square Secure Element (TROPIC01) kombinieren?

A: Ja, das ist eine hervorragende Kombination. Der TROPIC01 wird per SPI-Schnittstelle als externer Krypto-Koprozessor an den ESP32-P4X Muscle angebunden. Er übernimmt Aufgaben, die ein Hauptprozessor nicht vollständig isolieren kann (z. B. physischer PIN-Schutz, Schutz vor Gehäuseöffnung und die absolut isolierte Aufbewahrung von Krypto-Schlüsseln). Beide basieren auf der RISC-V-Architektur, was sie zu einem perfekten Open-Source-Team macht.