Intel第12世代/第13世代で待機電力7ワット: 低消費電力サーバー/NAS構築の基礎
- Intel第12世代/第13世代システムの待機電力は7ワット。
- 待機電力の測定には、マザーボード、CPU、RAM、SSD、PSUが含まれる。
- BIOSでC-Statesを設定し、
powertopの自動調整を行うことで省電力モードに到達。
詳細な仕様と構成要素の選定
- 低い待機電力と妥当なCPU性能を目標とする。
- 12台のハードドライブと最低1台のNVMeを扱える能力が必要。
- コストを抑えつつDDR4を使い、既存のCPUを再利用したい。
マザーボード – ASUS Prime H770-Plus D4
- Intel 600/700シリーズとAMD 500/600シリーズのマザーボードから選定。
- 6台のNVMeドライブのためにPCI-E to M.2アダプターが必要であることを認識。
- Intelマザーボードを選んだ理由は、チップセットTDP、チップセット速度、DDR4対応、既存のIntel第12世代CPUを保有していることなど。
CPU – Intel i5-12400 (H0ステッピング) – Alder Lake
- AV1ハードウェアデコード対応に加え、E-coreのシリコンオーバーヘッドなしで最高の性能を提供。
- 以前のデスクトップビルドで使っていたCPUを、サーバー志向の構成に再利用。
メモリ – 64GB DDR4-3200
- 既存で保有していたKingston HyperXのデュアルランクおよびシングルランクメモリを使用。
- XMPプロファイルを使って安定性を確保し、電圧を調整。
ブートドライブ – Sandisk Ultra 3D 1TB SSD
- Ubuntu Server 23.04用のブートドライブとして使用。
- 最終的なOSはSamsung SSD 970 EVO Plus 500GB NVMeにインストール予定。
PSU – Corsair RM750
- 750WのPSUは、システムがおよそ10ワット前後で維持されると見込まれる一方、複数のドライブモーターが同時に動作する際の高い瞬間負荷にも耐える必要がある。
電力測定 – 初期
- コンセント側での消費電力を測定し、Ubuntu Server 23.04を使用。
- BIOS設定では、CPU C-states、ASPM、R6、ALPM対応を有効化。
- ディスプレイがオフになった後は7ワット、USBキーボードの電源管理を無効化した場合は8ワットを消費。
問題となる電力測定 – スピンダウンしたハードドライブを満載した状態
- 12台のハードドライブと4台のNVMeドライブを接続すると、待機電力が24～25ワットに増加。
- SATAコントローラーとポートマルチプライヤーの使用による消費電力増加が推定される。
消費電力の謎 – 高消費電力の調査と診断
- ハードドライブを切り離し、構成要素を1つずつテスト。
- JMB585 SATAコントローラーが消費電力増加の主犯であることが判明。
- ASM1166 SATAコントローラーに交換し、ASPM L1対応によって消費電力を削減。
消費電力の謎 – 結論
- 低消費電力を実現するには、マザーボードの対応とBIOS構成が重要。
- すべてのデバイスがASPM L1に対応している必要がある。
- C8電源状態を達成できるのであれば、CPUに接続されたPCIeレーンの使用は避ける。
- コンセント側で測定した電力だけが、実際の状況を正確に把握できる唯一の方法。
GN⁺の見解
- 低消費電力サーバー/NAS構築において、Intel第12世代/第13世代プラットフォームが非常に効率的な待機電力を提供する点は重要。
- マザーボードの選択とBIOS設定が消費電力に大きく影響することが示された。
- この記事は、低消費電力システムを構築しようとする初級ソフトウェアエンジニアに有用な情報を提供し、特にSATAコントローラーのような構成要素の電力管理機能がシステム全体の消費電力に与える影響について興味深い洞察を与える。
1件のコメント
Hacker Newsの意見
ドイツのフォーラムスレッドには、30W未満のさまざまなホームサーバー／ネットワーク接続ストレージ（NAS）構成を列挙したGoogleドキュメントがある。個人的には価格性能比が理想的なハードウェア構成を見つけ、中古で非常に安く購入した。Proxmoxを動かしており、アイドル時の消費電力は9.3W。メディアエンコードには向かないため、代替としてCore i3 8100以上を勧める。安価な中古ワークステーションとして、良いサーバーになるDell T30やFujitsu Celsius W550もある。Ryzenの選択肢は少ないが、AMD Ryzen 5 PRO 4650GとAsus PRIME B550M-Aボードでアイドル時約16Wという報告がある.
ハードウェアが優れていても、ソフトウェア管理が難しければこうした構成を正当化するのは難しい。たとえばSynology NASはDSMというOSを使っており、ユーザーフレンドリーなソフトウェアによって大きな利点を得ている。SynologyがDSMを非Synologyプラットフォームでも動かせるようにすれば、NAS市場でMicrosoftのような立場を占められるかもしれない。
筆者は2016年から2023年までにおよそ5つのシステムを構築した。一部の部品はいくつかのビルドにまたがって再利用されている。ハードウェアコストに対する総寿命エネルギーコストを考えると、4年間運用する高消費電力マシンのほうが、2年間運用する低消費電力マシンより経済的な場合がある。
大容量ストレージ向けの素晴らしい取り組み。保存容量をSSDでまかなえ、多くの計算性能が不要なら、RasPiやNUCのような低消費電力サーバーを使える。筆者はいま、ファンレスで動作する1UのAtomサーバーを使っており、SATAとECC RAMの利点がある。
7950X3D、X670E Taichi、96GB 6400MHz CL32、2x4TB Lexar、4x18TB Seagate Exos X18、RX570 8G、Proxmoxという構成を使っている。アイドル時は約60〜70W、TrueNAS VMが動作中は約90〜100W、TrueNASとFedora DesktopがGPUパススルー付きで動作中は約150Wを消費する。RAMが消費電力に大きく影響する。
必要は人それぞれだが、RAID5や6を使っていてディスク障害を経験してから、RAIDが嫌いになった。結局、SSD 2台を使うシンプルな構成に縮小した。必要であればLXCコンテナを実行できるようにしている。
NASがほとんどアイドル状態なら、消費電力を最小化するために、ファイルサーバーを自動で起こす組み込みCPUベースのWoL（ネットワークパケットを検知してサーバーを起動する技術）ジェネレーターを検討してもよい。この方法なら、消費電力を非常に低く保ちつつ、必要なときにサーバーのフル性能を使える。
低消費電力は良いが、ECCなしで大きなRAIDを長期間運用するのは危険だ。5年以上耐えられる類似システムに対する良い解決策が必要だ。
過去に似たようなシステムを試した良い経験がある。無音ファンレスサーバーに関するブログへのリンクを紹介している。
CPU／マザーボードの最適化に集中しがちだが、複数の小さなドライブよりも少数の大容量ドライブを使うほうが経済的かもしれないと指摘している。