ハッカー、M1 Mac miniを電気の代わりにEthernet給電するModを開発

 (inferse.com)
6 ポイント 投稿者 GN⁺ 2023-08-03 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • Power over Ethernet(PoE) プロトコルで動作するよう改造されたM1 Mac miniで、既存のACアダプターの代わりにEthernetケーブルだけで給電可能
  • 改造のためにM1 Mac miniの**Ethernetポートをデソルダリング(de-solder)**した後、電力伝送をサポートするよう変更
  • magjackコネクタといくつかの部品、そして市販モジュールを使ってPoEスイッチと通信し、電源を12Vに変換
  • ACアダプターによる給電は無効化しておらず、PoEは補助電源として使われる可能性
  • Apple Siliconの電力効率がPoEテストに適した条件を提供しており、今後ほかのMac機種への拡張可能性にも注目

改造の背景

  • Appleはハードウェアの動作方法の変更を防ぐため、厳格なソフトウェア制限を適用
  • あるシステムエンジニア兼ハードウェアハッカーが、自らの挑戦課題としてM1 Mac miniをPoEプロトコルで動作するよう改造

改造の過程

  • M1 Mac miniのEthernetポートをデソルダリングした後、コンパクトな本体が電力伝送をサポートするよう変更
  • 改造に必要な部品とmagjackコネクタが必要
    • 市販モジュール(off-the-shelf module)を使って部品がPoEスイッチと通信
    • 電源供給を12Vに変換
  • 改造の全過程を記事としてまとめて公開する予定で、その後動画も制作予定
    • プロジェクトは予想より7倍大きな反応を得た

電源の冗長化と限界

  • M1 Mac miniのPoE駆動には一部制約が存在する可能性 (AppleInsiderの言及)
  • このため通常のACアダプターによる給電は無効化していない
    • つまりPoEは補助電源として活用される見込み

消費電力とPoEスループット

  • Apple Siliconの電力効率のおかげで、M1 Mac miniはPoEテストに最適
    • アイドル時の消費電力は6Wのみ
    • 負荷がかかると消費電力は40Wまで上昇
  • Power over Ethernetの最大スループットは各種電圧で15.4Wと確認されており、これはTwitter公開当時には言及されていなかった詳細

今後の見通し

  • 今後、改造過程に関する追加情報が公開される予定
  • PoEの限界や、Ethernetポートを備えた他のMac機種が同じ改造に対応できるかどうかを確認できる可能性

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1件のコメント

 
GN⁺ 2023-08-03
Hacker News の意見

  • HN からのトラフィックでサイトがほぼ落ちているようなので、記事のキャッシュリンクを残しておく
    https://web.archive.org/web/20230801195510/https://www.infer...

  • M1 Mac mini はアイドル時 6W、負荷時は最大 40W まで上がるが、本来の PoE の最大電力は 15.4W なので、結局 60W をサポートする 802.3bt(PoE++) に上げる必要がありそう
    それでもクールなプロジェクトだ。Mac Mini M1 を USB-C PD で動かせるように改造してみたかったが、MacBook と同じ PD IC である CD3217 を使っているので可能かもしれないし、最終的にはモバイルバッテリーで駆動できるかもしれない

    • 小さな訂正: 802.3bt は 51W(Type 3) または 71W(Type 4) を追加した。60W は標準の電力段階ではない。一部のスイッチは PoH でポートあたり最大 95W をサポートしている
    • Mac Mini を外部バッテリーで動かそうとする目的が気になる。画面を使わない MacBook Air を買うより費用対効果が低そうに見える
    • 余っている Mac mini と、60W 全体を出せる POE++ スイッチでこれを試してみる予定。POE Texas のかなり普通の POE スプリッターだけでも、実際に 60W を供給できそう
      おそらく使うインジェクターはこれ - https://shop.poetexas.com/collections/splitters/products/gbt...
    • 最もロックダウンされた機器の一つをこんなふうに変える改造は、少し無意味に見える。このプロジェクトの何が良いのか気になる。ケーブルが1本増えるのがそんなに邪魔なのだろうか？
      自分にも外から見ると無意味に見える「どうしてもやるべき」プロジェクトがあるので、揚げ足を取るより理解したくて聞いている
    • PD がダメなら、USB-PD で自分自身を充電し、12V を出力するバッテリーパックを作ればいい。Mini 内蔵の電源は 120/240V を受けて 12V だけを出力しているようだ

  • Mac Mini M1 の内蔵 AC アダプターをバイパスして 12V DC で電源を入れ、四足歩行ロボットの実験に使った
    コネクターの詳細情報はここにある: https://www.ifixit.com/Answers/View/574827/What+PSU+connecto...
    この記事は Mac Mini 2018 に言及しているが、コネクターとピン配置は Mac Mini M1 でも問題なく動作する

  • 大きなオフィスでは、電力をあらかじめ変換して配分すれば、すべてのコンピューターやモニターごとに変圧器を入れなくて済み、かなり改善できるのではないかと何度も考えたことがある。
    最近の新しい照明はすべてLEDなのに、新築住宅の危険な230Vコンセントの大半を12Vに置き換えて、食器洗い機、洗濯機、乾燥機のようなものだけに230Vを使うようにしない理由も気になる。電子工学は数年勉強したが、電力配電はよく分からない。ただ、長距離送電で損失を減らすために超高圧を使う理由は理解しているつもりだ。

    • 同じ電力なら電圧と電流はある程度反比例で調整できるが、低い電圧で大きな電流を流すと問題が起きる。電圧降下があり、より太い導体が必要になる。
      そのため PoE やオーディオのファンタム電源のようなものは、より低い電圧ではなく48Vを使うことが多い。
    • 多くのIP電話機は PoE を使っている。
      Ubiquitiも一時期PoE対応のオフィス照明を販売していたが、不思議なことに今は販売終了している。 https://www.bhphotovideo.com/c/product/1431160-REG/ubiquiti_...
    • 家庭でも、依然としてより高い電圧が必要な用途は多い。正確には電力の問題だが、12Vで大電流を流そうという意味ではないはずだ。掃除機、ヘアドライヤー、熱を出す携帯機器などがそれに当たる。
      家を低電圧ソケット中心に作ると、住む人にとってかなり不便かもしれない。最近では 230Vの危険性 が実際に有意なものなのかも気になる。低電圧だったなら起きなかった火災やけががどれほどあるのだろうと思う。
    • 将来的にはすべてが USB-CとUSB-PD で動作する姿を想像している。今でもキッチンや浴室の冷蔵庫、洗濯機のようなものを除けば、大半は最大240Wで十分動かせるし、オフィスならなおさらそうだろう。
      現在の方式よりはるかに効率的で安全なはずだが、どれほど現実味があるのかは分からない。
    • オフィス機器には今や事実上「変圧器」はなく、すべて スイッチング電源 を使っている。出力バッファ（コンデンサやインダクタ）を置き、スイッチを高速にオン／オフしながら目標電圧を維持する方式だ。
      出力バッファが目標電圧より低ければスイッチを閉じて電圧を上げ、目標電圧より高くなればスイッチを開いてバッファの電力を使わせ、電圧が下がるようにする。この過程は毎秒数千〜数百万回起こり、現代のAC/DC電源もDC/DC電源も同じ原理で動作する。
      この案の問題は オームの法則 だ。電線は完全ではなく抵抗があり、V=IRにおいて電線の抵抗は一定で、Vは電線で失われる電圧だ。損失を減らすには電流Iを減らす必要があり、同じ電力を維持するには電圧を上げなければならない。
      中央の変圧器からコンピューターまで14ゲージの銅線2本が100フィートあるとすると、合計抵抗は約0.5Ωになる。120Wのコンピューターに12Vで送るには10Aが必要で、電線での電圧損失は10A      0.5Ω=5Vになる。12Vを入れても7Vしか届かず、ケーブルで50Wを燃やしているようなものだ。
      目的の12Vを得るには17V 10A、つまり120Wのコンピューターに170Wを入れなければならない。3フィートのケーブルで接続されたコンピューターには電圧を高く供給しすぎる問題も生じる。
      電線電圧を120Vに上げ、コンピューター側で12Vに下げれば1A流すだけでよく、電線損失は0.5Vなので電力損失はわずか0.5Wだ。この程度なら完全に許容できるし、コンピューターはいずれにせよ電圧を下げるので、120Vではなく119.5Vを受け取ることも気にする必要はない。
      しかしそうすると、結局各コンピューターごとに電源装置がまた必要になる。コンピューターごとにあったAC/DC電源を、実質的に同じDC/DC電源に置き換えるだけで、得るものはあまりない。中央でのAC/DC変換に多少の利点はあるかもしれないが、実際には気にするほど大きくない可能性が高い。屋上太陽光のように、電源がそもそもDCである場合にこそ価値がある。
      より太いケーブルを使う方法もあるが、10Aで同じ0.5Wの損失に抑えるには、抵抗が0.005Ωの電線が必要になる。例えば0000 AWGの電線2本を並列に使うようなレベルだ。

  • 記事の文に誤字が多く、何を言っているのか追いかけるのが難しい。デバイスが15.4Wより多く必要としたときに何が起きるのかが核心だ。
    実際の使用環境で安定して使えないなら、面白さはかなり薄れる。また、これを可能にするためにデバイス内部に追加した 部品リスト 全体が公開されると、もっと面白そうだ。
    追記: PoEでより多くの電力を送る方法を教えてくれた @ravetcofx のおかげで理解できた。 https://news.ycombinator.com/item?id=36962808

    • TwitterスレッドにはPoE標準の表を含め、より多くの詳細がある。
      https://twitter.com/Merocle/status/1686093369322176512
      デバイスが15.4Wより多く必要とすると電圧が下がり、おそらくデバイスはクラッシュするだろう。
    • 記事は「POE」と書いていて、製作者がもともと 初期のPoE だけをサポートしていると仮定したようだ。実際には、より高い電力をサポートするPoE+やPoE++アダプターを使った可能性が高い。

  • 記事が参照している実際の出典は、この ツイートスレッド のように見える: https://twitter.com/Merocle/status/1686093369322176512

  • 以前うっかり 24VパッシブPoE が生きている接続を2012年型Mac Miniに挿してしまい、即座に焼いてしまったことがあるので、こういうニュースはうれしい。

    • 最近のデバイスの大半は絶縁されているものだと思っていた。

  • Merocleは Raspberry Pi Blade の作者でもある。
    https://www.kickstarter.com/projects/uptimelab/compute-blade

  • PoE は、可能性に比べて深刻なほど活用されていないと思う。ネットワークと電源の両方が必要なケースは多いのに、単一ケーブルのソリューションを求めると、結局ワイヤレスと格闘することになる。
    最近のワイヤレスは多くの状況でかなり安定しているが、それでも干渉や複雑な設定の問題がある。Sonos のようなワイヤレススピーカーシステムは、まだ実現されていない明白な PoE 活用例に見える。
    Ivan のプロジェクトは素晴らしく、特に AC と PoE の間を安定かつシームレスに切り替える部分が印象的だ[0]。
    [0] https://twitter.com/Merocle/status/1686093369322176512

    • 家や建物のあちこちにイーサネットケーブルが敷かれているなら、PoE は理にかなっている。でも Sonos の例で見ると、99.9%以上の人は家のあちこちにイーサネットケーブルなんてない。
      代わりに普通のコンセント電源と Wi-Fi はある。それでも全室にイーサネット配線を敷くことには賛成だが、おそらく新築の建物でないと難しそうだ。

  • これは 150W の最大連続電力定格を単に無視しているように見える。Mini は各 Thunderbolt ポートから 15W、2つの USB ポートからさらに 15W を供給できる。
    Mini 自体の消費電力を除いても、これだけですでに各 PoE++ 端末に保証される 51W の上限にほぼ達している。