Zimaboard: 夢見ていたホームサーバーに最も近かった機材

 (ounapuu.ee)
3 ポイント 投稿者 GN⁺ 2023-10-10 | 2件のコメント | WhatsAppで共有
  • 低消費電力・無音のホームサーバーを探していた中で、Zimaboard は 露出した PCI Express ポート、2つの SATA ポート、パッシブ冷却を備えた小型シングルボードコンピュータとして要件によく合っていた
  • 購入した Zimaboard 832 は 8GB RAM、32GB eMMC、Intel Celeron N3450 クアッドコア CPU 構成で、価格は 200 ドル、エストニアへの配送は 18 ドル・10日かかった
  • 32GB eMMC は OS 用として十分で、Samsung 870 QVO 4TB SATA SSD 2台を接続した際の同時読み取り合計スループットは 900〜950MB/s と SATA III の限界に近かった
  • 消費電力はアイドル時 2.5W、CPU ストレス時 9.0W、SSD 2台の通常利用で約 8〜9W、CPU と SSD の最大負荷時で約 14W で、パッシブ冷却でも CPU は約 72°C を維持した
  • 2024年8月20日の更新では、20個以上の Docker コンテナと重い負荷のため ASRock Deskmini X300 に戻ったが、中程度以下のホームサーバー要件なら今でも良い選択肢である

ホームサーバー要件と Zimaboard の選択

  • 目標は高性能なホームラボではなく、性能・効率・静音性 のバランスが取れた小さなホームサーバーだった
    • 通常時の消費電力が 2〜15W
    • 8GB RAM 以上
    • 主にコンテナ化されたワークロードを実行できる程度の性能
    • 2つの SATA または NVMe SSD スロットと、OS 用の3つ目のドライブの選択肢
    • 完全無音のパッシブ冷却
    • 小型
    • ギガビット Ethernet 以上
  • クラスター、Threadripper、10GbE、多数のディスクよりも、日常運用で静かで電力消費の少ない構成のほうが重要だった
  • Zimaboard は比較的安価な小型シングルボードコンピュータで、ポート構成に 露出した PCI Express ポート が含まれている

購入したモデルと基本構成

  • 選んだモデルは Zimaboard 832 で、8GB RAM、32GB eMMC ストレージ、Intel Celeron N3450 クアッドコア CPU を搭載している
    • CPU は 2016 年の製品で最新・高性能ではないが、必要なホームサーバー作業には十分なレベルだった
    • 832 モデルの価格は 200 ドルで、より安価な構成もあったが、メモリの余裕を考えて 8GB モデルを選んだ
  • Raspberry Pi と違って、Zimaboard は ケースと冷却構造 が装着された状態で提供される
    • ヒートシンクは実用的で見た目も良く、非常に高い負荷でも CPU 温度は約 72°C 程度だった
    • パッシブ冷却なので騒音がなく、ケースのおかげで机を傷つけたりショートしたりする心配も減る
  • 電源ボタンは見えないが、デフォルト設定では電源アダプターを接続するとすぐに起動し、ホームサーバー用途によく合っていた
  • 同梱品にはステッカー、SATA データ+電源ケーブル 1本、EU・US・UK プラグを含む電源アダプターが入っていた
  • エストニアまでの配送は 10日、送料は 18 ドル だった

ストレージ構成と SATA 性能

  • 内蔵 32GB eMMC は OS インストール用として十分だった
    • 読み取り速度は約 175MB/s で頭打ちになった
    • 通常の書き込み速度は約 50〜100MB/s だった
    • /dev/disk/by-id/ では mmc-BJTD4R_0xc7d04e40 として識別され、オンライン検索では Samsung チップのようだった
  • ボード上の 2つの SATA ポートを活用するため、SATA Y ケーブル を 4 ドルで追加購入し、既存の Samsung 870 QVO 4TB SATA SSD 2台を移設した
  • Y ケーブルの販売ページにはボード電源で 3.5 インチ HDD 2台も駆動できると書かれていたが、12V/3A 電源アダプターの限界に近いと判断した
  • SATA 電源コネクタの近くには白いドライブアクティビティ LED があり、サーバーが動作中かどうかを目視で確認できる
  • SSD 2台から同時に読み取りを行った際の合計スループットは 900〜950MB/s と、SATA III 転送速度の限界に近かった

ドライブ取り付けと 3D プリント

  • Zimaboard には 2つの SATA ドライブを標準で取り付けるネイティブな方法がない
  • メーカーは金属ブラケットを販売しているが、ボードとの統合性はあまり良さそうに見えなかった
  • 代わりに 2つの 2.5 インチドライブを収める 3D プリント設計 を使った
  • SSD の取り付け穴は出力誤差のため少し扱いづらく、初回設置時には PCB と標準の底面カバーの間に入れるプラスチック中間レイヤーを入れ忘れたが、それ以外の設置は簡単だった
  • 取り付け後の SSD 温度は 64°C を超えず、その SSD にとっては問題ないレベルだった
  • 同じ環境で回転式 HDD は試していないが、2.5 インチ HDD はそもそもそれほど発熱しないだろうと見ている

消費電力と機器全体の電力消費

  • この構成で最も満足した点は 低い消費電力 だった
  • 簡易電力計で測定した値は以下の通り
    • アイドル時: 2.5W
    • ドライブなし、CPU ストレステスト stress -c 4: 9.0W
    • Samsung 870 QVO 4TB SSD 1台接続、CPU ストレステスト: 13.2W
    • SSD 2台接続、通常利用環境で CPU 使用率約 10〜40%: 約 8〜9W
    • SSD 2台接続、SSD と CPU 最大負荷: 約 14W
  • Zimaboard、ISP モデム/ルーター、TP-Link ルーター/Wi‑Fi AP、CyberPower UPS をすべて合わせても最大約 34W だった
  • 測定は科学的に厳密ではないが、同じ構成を運用する際のおおよその消費電力を見積もる基準としては十分だった

実際の性能と Jellyfin ハードウェアアクセラレーション

  • 以前のホームサーバーとしては ASRock Deskmini X300 ベースの構成や ThinkPad T430 を使っており、通常は CPU 使用率が 10% 以下 にとどまることが多かった
  • 全サービスとコンテナの通常時メモリ使用量は 2GB 以内 に収まっており、CPU 性能比較まで考えると Zimaboard でもホームサーバー作業をこなせると判断した
  • Zimaboard は強力な機材ではないが、主にコンテナ化されたワークロードを使い、メディアトランスコーディングを Intel QuickSync で加速できるなら十分だった
  • Linux と Jellyfin を使う場合は vainfo で対応コーデックを確認し、Jellyfin の設定で該当コーデックのハードウェアデコードとハードウェアエンコードを有効にする
  • intel_gpu_top で GPU に処理がオフロードされていることを確認でき、Jellyfin のハードウェアアクセラレーションはうまく動作した
  • 関連要件は Jellyfin ハードウェアアクセラレーション文書 で確認できる

注意点とまだ試していない部分

  • Zimaboard には Linux ベースの OS である CasaOS が提供されるが、既存インフラが Ansible で文書化・構成されていたため使わなかった
  • Windows 10 と Windows 11 は試していない
  • テスト中に USB 3 ポート がやや奇妙に動作した例があった
    • Fedora Server の USB スティックがある USB ポートでは正常に起動しなかった
    • 外付け USB ストレージのテスト中にも断続的な hiccup があった
    • 普段の利用では USB ポートへの依存が大きくないため、致命的な問題ではなかった
  • PCI Express ポートはまだ必要がなく試していないが、将来的な改造の可能性を広げる良い追加要素として残っている

Fedora Server と btrfs RAID1 への移行

  • Zimaboard をきっかけにホームサーバーを新しく構成し、ZFS をやめて Fedora Server + btrfs RAID1 に移行した
  • ストレージは btrfs RAID1 で構成し、スナップショットとバックアップは btrbk で処理した
  • ZFS は素晴らしいが、ライセンス問題のため Linux カーネルに含まれておらず、Linux エコシステムでは望まれない客のように感じられた
    • カーネル開発者は ZFS 互換性の維持をそれほど重視していない
    • Ubuntu は ZFS を含むカーネルを提供する数少ないディストリビューションの1つだ
    • Ubuntu に縛られ続けたくなかったし、とくに snap を強く押し出してくる点も望まなかった
    • Debian のようなディストリビューションの ZFS DKMS ビルドは概ね問題ないが、他のディストリビューションではカーネル更新後に再起動するとデータにアクセスできなくなる可能性がある
  • btrfs は過去に RAID5/6 で問題があったが、単一ディスクと 2ディスク構成では何年も安定して使ってきた
  • btrfs に決める前に USB スティック 2本で RAID1 を作り、意図的な破損テスト を行った
    • ファイルを書き込み、md5sum でハッシュを計算する
    • 片方の USB ドライブを dd で完全に消去する
    • 再度 md5sum を計算し、毎回一致することを確認する
    • btrfs scrub でファイルシステムエラーを修復する
    • 変形したシナリオを繰り返す
  • btrfs RAID1 や RAID10 のような複数ディスク冗長構成では、ドライブが1本以上故障してもファイルシステムをマウントできるよう /etc/fstab に degraded マウントオプション を入れる必要がある
  • 設定例は以下の通り
LABEL=turbo /turbo      btrfs subvol=turbo,compress-force=zstd:1,ssd,degraded,nofail            0 0
  • 移行時もパスはそのまま維持し、各 ZFS dataset は btrfs subvolume として作り直した

代替案と選定理由

  • 次のホームサーバー候補には Zimaboard、Asustor Flashstor 6、Flashstor 12、そして 2基以上の NVMe SSD スロットを持つ TinyMiniMicro スタイルの機材があった
  • Zimaboard と Flashstor はホームサーバー要件によく合っていた
  • Zimaboard を選んだ主な理由は 価格がはるかに安く、すでにホームサーバーストレージとして SATA SSD 2台を使っていたため、新しいドライブなしで簡単に移行できたからだった
  • 大容量 SATA SSD があまり一般的でなくなり、NVMe SSD がさらに安くなれば、Flashstor のような機材を検討する必要があるかもしれない

結論と 2024年アップデート

  • 初期の結論では、Zimaboard はサービス群を妥当な速度で動かし、消費電力が少なく、静かで、壁に掛けておいても見た目の良い機材だった
  • 構成の柔軟性があり、より多くのリソースが必要なら Zimaboard を追加して別々の役割を持たせられると考えた
  • 2024年8月20日の更新では、半年以上 Zimaboard を運用したあと ASRock Deskmini X300 に戻った
  • 消費電力と拡張性は今でも気に入っているが、CPU 負荷は想定より大きくなった
    • 20個を超える Docker コンテナを動かしており、その一部は重かった
  • 内蔵 AMD Ryzen APU があれば状況はかなり違っていたかもしれないと見ている
  • Zimaboard は今でも理想のホームサーバーに最も近い機材だが、最後の少しの 性能不足 が障害になった
  • 要求が中程度または低めなら、価格が合うときには今でも素晴らしい選択肢だ
  • その後の関心は、最大 12基の NVMe SSD と AMD Ryzen 4コアを備えた Asustor Flashstor Gen 2 に移った

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2件のコメント

 
wedding 2023-10-11

こんなにきれいなデザインのミニPCが欲しかったので、購入を検討してみないといけませんね。
 
GN⁺ 2023-10-10
Hacker News の意見

  • Zima はブランディングと見た目はそこそこうまいが、ほぼそれがすべて。ハードウェアは実質的に、古い2016年頃の低消費電力設計をベースにした、どこかの ODM ボードに近い
    香港企業が古い在庫を処分しているのかもしれないし、Intel SIPP のような別の理由があるのかもしれないが、電気代が無料で、電子廃棄物を少しでも減らしたいのでない限りおすすめしにくい
    同じ価格、あるいはもっと安い価格で、より新しい世代、同等以上の機能、より高い性能の製品を買える。同世代の Qotom 5W 設計でさえ、より良い選択肢になり得る
    例えば、ある ODM の X30G-N5100 は2021年の Intel SoC ベースの4コア4スレッド製品で、(LP)DDR4 対応、2.8GHz ブースト、6W TDP を備える。普通は常にフルパワーで回し続けるわけではないので、実際には3〜4Wに近い可能性が高い。最新機能、最新のセキュリティ、主流のサポートもある。それが新しすぎるなら、J4xxx や N4xxx シリーズのボックスを Zima の半額で買いつつ、性能は2倍得られる

    • このボードのセールスポイントは CPU ではなく入出力。SATA が2つ、ePCIe、NIC が2つある。Proxmox 上で TrueNAS を RAID1 で、pfSense/OPNsense を仮想マシンとして動かせる
    • 競合製品では珍しいPCIe スロットがあるにはある。それ以外は、特に Zimaboard の場合はマーケティングの問題に近く、新しい Zimablade のほうがずっと興味深い。相変わらず古くて遅い技術ではあるが、PCIe スロットを維持しつつ価格を65ドルまで下げている
    • ODM が電子廃棄物に近いものをパッケージして、ZimaBoard のような新しい名前で市場に出す動機があるのか疑問。こういう慣行は一般的なのだろうか？
    • ODM が何か分からない人向けに説明してもらえる？検索してもあまり明確ではなく、見たところ産業用コントローラーボードや組み込み向け「Box PC」メーカーを指す非常に広い用語にすぎず、特定の製品群を意味しているわけではなさそう
      この製品に最も近いのは「Box PC」だろうが、そういう製品はたいてい消費者に直接売られておらず、何とか売っているところを見つけても B2B のマージンが大きく乗っているのが問題。もしかすると別のものを指しているのかもしれない

  • 「このボードのバリエーションは200ドル」という価格だと、eBay の中古マイクロサーバーやスモールフォームファクタ PC と比べて、お得な取引には聞こえない
    例えばこういうもの：
    ∙ https://www.ebay.com/itm/175917817224 ⇦ NVMe スロット2つ
    ∙ https://www.ebay.com/itm/204477355543 ⇦ 3.5インチドライブ4台、ECC メモリ対応可
    ちなみに、その販売者たちとは面識はない

    • 誰もが電気代がほぼ無料の国に住んでいるわけではない
      イギリスでは、ああした eBay 機器を1年つけっぱなしにするだけで、電気代が200ドルの Zimaboardを上回ることもある
      例えば90Wを1年中24時間つけっぱなしにすると約£212、約$258で、60Wでも約£142、約$173になる
      この価格帯では、消費電力が非常に大きな判断材料になる
    • 投稿者です。騒音を気にしないなら、もっと良い取引は見つかる。ただ、ドルあたり性能よりも無音を重視している
    • サーバーの価格を比較するときは、ほとんどアイドル状態で24時間稼働させる3〜4年分の電気代を加えると有用。ヨーロッパでは、新しい低消費電力 SoC ボードが、中古のソケット式システムにそうした比較で勝つことが多い
    • こうした機器と ZimaBoard はどちらも最安クラスの NIC を使っていて、ネットワーク機器で最も多く問題を起こす部分がまさにその NIC
      こういうものを使った経験からすると、安定したネットワーキングが欲しいなら、コンシューマー向け NIC ハードウェアに必要な特殊対応を含む Linux ディストリビューション、例えば VyOS を使うか、i350 のような OCP プラットフォーム向け NIC、つまり汎用ハイパースケーラー NIC を使うほうがよいと思う
    • 2つ目のリンクの Gen8 microserver を持っているが、4ベイなのも良いし、特に ILO が本当に良い。起動に問題が出たり再インストールが必要になったりしたとき、サーバーラックを開けて机の上に引っ張り出し、モニターとキーボードをつないで BIOS や GRUB の作業をする必要がない
      Web インターフェースですべて処理でき、HTML5 ターミナルもうまく動作する。最大の欠点は、アイドル状態でも消費電力が大きいこと
      Zimaboard のドキュメントでは関連情報を見つけられなかったが、OS の災害復旧が必要なら mini DisplayPort 対応モニターを探す必要がありそう。特に eMMC は Raspberry Pi の SD のように簡単に抜いて交換できないので、さらに問題になる

  • Zimaboard 自体に悪感情はないが、記事で一番良かった部分は結論に出てきたケーブル整理だった。本当にきれい

    • 同じ投稿者の過去の HN 記事もあった: https://ounapuu.ee/posts/2023/09/07/ikea-powered-homelab/
      壁面構成についての記事
    • 投稿者は IKEA Skadis 構成を使っていて、3D プリントコミュニティではかなり人気がある。使えるプリント物がたくさんあるので、壁面の整理が必要なら強くおすすめする
    • こういうもの向けのサブレディットもある: https://reddit.com/r/cableporn

  • 実際に1台持っていて、Ubuntu と Ansible-Nas をインストールした。lsblk の出力上は 32GB の MMC 領域があるはずなのに、14GBしか認識されない
    メールを送ったところ注文確認を求められ、その後は返信がない
    mmcblk0 ... 14.7G
    ついでに言うと、SSH はできて、ローカルで w3m を使えば Docker でホストした Heimdall のようなサービスにはアクセスできるのに、LAN からは Docker サービスにアクセスできない。何を直せばいいか分かる人はいる？

  • こうした小型ボードは素晴らしい製品だが、中古の一般的なコンピュータと比べると、たいてい不利に見える。
    RAM 8GB の Zimaboard システムが欲しければ 200 ドル必要で、4 コアを得るには中位モデルを買う必要がある。
    2012 年モデルのクアッドコア Mac mini の中古をその半額程度で買ったが、これにも SATA スロットが 2 つあり、Apple 基準でのアイドル時消費電力は 13W だ。販売者がすでに RAM を 16GB にアップグレードしていた。
    これは PC より中古価格が高い、いわゆる「Apple tax」が乗るマシンだ。
    eBay で「HP EliteDesk」と検索すると、かなり楽しく選べる。
    それでも、このサイズの小さなシステムに PCIe スロットがあるのは評価できる。

    • 組み立て済みのシンクライアントと SBC の間で妥協した結果、自分で Mini ITX PC を作った。17x17cm フォームファクタはサイズの割に接続性が十分で、PCIe もある。
      2018 年の構成は約 250 ドルだった: Asrock J4105-ITX [1] + mini ITX ケース（pico 電源込み）+ DDR4 4GB 2 枚 + 128GB SSD。ClearLinux を動かしていて、5 年経った今でも完璧に動作している。
      2024 年の Mini ITX 構成では Intel N100 を使うことになりそうで、Asus Prime N100I-D D4-CSM [2] のようなボードが約 120 ドルだが、まだ選択肢を見ているところだ。
      [1] https://www.asrock.com/mb/Intel/J4105-ITX/
      [2] https://www.asus.com/motherboards-components/motherboards/cs...

  • まもなく登場する Zima Blade もある。これも非常に小さく、ずっと安価で、SO-DIMM スロット、単一の Ethernet ポート、USB-C 電源を備えている。

    • Zima Blade は実際には USB-C 電源ではない。単に USB-C ポートに 12V の生電圧を流す方式で、PD ネゴシエーションには対応していない。
      出典: https://www.youtube.com/watch?v=I1bbD1kw334
      正直、この手の製品では完全に購入を見送る理由になる。付属の電源アダプタ以外では動作しないだけでなく、その電源アダプタを別の機器に挿すと焼いてしまう可能性も高い。

  • Zimaboard でよく分からないのは、なぜこんなにきれいなエンクロージャを付けて出しているのかという点だ。PCIe/SATA ポートに何かを接続して使うなら、どうせすっきり置くために別のエンクロージャやケースが必要になる。それなら Raspberry Pi のようにボードだけ売ればいいのではないか。
    btrfs は過去に、とくに RAID5/6 構成で問題があったと言われているが、今でも btrfs の RAID 5 と 6 には大きな問題があり、実運用には推奨されないと理解している。

    • エンクロージャがヒートシンクだからだ。機能上おおむねあのような形である必要があり、ついでに見栄えよく作っても追加コストはほとんどかからない。
    • 商業的な理由というより、チームの趣味や好みの影響が大きかったように思う。
      新しい zimablade も同様にかなり尖った見た目だが、実際にはオープン構造の方が冷却には向いているだろう。
    • ホームサーバーに興味はあるものの、自分で設定する時間や技術が足りない人向けの、独自で扱いやすいミニホームラボ機器だ。

  • SATA3 インターフェースが重要なら、縦型ディスクホルダーを 2 つ備えた Odroid HC4 も見る価値がある: https://wiki.odroid.com/odroid-hc4/odroid-hc4
    ホームサーバーとして使っている製品は Samsung 850 SSD 1TB を取り付けており、現在 3.48W を消費している。

    • ここに Odroid H3 も加えたい。WD Black NVMe M.2 SSD を付け、アイドル状態で 3〜4W で動かしている。標準的な x86 Debian サーバーインストールで、SO-DIMM RAM 16GB を使っており最大 64GB をサポートする。2.5GbE Ethernet が 2 つ、パッシブ冷却でファンはオプション。ディスクを 2 台入れられるエンクロージャも販売している。価格は送料別で 129 ドル。
      Samba 共有と複数のコンテナを動かすのに良い。
      https://www.hardkernel.com/shop/odroid-h3/
    • そのボードで SSH はどのくらい速度が出るのか。Raspberry Pi 4 を低消費電力サーバーとして使ったときの最大の問題は、SSH でバックアップを送るとネットワーク転送が約 20MB/s で頭打ちになった点だった。/dev/null に送る生の転送速度ベースで、一般的な x86 ボードでは約 100MB/s が出た。
    • とても良いが、こうした ARM SBC はルーター近くの壁に取り付けるのが好みだ。この製品はその用途には合わなさそうだ。
      Argon One Raspberry Pi 4 ケースは壁掛けには非常に良いが、M.2 ドライブを USB 3 で接続する点はあまり良くない。
    • HC4 の仕様は気に入っているが、そのフォームファクタは、通りがかった人がドライブを引き抜くのにちょうどよさそうに見える。

  • NixOS で ZFS 互換カーネルだけを使うように設定すると、ZFS が再びカーネルの一部のように感じられる。その構成で約 2 年使っている。
    BTRFS のドライブ構成をあまりにも何度も文鎮化したり吹き飛ばしたりしたので、もう信用しにくい。別のものに行くなら bcachefs を選ぶと思う。

  • より高速なネットワークに興味があるなら、R86s の派生モデルを見るとよい: https://www.servethehome.com/the-gowin-r86s-revolution-low-p...
    10Gb NIC は実際には OCP コネクタを使う Mellanox CX3 シリーズなので、理論上は CX5/6 や Solarflare のような、より面白いカードに交換することもできる。