Erstellen Sie einen Hochleistungscluster mit 12 NanoPi-Fire3-Knoten für weniger als £ 100 (£ 550, einschließlich zwölf Fire3).

Mein früherer Cluster auf Raspberry Pi 3 im letzten Jahr stieß auf großes öffentliches Interesse, daher versuche ich, ähnliche Projekte auf anderen hervorragenden Single-Board-Computern auf dem Markt durchzuführen. FriendlyARM aus China hat mir sehr großzügig 12 seiner neuesten 64-Bit-ARM-NanoPi-Fire3-Karten geschickt , von denen jede über einen ARM A53-SoC mit acht Kernen verfügt, der mit 1,4 GHz und Gigabit-Ethernet betrieben wird.





Die Clustergröße beträgt 146,4 (B) × 151 (H) × 216 mm (T) und das Gewicht beträgt 1,67 kg.

Software, die in einem Cluster ausgeführt werden soll?

oder ... Warum wird es gebraucht?

Cluster werden häufig für ressourcenintensive Aufgaben (medizinische Forschung, Wettermodellierung, KI / Deep Learning, Cryptocurrency Mining) und / oder Hochverfügbarkeitsdienste (redundante Knoten werden bei Hardwarefehlern verwendet) verwendet. Dieser Cluster ist aus Sicht moderner Supercomputer natürlich langsam, aber ein kleines tragbares System ist ideal für das Training oder die Entwicklung verteilter Software, die dann auf viel leistungsfähigere Systeme übertragen werden kann.

Ich habe vor, mehrere Artikel zu schreiben, um diesen Cluster für Bergbau und Deep Learning zu evaluieren.

Docker Swarm oder Kubernetes scheinen großartige Optionen für die Verwaltung eines Clusters zu sein, obwohl ich sie noch nicht ausprobiert habe.

NanoPi-Fire3 gegen Raspberry Pi 3

NanoPi-Fire3 ist im Vergleich zum Raspberry Pi 3 sowohl hinsichtlich der Leistung als auch der Funktionen in einem kleineren Formfaktor zur gleichen Zeit und zum ungefähr gleichen Preis viel weiter fortgeschritten:

	NanoPi-Fire3	Himbeer pi 3 Modell b
SoC	Octa-Core ARM A53 S5P6818 bei 1,4 GHz	Quad-Core ARM A53 BCM2837 bei 1,2 GHz
Die Erinnerung	1 GB DDR3	1 GB DDR2
GPU	Mali-400 MP4 500 MHz	Broadcom VideoCore IV 400 MHz
Netzwerk	1000 Mbit / s	100 Mbit / s
Wifi	Nein	802.11bgn
Bluetooth	Nein	4,1 + BLE
Lagerung	MicroSD-Karte	MicroSD-Karte
USB	1 Stecker 1 microUSB	4 Anschlüsse
Video	Micro HDMI 1.4a, RGB-LCD	HDMI, DSI
Kamera-Schnittstelle	DVP	CSI
Audio	Nein	3,5 mm
Größe	75 × 40 mm	85 × 56 mm
Ernährung	1,2 → 3,6 W. Max. 2A, MicroUSB	1,2 → 2,1 Watt Maximal 2,5 A, MicroUSB
Lassen Sie los	Q4 2017	Q1 2016
Preis (UK)	£ 34.30 1	£ 33,59
1 $ 35 für Fire3 + $ 5 Versand + 20% MwSt. + 0% Einfuhrzoll = £ 34.30

Benchmarks

CPU

Die meisten modernen Computer verfügen über Multi-Core-Prozessoren, die zwei oder mehr Aufgaben gleichzeitig ausführen können. Dies können verschiedene Anwendungen sein (z. B. ein Webserver, der drei Webseiten und eine Datenbank verarbeitet) oder eine Aufgabe, die für maximale Geschwindigkeit in mehrere Threads unterteilt ist (z. B. ein Ray Tracer, Dateikomprimierung usw.). Dieser Test aus dem hpcc Paket verwendet alle CPU-Kerne und testet effektiv die Gesamtprozessorleistung bei Gleitkommaoperationen.


Linpack TPP v1.4.1 (Löser linearer Gleichungen). Anzahl der MFLOPS (Millionen von Gleitkommaoperationen pro Sekunde)

Die Fire3-Karte hat doppelt so viele Kerne, eine höhere Taktfrequenz und einen schnelleren Speicher: Das Ergebnis ist 6,6-mal höher als beim Pi 3.

60.000 MFLOPS sind nach aktuellen Leistungsstandards nicht zu viel, aber im Jahr 2000 würde dieser Cluster von 12 Fire3 zu den 250 schnellsten Supercomputern der Welt (!) Gehören. Ein Cluster mit fünf Fire3-Versionen läuft 8,2-mal schneller als ein Pi 3-Cluster derselben Größe. Dies erklärt sich aus zusätzlichen CPU-Kernen, schnellerem Speicher und einem viel schnelleren Netzwerk für den Datenaustausch zwischen Knoten.

Der 1992 erschienene 16-Kern-Supercomputer Cray C90 produzierte 10.780 MFLOPS, kostete jedoch 30,5 Millionen US-Dollar, wog 10,9 Tonnen und benötigte 495 kW Leistung!

Das Einrichten eines Clusters für maximale Ergebnisse ist eine ganze Kunst: Optimieren des Compilers, Einrichten von Mathematikbibliotheken usw. Wir haben jedoch Schätzungen aus dem Standard- hpcc Paket in Ubuntu 16.04.4 unter Verwendung der Standardkonfiguration übernommen.

Grafik

Sowohl Fire3 als auch Pi 3 verwenden Quad-Core-GPUs für die parallele Verarbeitung großer Datenmengen in Computergrafiken. In letzter Zeit wurden sie auch für spezielle Computer wie das Cryptocurrency Mining verwendet.


glmark2-es2 2014.03 (OpenGL ES 2.0). Bewertung je mehr desto besser

Die Fire3-Karte in diesem Test war 7,5-mal schneller als die Pi 3. Die Cluster-Ergebnisse werden einfach nach der Anzahl der Knoten skaliert.

Wie bei der CPU gibt es viele Optionen zum Einstellen von Grafiken durch Kompilieren mit verschiedenen Treibern usw. In diesem Test haben wir gerade die Standard-Binärdatei glmark2-es2 unter Ubuntu 16.04.4 mit der Standardkonfiguration ausgeführt. Es wird mit dem folgenden Befehl gestartet:

 sudo apt install glmark2-es2 glmark2-es2 --off-screen 

Das veraltete OpenGL-Rendering für Pi 3 ist ziemlich schwach, aber wenn Sie über rpi-config zum experimentellen Mesa rpi-config Rendering wechseln, erhalten Sie eine Leistung wie Fire3.

Die meisten ARM-Single-Board-Geräte verfügen über relativ alte GPUs, die im Vergleich zu den neuesten Flaggschiff-Smartphones eine sehr bescheidene Leistung aufweisen, ganz zu schweigen von Desktop-PCs mit teuren High-End-Grafikkarten und riesigen Netzteilen. Die Mali-400 MP4-GPU in Fire3 stammt aus dem Jahr 2008 und die Broadcom VideoCore-IV in Pi 3 aus dem Jahr 2010. Es gibt mehrere neuere Single-Board- Geräte wie das RockPro64 von PINE64 mit leistungsstärkeren und neueren GPUs (Mali-T860 MP4), während das Samsung Galaxy S9 über die neueste Generation des Mali-G72 MP18 verfügt.

Netzwerk

Diese Tests überprüfen die tatsächliche Datenübertragungsgeschwindigkeit in iPerf zwischen zwei Karten, die an einen Ethernet 100 / 1000Mpbs-Switch angeschlossen sind.

iPerf v2.0.5 (TCP, 1000 Mbit / s Ethernet, zwischen Karten), Mbit / s

Mit den Standardeinstellungen weist die 1000-Mbit / s-Schnittstelle von Fire3 einen 8,5-fachen Geschwindigkeitsunterschied gegenüber der 100-Mbit / s-Schnittstelle von Pi 3 auf.


Wenn Sie die Netzwerkleistung auf dem Raspberry Pi (älter als das Pi 3 Modell B +) erhöhen möchten, können Sie anstelle der integrierten Standardschnittstelle einen Gigabit-USB-Ethernet-Adapter installieren . Es wird die Geschwindigkeit um das 2,8-fache erhöhen, aber aufgrund der Einschränkungen von USB2 ist es immer noch viel langsamer als die echte 1000-Mbit / s-Schnittstelle. Diese Netzwerkschnittstelle ist in das neueste Pi 3 B + -Modell integriert.

Clusterleistung pro Watt

Um die Leistung pro Watt zu bewerten, habe ich die Linpack-Testergebnisse in MFLOPS höher und geteilt durch den Stromverbrauch verwendet. Diese Metrik wird üblicherweise verwendet, um Computersysteme einzustufen .


MFLOPS pro Watt

Ein Fire3-Cluster mit fünf Knoten ist 5,8-mal energieeffizienter als ein Pi 3-Cluster derselben Größe, obwohl er bei 100% Last mehr Strom verbraucht.

Die Wattzahl wurde bei 100% Last für den gesamten Cluster gemessen, einschließlich Netzwerk-Switches, Lüfter und Netzteile. WiFi, Bluetooth, HDMI und mehr bleiben in den Standardeinstellungen.

Der oben erwähnte Cray C90-Supercomputer lieferte 1992 nur 0,02 MFLOPS pro Watt.

3D-Körperdesign

Ich habe das ursprüngliche Design des Raspberry Pi-Clusters in der kostenlosen Version von SketchUp geändert und grobe 3D-NanoPi-Fire3-Vorlagen, Netzwerk-Switches, Konnektoren usw. entworfen. Ich habe beschlossen, keine Lüftungsschlitze / -grills in das Modell aufzunehmen. Das Gehäuse hat genau die gleiche Größe wie Cluster mit fünf Knoten: Die Aufgabe bestand darin, 12 Karten, doppelt so viele Lüfter und Ethernet-Switches sowie alle Kabel aufzunehmen!





Laden Sie die SKP-Datei für SketchUp 2013 herunter

Laserschneiden

Ich benutze das kostenlose Inkscape- Programm: Es bereitet 2D-Modelle für das Laden in einen Laserschneider vor. Unterschiedliche Farben entsprechen unterschiedlichen Niveaus der Laserleistung / -geschwindigkeit. Zunächst werden die Konturen entlang der grünen Linien mit Löchern für Anschlüsse, Schrauben und Belüftung geschnitten. Zusätzliche Kerben sind in Pink angegeben, um das Entfernen zerbrechlicher Teile zu erleichtern. Dann werden der orangefarbene Text und die Linien geätzt und ganz am Ende der Tafel entlang der blauen Konturen geschnitten.



Sie können Dateien zum Schneiden auf ein Blatt von 600 × 400 × 3 mm herunterladen, obwohl ich selbst für verschiedene Paneele entweder transparente oder schwarze Blätter genommen habe:

• SVG-Blatt
• DXF-Blatt

Ein optionales kleines Teil ist ein Diffusor für ein (sehr helles!) LED-Panel, das aus mattem Acryl ausgeschnitten werden kann, oder kaufen Sie einfach den offiziellen Pimoroni-Diffusor für drei Pfund.

Weitere Informationen zu Laserschneid- und schraubenlosen Gehäusemontagesystemen finden Sie in meinem ersten Artikel .

Designänderungen im Vergleich zum Pi 3-Cluster

Obwohl das Gehäuse genau gleich groß blieb, habe ich viele Änderungen und Verbesserungen vorgenommen:

• Das Design der horizontalen Montageschiene bleibt erhalten, aber in Fire3 gibt es M3-Löcher, für die es einfacher ist, Teile zu finden als für M2.5 in Pi. Und die Löcher sind näher beieinander, weil die Gesamtplatinengröße etwas kleiner als der Pi ist. Das Anziehen von Kunststoffmuttern an horizontalen Schienen ist etwas mühsam. Möchte ich Plastikklammern auf einem 3D-Drucker drucken, um die Platinen entlang jeder Schiene zu halten, oder dichte elastische Unterlegscheiben herstellen?
• Externes Netzteil anstelle des internen USB-Hubs : Ich habe das interne USB-Netzteil durch ein lüfterloses Netzteil außerhalb des Gehäuses ersetzt. Dies schafft Platz im Inneren (für mehr Fire3-Boards und zwei Lüfter) und sollte bei der Wärmeableitung helfen. Jeder Fire3 kann maximal 2A ziehen, aber in Wirklichkeit zieht der Cluster viel weniger, ohne die zusätzlichen Peripheriegeräte zu berücksichtigen, die an USB und GPIO hängen.
• Zwei Micro-USB-Ketten anstelle von 12 separaten Kabeln : Da keine geeigneten Kabel zum Verkauf angeboten wurden, habe ich meine eigenen Kabel mit kürzeren und dickeren Drähten (Nennleistung 11A) zu einer „Daisy-Chain“ verarbeitet und 12 Micro-USB-Steckverbinder verlötet. Infolgedessen wurden die Kabel verwendet sehr wenig Platz im Gehäuse ... mehr
• Zwei Lüfter statt eines : Ich war mir sicher, dass leistungsstärkere Fire3-Boards eine viel aktivere Kühlung benötigen würden. Deshalb habe ich zwei ultra-leise 92-mm-Lüfter am Gehäuse platziert: Der hintere Lüfter saugt kalte Luft in das Gehäuse und der vordere bläst heiße Luft aus.
• Gelid Solutions Silent 9-Lüfter anstelle von Nanoxia Deep Silence : Ich bin sehr zufrieden mit der Leistung des Nanoxia-Lüfters (und seiner hervorragenden technischen Unterstützung), wollte aber eine günstigere Option ausprobieren. Gelid-Gummidichtungen sind dicker als Nanoxia, daher habe ich den Durchmesser der Befestigungslöcher im Gehäuse um 0,5 mm vergrößert.
• Direkte 5-V-Stromversorgung für Lüfter anstelle von 5 V über GPIO : In früheren Clustern wurden Lüfter über den GPIO-Ausgang einer der Karten mit Strom versorgt. Unter Berücksichtigung der Installation von zwei Lüftern mit 12 V habe ich einen Aufwärtswandler mit einer direkten Leitung von der Hauptstromversorgung des Gehäuses verbunden.
• Mehrere Belüftungslöcher statt einer großen Anzahl : Anstatt Dutzende von Belüftungslöchern im gesamten Gehäuse zu schneiden (was Zeit kostet), schneide ich Löcher nur an der Vorder- und Rückseite gegenüber den Lüftern. Vielleicht optimiert dies den Luftstrom durch das Gehäuse?
• USB-Anschlüsse am Gehäuse : Diese beiden integrierten USB-Anschlüsse funktionierten in meinem ursprünglichen Cluster einwandfrei, aber ich mochte sie nie, da die langen Kabel nicht normal gebogen sind. Also habe ich jetzt zwei separate USB-Anschlüsse mit kurzen Kabeln und Anschlüssen in einem Winkel genommen, wodurch mehr Platz im Gehäuse bleibt.
• Es gibt kein Regal zum Anschließen eines USB-Hubs : Durch Verschieben des Netzteils nach außen wurde das Design des Gehäuses vereinfacht, das jetzt aus einer Acrylplatte von 600 × 400 mm geschnitten werden kann. Durch Entfernen des Regals wird die Steifigkeit des Gehäuses verringert. Wenn Sie jedoch die horizontalen Montageschienen an den Seitenwänden festschrauben, ist die Steifigkeit normal.
• Flache LAN-Kabel statt runde : Ich mochte die mehrfarbigen Netzwerkkabel aus dem RPi3-Projekt, aber es ist sehr schwierig, sie in das Gehäuse zu verlegen. Flachkabel biegen sich viel leichter, was bei einem so engen Paket von Platinen noch wichtiger ist. Zuerst habe ich 25-cm-Kabel ausprobiert, aber sie erwiesen sich als zu lang, aber 15-cm-Kabel ließen mehr freien Platz im Gehäuse.
• Blaue Netzwerkkabel statt langweiliger grauer : Blau färbt die graue Struktur wirklich ... und das FriendlyARM-Logo ist blau mit grün.
• Gigabit-Switch statt 10 Gigabit : Fire3 verfügt über 1000-Mbit / s-Netzwerkports (zehnmal schneller als Pi). Daher ist es offensichtlich, dass der Switch mindestens 1000 Mbit / s betragen muss. Ein 10-Gigabyte-Switch beseitigt den Engpass an dieser Stelle vollständig: So können zehn oder mehr Fire3s Daten mit voller Geschwindigkeit mit einem externen Netzwerk austauschen. Solche Schalter sind jedoch immer noch teuer (ab 200 GBP) und zu sperrig. Der NETGEAR GS110MX-Switch sieht vielversprechend aus.
• Platinenhalter 4 mm statt 6 mm : Durch Absenken der Schalttafel haben wir etwas mehr Platz für Verkabelung und Luftaustausch.
• Micro-HDMI anstelle von HDMI : Fire3-Karten verfügen über Micro-HDMI-Anschlüsse, daher habe ich das kürzeste Micro-HDMI → HDMI-Kabel verwendet, das ich finden konnte (50 cm). Eine weitere Option war ein kürzeres Kabel mit einem separaten HDMI → Micro HDMI-Adapter, der jedoch sperrig ist und einen der LAN-Ports blockieren kann.
• Schwarze Plexiglasplatten anstelle von transparenten : um zwei Lüfter zu „verstecken“, aber die gesamte Elektronik in der Seiten- und Draufsicht zu belassen. Die schwarze Frontplatte macht auch auf das Unicorn LED-Panel aufmerksam.
• Einhorn-pHAT-LED-Panel anstelle einfacher LEDs auf den Platinen : Es gibt so viele Knoten im Cluster, dass es sinnvoll ist, auf der Vorderseite des Gehäuses eine visuelle Statusüberwachung anzubringen , die die CPU-Geschwindigkeit, Temperatur, Festplatten- und Netzwerkaktivität für jeden Knoten anzeigt ... mehr

Weitere Informationen zu einigen Entwurfsentscheidungen finden Sie im ursprünglichen Pi-Cluster.

Serverstatusanzeigen mit MQTT

Ich habe mich für Pimoronis exzellentes Unicorn pHAT 32x RGB-LED- Panel entschieden, um eine farbenfrohe „Statusanzeige“ des Clusters zu erstellen. Es zeigt die Prozessorlast, Temperatur, Festplatten- und Netzwerkaktivität für jeden Knoten. Diese kostengünstigen Karten werden normalerweise direkt mit den Raspberry Pi-Pins verbunden, aber Sie müssen ein wenig basteln, um sie mit einer anderen Karte zu verbinden. Die rpi_ws281x-Bibliothek von Jeremy Garff verwendet einen sehr intelligenten PWM / DMA-Code auf niedriger Ebene, der für den Raspberry Pi spezifisch ist. Daher habe ich die Bibliothek so geändert, dass ein einzelner SPI-Pin zur Steuerung der LEDs verwendet wird, der auf fast jeder Hardware funktionieren sollte.



Unicorn pHAT wird mit nur drei Drähten an die Platine angeschlossen: + 5V, GND und SPI0 MOSI (Pin 19). Im nächsten Artikel werde ich detailliert beschreiben, wie das alles funktioniert. Die LEDs sind sehr hell, sodass sie hinter dem Diffusor, der mit zwei oder vier M2.5-Schrauben an der Außenseite des Gehäuses befestigt ist, viel besser aussehen. Sie können Ihren eigenen Diffusor aus mattem Acryl schneiden oder ein Pimoroni-Modell mit Schrauben für £ 3 kaufen.

Der Clusterstatus auf dem Controller-Knoten wird vom Mosquitto MQTT-Lightweight-Broker (Server) (Message Queue Telemetry Transport) gesteuert. Jeder Knoten teilt dem Broker einmal pro Sekunde die aktuelle Prozessorgeschwindigkeit, Temperatur, Netzwerkaktivität usw. mit.

Leistung, Temperatur und Kühlung

Ohne Last verbraucht das gesamte System aus zwölf Fire3s, zwei Netzwerk-Switches und zwei 7-V-Lüftern nur 24 Watt und bei Volllast 55 Watt.

Benötigen Sie Heizkörper? Mit der doppelten Anzahl von Kernen erzeugt Fire3 SoC viel mehr Wärme als Pi3, daher ist ein Kühlkörper sehr wichtig. Glücklicherweise liefert FriendlyARM einen großen Kühlkörper mit Wärmeleitpaste, der sicher auf der Fire3-Platine montiert wird. Es ist viel größer als die Heizkörper anderer Single-Board-Spieler, die ich auf dem Markt gesehen habe, und es senkt die Temperatur des Steins perfekt, aber die Lüfter werden trotzdem nicht schaden.

Das Netzteil liefert maximal 75 W (1,1 A bei Fire3), sodass für externe USB-Geräte (z. B. Festplatten) höchstwahrscheinlich eine separate Stromquelle erforderlich ist. Wir messen die Temperatur:

 cat /sys/devices/virtual/thermal/thermal_zone0/temp 

Wir sehen, dass der Prozessor ohne Last mit Kühlung von beiden 12-V-Lüftern auf 39 ° C erwärmt wird.

Bei einer Belastung von 100% mit Lüftern erreicht die Temperatur stabile 58 ° C:

 sysbench --test=cpu --cpu-max-prime=20000000 --num-threads=8 run & 

Ohne Lüfter erreicht die Temperatur schnell 80 ° C mit einer automatischen Absenkung der Taktfrequenz, um eine weitere Überhitzung zu vermeiden. Prozessoren können ohne Probleme lange bei dieser Temperatur laufen, aber Sie erhalten keine maximale Leistung.

Genau das gleiche Gehäusedesign sollte für die Modelle NanoPi Fire2s und Fire2As geeignet sein, die sich nicht so stark erwärmen wie die Modelle Fire3, sodass ein Lüfter für sie ausreicht. Um einen Fire3 zu kühlen, ist ein viel kleinerer Lüfter, vielleicht 40-60 mm, geeignet.

Was für Einplatinencomputer nicht typisch ist, kann Fire3 mit extrem geringem Stromverbrauch (ca. 5 μA) in den Ruhezustand versetzt werden. Dies legt die Idee nahe, einzelne Knoten nach Bedarf zu wiegen und aus dem Ruhezustand zu entfernen. Leider gibt es keine Ethernet-Wake-on-LAN-Unterstützung, sondern nur die unflexible Einstellung "Wake nach X Minuten" . Die Karten haben jedoch einen PWR Header. Vielleicht kann es angeschlossen werden, um vom GPIO-Pin am Controller aus der Ferne aufzuwachen?

Leise Kühlung

Um den Cluster zu kühlen, habe ich zwei 92-mm-Lüfter in das Gehäuse eingebaut. Ich suchte nach den leisesten Kühlern, die durch die Bewertung von Quietpc.com möglich waren , und die Wahl fiel auf Gelid Silent 9 für 5,40 £.

Um bei 5 V mindestens das kleinste Geräusch eines Lüfters zu hören, müssen Sie Ihr Ohr in einem Abstand von 5 bis 7 cm näher an ihn heranführen. Die Gummipads aus dem Kit schützen das Gehäuse perfekt vor Vibrationen. Bei 12V sind Lüfter jedoch in einem ruhigen Raum ziemlich hörbar (20dBA). Deshalb suchte ich nach einer Spannung, die für ausreichende Kühlung sorgt, aber schweigt. Mit einem Aufwärtswandler habe ich die Drehzahl der Lüfter geändert und Spannungsoptionen zwischen 5 V und 12 V ausprobiert.

Fans	Heizkörper?	Keine Last	100% Last	Leistung
Hinten 12V, 1500 U / min	ja	42 ° C.	66 ° C.	Ok
Hinten 9V? U / min	ja	44 ° C.	71 ° C.	Ok
Hinten 7V? U / min	ja	46 ° C.	75 ° C.	Frequenzreduzierung
Beide 12 V, 1500 U / min	ja	39 ° C.	58 ° C.	Ok
Beide 7V ,? U / min	ja	40 ° C.	65 ° C.	Ok
Beide 5V ,? U / min	ja	46 ° C.	77 ° C.	Frequenzreduzierung

(Hier sind die Durchschnittstemperaturen für verschiedene Knoten, dh bei durchschnittlich 71 ° C in der Realität befinden sich zwei Platinen in der Nähe einer Notfallfrequenzreduzierung).

Ich war überrascht, dass der zweite Lüfter das Ergebnis nicht besonders beeinflusst, und am Ende bleibt die Wahl zwischen einem Lüfter bei 9 V oder zwei bei 7 V, während die zweite Option etwas kühler und leiser ist. Ich gehe davon aus, dass der zweite Lüfter bei einem größeren Gehäuse und / oder einem komplexeren Luftströmungsweg im Gehäuse wichtiger ist.

Stromkabel: Fünfteilige Saga

Am schwierigsten war es, eine gute Lösung für die Stromversorgung von 12 Knoten, zwei Ethernet-Switches und zwei Lüftern zu finden. Ich habe versucht, viel Löten und selbstgemachte Kabel zu vermeiden ...

1. Fire3s werden wie ein Pi über Micro-USB mit Strom versorgt, aber ich habe keinen 12-Port-15A-USB-Hub gefunden. Ich dachte an einen 6-Port-Hub mit sechs doppelseitigen Micro-USB-Splittern oder sogar zwei separaten 6-Port-USB-Hubs. Die erste Option bot jedoch nicht genügend Strom für 12 Knoten, und die zweite nahm zu viel Platz im Gehäuse ein.
2. Mit einem externen „Baustein“ als Wechselstromquelle habe ich einige Standard-8x- und 6x-Splitter ausprobiert. Die Kabel sind für Überwachungskameras mit abgewinkelten Micro-USB → DC-Anschlüssen ausgelegt, nehmen jedoch viel Platz ein (schlecht für den Luftstrom) und sind nicht für den Strom ausgelegt, was zu einem Spannungsabfall auf jeder Fire3-Karte führt.
3. Und wenn Sie Stahlchassisschienen als Leiter für 5V + GND verwenden ?! Das ist nicht so verrückt wie es scheint: Jede Schiene hat einen niedrigen Widerstand von nur 0,5 Ohm und sollte elektrisch von den Platinen isoliert werden. Aber ich konnte nicht herausfinden, wie eine zuverlässige Verbindung von jeder Platine zur Schiene hergestellt werden kann, so dass sie beim Ersetzen eines Knotens usw. leicht getrennt werden können.
4. Neue Hoffnung? Gibt es eine andere Möglichkeit, die Platinen mit Strom zu versorgen, als 12 hausgemachte Micro-USB-Kabel zu löten? Fire3-Boards haben 5V + GND-Punkte nicht belegt, z. B. einen UART-Header. Es wäre einfacher und billiger, einen zweipoligen Header an jeden Knoten zu löten und Strom über vorgefertigte zweipolige DuPont-Steckverbinder anstelle von microUSB bereitzustellen. , , … .
5. (daisy-chain), 0,5 (11A, 6 ) microUSB. , , . , DC. , , .

Beide Ethernet-Switches werden ebenfalls mit 5 V versorgt, kreisförmige DC-Steckverbinder sind verlötet.

Erstellen eines Fire3-Clusters

Der Erstellungsprozess ähnelt dem 40-Kern-ARM-Cluster auf dem NanoPC-T3 , mit nur mehr Knoten, einem zusätzlichen Netzwerk-Switch und einem Lüfter. Fire3-Platten werden in einem Abstand von 20 mm entlang Schienen mit M3-Gewinden platziert, die jeweils mit acht Muttern befestigt sind. Aus Gründen der Schönheit habe ich die 5V-zu-12V-Aufwärtswandlerplatine auf die Rückseite des Gehäuses geklebt und Stifte hinzugefügt, um die Lüfter einfach ein- und auszuschalten. Einige Kabel sind verlegt und mit kleinen Kabelbindern gesichert. Das Pimoroni LED-Display ist über drei GPIO-Pins ... mehr mit der Controller-Karte verbunden .

Materialliste

Die meisten Artikel stammen von verschiedenen Verkäufern bei AliExpress oder eBay, was das Porto erheblich erhöht. Bei ausreichender Nachfrage nach Clustern ist es günstiger, Teile in loser Schüttung zu kaufen.

Edimax ES-5800G V3 Gigabit Ethernet Switch (2 Stk.)	£ 19,96
Flachkabel 15 cm Cat6 LAN (12 Stk.)	£ 6,79
M3 Stahlschrauben 12 mm (8 von 10 Stk.)	£ 1.45
M3 Messingständer 4 mm (8 von 50 Stk.)	£ 0,99
5,5 / 2,1 mm DC-Stecker (2 von 5 Stk.)	£ 1.49
1 m Überbrückungskabel rot + schwarz	n / a
1 m 2-adriges 0,5 mm Netzkabel (11A) DC	£ 0,99
Gelöteter MicroUSB-Eckverbinder (12 von 20 Stk.)	£ 1,63
5,5 / 2,1 mm DC-Anschluss zur Montage am Chassis (2 von 10 Stk.)	£ 0,65
Klemmenblock 10A (4 von 12)	£ 1,29
Netzteil 100 W (5 V bei 20 A) ohne Lüfter, 5,5 / 2,1 mm + UK-Steckdose	£ 13.51
RJ45-Halterung mit Mama- und Papa-Gewinde (2 Stk.)	£ 1.74
Stahlschrauben M3 8 mm (4 von 5)	£ 1,25
M3 150 (8 .)	£9,20
M3 (120 150)	£1,73
Micro HDMI «» HDMI «» 50	£2,19
USB «» «» 25 (2 .)	£2.38
3 600×400	£5,32
5V-to-12V	£2,04
	n/a
92 Gelid Silent 9 (2 .)	£11,65
(4 10)	£1,75
Unicorn pHAT 32x RGB LED	£10,00
M2.5 10 (2−4 20)	£1,02
(10 .)	n/a
	£97,73
NanoPi-Fire3 $35 (12 .) 1	£383,38
microSDHC- SanDisk Industrial class 10 8 (12 .)	£62,16
	£543,27

¹ NanoPi-Fire3 kann zollfrei nach Großbritannien importiert werden. Der Versand von 12 Boards aus China kostet nur 29 US-Dollar. Unter Berücksichtigung der britischen Mehrwertsteuer von 20% erhalten Sie 383,38 Euro.

Cluster von anderen Single-Board-Computern

Bisher habe ich auch gebaut:

• Eine hausgemachte Gruppe von fünf Raspberry Pi 3
• 40-Kern-ARM-Cluster von NanoPC-T3
• Cluster von fünf Orange Pi Plus 2e
• Günstiger Cluster von fünf PINE A64 +
• ClusterHAT mit vier Raspberry Pi Zero