Самый маленький open source свитч — как он устроен, что может предложить, мнения и некоторые альтернативы

Ученики из школы в штате Нью-Гэмпшир, спроектировали 5-портовый сетевой коммутатор, который они окрестили «самым маленьким в мире». Свои наработки они передали в open source. Коротко рассмотрим компонентную базу свитча, обсудим мнения сообщества, а также взглянем на некоторые похожие проекты.

Что это за устройство

Устройство получило название mrxSwitch и подходит для работы в бытовой электронике, а также робототехнике. Собственно, необходимость спроектировать подобное устройство и стала предпосылкой для разработки этого свитча. Его авторы — учащиеся Академии Филлипса в Эксетере. Это — частная школа, которая использует в процессе обучения методику Харкнесса и обладает крупной библиотекой. Команда MUREX Robotics принимала участие в соревнованиях по подводной робототехнике и делала собственного робота, способного выполнять задачи в бассейне. Им потребовался компактный коммутатор, чтобы связать кастомную плату на базе CM4, PLC-модуль и несколько IP-камер для системы компьютерного зрения. Однако существующие решения были или чересчур громоздкими, или слишком дорогими. Тогда ученики решили спроектировать собственное устройство, а затем выложили схему и документацию в открытый доступ. 

В основу устройства положили интегральную схему IP175G, поскольку она надежна, доступна и проста в использовании. Хотя молодые инженеры отметили, что её можно заменить на RTL8305NB-CG или IP175GHI (если необходима возможность работы в более широком диапазоне температур). В любом случае, выбор IP175G не обошелся без сложностей: в частности, datasheet было сложно читать из-за опечаток. 

Что касается компонентой базы, то изначально MUREX Robotics сделали выбор в пользу трансформаторов QT24A23 и BT16A07. Но последнего не оказалось в наличии в магазине, поэтому его пришлось заменить на HY601680. Они также использовали линейный регулятор напряжения LM1117 с выходным напряжением 3,3 В и максимальным входным напряжением 15 В. В качестве коннекторов использовали Molex PicoBlade. При этом разработчики обратились к терминированию по методу Роберта Смита (Robert Smith Termination), которое помогает снизить влияние синфазных помех (common-mode noise). По словам авторов mrxSwitch, выбранный ими метод одобряют в том числе инженеры японского производителя полупроводниковых компонентов Renesas.

Первая версия свитча вышла в 2023 году, и уже тогда в MUREX Robotics отметили несколько моментов, которые можно улучшить. Так, один из них был связан с размерами платы (они считали её слишком большой). Но с тех пор инженеры улучшили конструкцию свитча, внесли в неё несколько изменений. В частности, уменьшили размер mrxSwitch на 30% — до 44,9 x 42,2 мм — что, по словам авторов, делает коммутатор самым маленьким в мире (по крайней мере, на июнь 2024 года). Еще они заменили обе микросхемы QT24A23 на QT48A03 — то есть выбрали более дешевое и компактное решение. В будущем команда инженеров планирует продолжать совершенствовать свой продукт.

Что говорят в сообществе

Инструмент привлек внимание резидентов Hacker News, и в тематическом треде завязалась дискуссия. В целом сообщество положительно оценило новое аппаратное обеспечение. Некоторые отметили, что такой компактный коммутатор найдет применение в робототехнике, что неудивительно, учитывая обстоятельства, которые привели к его разработке. Один из пользователей площадки также предположил, что mrxSwitch будет полезен в любительской авионике. Он рассказал, что подобное устройство пригодилось бы его команде при разработке ракеты для соревнования FAR-Mars, в рамках которого студенты должны были разработать ракету на жидком кислороде или жидком метане, способную подняться на высоту до 15 км. Резидент Hacker News был членом команды от Университета Пердью, и они использовали ethernet-свитч стоимостью $80. По его словам, открытый проект вроде mrxSwitch позволил бы его команде сэкономить.

Но, разумеется, не обошлось и без толики критики. Пользователь HN предположил, что устройство может сильно греться из-за особенностей конструкции. Он заметил, что линейные регуляторы напряжения работают таким образом, что рассеивают остаточную мощность в виде тепла. И один из разработчиков mrxSwitch подтвердил, что коммутатор действительно нагревается до 60°C, поэтому рекомендовал использовать радиатор. Они подумывают добавить его самостоятельно, или внедрить высокочастотный DC-DC конвертер. Редакторы профильного интернет-издания Tom’s Hardware, также отметили, что скорость в 100 Мбит/с может показаться достаточно низкой по современным стандартам, однако она вполне оправдана стоимостью оборудования.

Какие существуют аналоги

Разумеется, mrxSwitch не единственный компактный коммутатор (хотя авторы и заявляют, что он самый маленький в мире). Альтернативой может быть устройство SwitchBlox, размеры которого составляют 44,5 x 44,5 мм. Коммутатор имеет пять портов Ethernet 10/100 и подходит для использования в беспилотных летательных аппаратах и других автономных системах. Стоимость SwitchBlox составляет примерно $70, но исходники можно найти на GitHub (но пока только файлы Kicad).

Среди альтернативных продуктов также можно выделить индустриальный свитч PE-505 от BrainBoxes. Его размеры не превышают 55 x 55 мм, и он может функционировать при температурах от -40 °C до +85 °C. Устройство работает на скоростях 10/100 Ethernet и соответствует стандарту IEEE 802.3az. Если вы хотите поближе познакомиться со спецификацией этого коммутатора, то вот его datasheet.

Что интересно, постоянное уменьшение сетевых и других устройств создает новые вызовы для инженеров. Один из них связан с необходимостью пропорционально уменьшать разъемы, сохраняя при этом надежность подключения. Законы физики обмануть сложно, поэтому единственный способ уменьшить размер коннектора — в это разместить контакты ближе друг к другу. Но разъемы, расстояние между контактами которых меньше 0,35 мм, могут потребовать особого подхода на производстве.

Поэтому некоторые стремятся обойти это ограничение. Так, компания Molex в прошлом году представила семейство межплатных коннекторов высокой плотности. Коннекторы разбили на пары и разместили «лесенкой». Такой метод расположения контактов позволил сократить длину коннектора на 30% по сравнению с другими межплатными разъёмами.

О чем еще мы пишем:

• Голодающие дата-центры и блекауты: как решают проблему с нехваткой электроэнергии для ИТ-инфраструктуры. Рассмотрели проблемы, с которым сталкиваются дата-центры в условиях растущего спроса на вычислительные ресурсы. Поговорили про нехватку энергетических ресурсов и тому, как отключения электричества влияют на работу облачных провайдеров. Спойлер: блекауты в дата-центрах становятся все более разрушительными, но более редкими.

• Динамика DDoS-атак: обзор первого квартала 2024 года. За полгода число кибератак выросло на 30%. В этой статье мы разбираем статистику и рассказываем о наиболее заметных DDoS-атаках последнего времени — например, на инфраструктуру разработчика софта для 3D-моделирования Blender. Мы также рассмотрели международные инициативы и законодательные меры, которые направлены на регулирование систем ИИ в вопросах кибербезопасности.

• «Этикетки» для тарифов и битва за общественный интернет — что с регулированием провайдеров в США и других странах. В этой статье рассмотрели последние изменения на американском интернет-рынке, которые вызваны новыми стандартами Федеральной комиссии по связи и инициативами местных властей. Разобрали, почему возрос интерес к муниципальным интернет-проектам, и как регулятор планирует повышать прозрачность работы провайдеров на рынке. В частности, он уже обязал телекомов публиковать лейблы с подробными условиями подключения (за основу взяли маркировки с пищевой ценностью на продуктах).

• Парочка open source решений по доставке уведомлений. Это — наша компактная подборка открытых проектов для управления уведомлениями на мобильных платформах. В списке такие решения, как Gotify с поддержкой пользовательских плагинов, комбайн Novu, позволяющий построить собственный центр уведомлений, а также Apprise, если нужно чрезвычайно легкое решение.

• Pet-проекты и решения от open source организаций: подборка открытых инструментов для сетевого мониторинга. Еще одна подборка, на этот раз с утилитами для пакетного мониторинга. В списке представлены как «домашние решения» отдельных энтузиастов (например, Sniffnet), так и приложения, разработанные профильными сообществами (например, HertzBeat). Также расскажем про Portmaster, который совмещает функции сетевого мониторинга и брандмауэра.

• Обработка больших данных в QoE Stor. Мы разработали систему для операторов связи, которая позволяет выгружать статистку по абонентам. Рассказываем, как эти данные хранятся на сервере статистики. Показываем на примере оператора с одним миллионом абонентов.