世界で最も小さく安価なオープンソースネットワークスイッチ mrxSwitch
(docs.murexrobotics.com)- mrxSwitch は、MUREX Robotics が公開した完全オープンソースの 5ポート 100BASE-TX 非管理型 Ethernet スイッチで、小型化と低コストを優先して設計されている
- ハードウェアには IP175Gx スイッチ IC、外付けマグネティクス、1.25mm ピッチの Fast Ethernet コネクタを採用し、最大 15V の入力を動作電圧である 3.3V に降圧する
- V2 は 44.9mm × 42.2mm のサイズで、4層基板・Bob-Smith スタイル終端・100Ω 差動ペア・マグネティックトランスとコモンモードチョークにより IEEE 802.3 準拠を目指している
- V2.0 と V1.0 はどちらもテストと動作確認が完了しており、V2 の基板レイアウトファイルと V1 のブログ記事が公開されている
- V2 ではサイズが 30% 縮小され、BOM コストは 15% 削減されており、QT24A23 2個を QT48A03 に置き換え、設定部品と EEPROM を削除した
mrxSwitch の設計と適用範囲
- mrxSwitch は MUREX Ethernet Switch とも呼ばれ、IP175Gx Ethernet Integrated Switch IC を使用する 5ポート 100BASE-TX 非管理型スイッチである
- 最大 15V 入力に対応し、動作電圧の 3.3V に降圧する
- 基板はノイズを減らすため 4層構造で設計されている
- すべてのセンタータップに Bob-Smith スタイル終端を適用し、差動ペアは 100Ω で設計されている
- IEEE 802.3 標準準拠を目指して 10組のマグネティックトランスとコモンモードチョークを使用している
- V2 のサイズは 44.9mm × 42.2mm で、資料では 2024年6月時点で世界最小のネットワークスイッチとして紹介されている
- 用途には組み込みシステム、ROV、AUV、民生用電子機器、DIY プロジェクト、スペース制約のあるネットワーキング用途が含まれる
公開資料と部品構成
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テスト状況
- V2.0 はテストと動作確認が完了しており、board layout files が公開されている
- V1.0 もテストと動作確認が完了しており、blog post で確認できる
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主な IC と部品
- IC Plus IP175Gx: 5ポート 10/100 Ethernet 統合スイッチ
- 5ポート 100BASE-TX 組み込みスイッチ
- 85nm CMOS プロセス
- ステータス LED 対応
- EEPROM 設定対応
- LM1117MP-3.3: 800mA LDO
- 3.3V 固定出力
- 最大 15V 入力
- 1.2V ドロップアウト
- QT48A03: 1000Base-T デュアルポートトランス
- 350uH primary
- 8mA DC bias
- BT16A07: 10/100 Base-T シングルポートトランス
- 350uH primary
- 2x QT24A23: retired 扱いの 10/100/1000Base-T シングルポートトランス
- 350uH primary
- 8mA DC bias
- Schematic PDF も併せて公開されている
- IC Plus IP175Gx: 5ポート 10/100 Ethernet 統合スイッチ
V2 で変わった点
- サイズを 30% 縮小し、2024年6月時点で世界最小のネットワークスイッチとなった
- より基本的な部品を使うことで全体の BOM コストを 15% 削減した
- QT24A23 2個を、より安価でよりコンパクトな QT48A03 に置き換えた
- 設定部品と EEPROM を削除した
1件のコメント
Hacker News のコメント
高校生チームがこういうものを作ったのは本当にすごい。Purdue Space Program で液体ロケットのアビオニクスを設計したとき、BotBlox のスイッチを1個80ドルで使っていたが、当時は正気とは思えないと感じていた。
社内で Ethernet スイッチを自作しようという提案は「汚い CS 学生」だからという理由で却下され（冗談）、電子担当の共同リーダーは、そうした部品を設計して検証するだけの時間的価値はないと考えていた。
JLCPCB でそのまま6.9ドルの Ethernet スイッチを作れるなんてすばらしいし、この製品分野を少しでも良くしてくれてありがたい。
https://sagarpatil.me/projects/cms-avi-hw
https://botblox.io/products/micro-gigabit-ethernet-switch
I2C を使わなかったのは同意する。I2C は複数の CubeSat ミッション失敗の根本原因として指摘されていて、clock stretching は本当に厄介だ。複数基板間の通信では I2C を禁止すべきだと思う。
https://pure.tudelft.nl/ws/portalfiles/portal/10531886/art_3...
https://webapps.unsworks.library.unsw.edu.au/fapi/datastream...
Classic CAN はフレームのプリエンプションがある8バイト MTUなので、時間に敏感な自動車データ転送という本来の目的には有用だ。4バイトのブレーキパケットが 1500バイトのパケットに塞がれたら、車は衝突して爆発してしまうだろうから。その代わり大量データ転送には非常に遅くなる。
信じがたいかもしれないが、Ethernet スイッチは私たちの技術スタックの中で最も問題の少ないハードウェアだった。ほかの基板もドキュメントにあるので見てほしい。あなたのロケットも本当にすばらしいし、大学に行ったらぜひ似たようなことをやってみたい。
microMatch スタイルのコネクタを選んで、基板間と基板-ケーブルの両方のオプションを使えるようにした。共同リーダーが購入を選んだのはよくある判断で、既製品を使えば市場投入までの時間を短縮でき、部品ライフサイクル管理も避けられる。
https://www.brainboxes.com/product/pure-embedded/pe-505
https://www.te.com/en/products/brands/micro-match.html?tab=p...
すばらしく見える。リニア電圧レギュレータは、バックコンバータのように出力電流をスイッチングする代わりに、目標電圧までの電圧差を熱として捨てる方式だと理解している。
なので入力が 12V なら、負荷電流によっては (12-3.3)V * 0.8A = 6.96W まで基板上で熱として消費されうる。実際の FE スイッチなら 0.8A のごく一部しか使わない気もするが、基板に触ったとき十分冷たいのか気になる。確信が持てないなら、手の甲や指の背で確認するのがよい。
V2 の主設計者である Max はヒートシンクを勧めていた。サーマルビアの解決策で、ある程度は安全な温度範囲内に保たれている。コストを下げるために LDO を選び、私たちのロボットではシステム全体用の 3.3V を作る Max の電源基板のバックコンバータから直接 3.3V を供給している。
良いプロジェクトで、よくできている。ただ、現状のままでは既存製品と競合するため、新市場や既存市場を適切に狙えているとは言いにくい
たとえば TrendNet の 10/100 小型スイッチはハブではなく、ケースと電源アダプター込みで送料まで含めて eBay で 7.31ドル だ。汎用品から抜け出すには、自動車、航空宇宙、軍事、海洋のような需要のあるニッチを見つける必要がある
2.88MB 3.5インチフロッピードライブも、デスクトップから姿を消した後、2020年ごろまで産業用・ターンキー商用システムで主に使われていた。恐竜のような技術でも、置き換えコストが高すぎると判断される重要システムでは非常に長く生き残る
このまま押し進めて、学んで、さらに良くしていけばいい
追記すると、誰かが 48ポート 10GBASE-T POE++ 960W〜1600W+、最低でも L2、アンマネージドからフルマネージドまで対応しつつクラウド機能はなく、100GBASE QSFP28 アップリンクを4基、冗長ホットスワップ PSU、2種類のポート向き、19インチ 1U の半分の奥行きで壁掛け可能、しかもフルロードでもジェットエンジンのような音がしないスイッチを作るなら、6,000ドル台 でも払うつもりはある
比較対象の FS S5860-48XMG-U 4,800ドルモデルは近いが、冗長 1U PSU とホットスワップシャーシファン3基のせいでジェットエンジンのようにうるさく、一般的なラック上部向け前面ポート型しかないので、配線管理が無駄に長く雑然としてしまう
そうすることで、周辺機器バスのケーブル長制限や接続安定性の問題を解決できる。イーサネットや TCP/IP のようなノード間通信プロトコルを使う負担はあるが、そのトレードオフは十分に受け入れられる
ロボットの中に通常サイズのスイッチを入れるのは受け入れがたい。ヒューマノイドの上腕や骨盤の中に入れなければならないような状況では、一般的なスイッチやハブは大きすぎて適さない
この製品はまさにその ロボットのパッケージング問題 を解決する。電気的にはスイッチ/ハブだが、物理的にずっと小さいことが核心だ
騒音要件を追加するのは無茶だ。90W の機器 48台分の電源を小さく高密度な箱1つに押し込み、それでいて冷えていなければならないと文句を言っているようなものだ
PoE 機器 48台を置くスペースがあるなら、適切に冷却され防音された IDF を置くスペースもある
よくできている。自分はハードウェア畑の人間ではなく、用語に 100% 慣れていない人向けに写真をもっと載せるとよいと思う
特に エンクロージャ の写真が気になる。単にヘッダーを露出させているのか、基板に普通のイーサネットプラグがあるのかがよく分からない
内蔵の磁気部品のおかげで、RJ45 コネクタに配線をつなぐだけでどんなイーサネット機器にも接続できる。写真もすぐに追加する予定だ
比較対象の BotBlox SwitchBlox Nano はポートが 2つ少ないとはいえ 25.50 x 25.50mm だ。この製品は 44.90 x 42.11mm なのに、世界最小という主張はどう正当化するのか？
私たちが見つけた最小の商用代替品も BotBlox の 5ポート アンマネージドスイッチで、サイズでもコストでも私たちのほうが優れていた
私たちの目標は、できるだけ多くの人に向けて、オープンソースでコスト効率が高く、アクセスしやすい電子機器を作ることだ。その意味で私たちの基板ははるかに魅力的で、個人的には成功だと思っている
https://botblox.io/products/small-ethernet-switch
6.9ドルなら、実際には 30〜40ドル で売ってもかなり良い取引だと思う
一方で Blue Robotics は「175ドルに送料50ドル、さらに 175ドル基準の関税まで払え」という感じだ
https://bluerobotics.com/store/comm-control-power/tether-int...
あそこで売っているものは何でも馬鹿げたほど高く、まともな競合が必要に見える
Blue Robotics は初めて聞いたが、その 175ドル製品 が年 1,000台売れるとは思いにくい。仮にそうだとしても売上は 17万ドルで、税金や人件費どころか、どんな支出も引く前の現金回収額が初級エンジニア 2人分の年収程度だ
楽観的に毎年 1,000台売れると仮定しても、1人食べさせるのもぎりぎりである可能性が高い。大手多国籍企業は数百万台単位で出荷するので、一度きりのエンジニアリング費用をはるかに容易に償却でき、小さな製品をほぼ原価で売ることができる
10代が作ったなんて本当に印象的で、尊敬に値する
気になるのだが、君たちの両親はどうやって電子工学やハッキングにこれほど夢中になるようにしたのか、何か心当たりはある？
子どもが 3人いて、コンピューターサイエンスと電気電子工学に触れさせたいし、自分もそれを仕事にしているのだが、どうすればいいのか分からない。自分の親は、欲しい本を何でも買ってくれたこと以外は特別なことはしておらず、自分はただもっとすごいものを知りたいということに取りつかれていた
こんな素晴らしいプロジェクトを世の中と共有してくれてありがとう。これからがとても明るく見える
素晴らしい仕事だと思う。ところで、なぜ ギガビットイーサネット をサポートしなかったのか気になる。100Mbit イーサネットは10年以上使ったことがない
私たちの場合、通信速度はテザー経由の伝送速度に縛られていました。電力線にデータを載せるため、ガルバニック絶縁された OFDM を使っています。
サイズとコストが主な目標だったため、ギガビットイーサネットより 100Mbit のほうが適していました。ギガビットスイッチだったらもっと良かったでしょうが、サイズとコストも増えていたはずです
それでも 100Mbps にもまだ出番はあります。特に組み込み、低速デバイス、低コスト機器ではそうです。マイクロコントローラが1秒あたり数パケットしか送らないなら、線4本分、ピン、配線ルーティングに余計なお金をかける理由はありません
非常に深く潜る装置では、より軽い光ファイバーを使いますが、当然コストが大きく上がるので、可能なら避けたいところです
ギガビットが望ましいのは確かですが、100M でも十分なアプリケーションはたくさんあります
組み込み用途を狙うなら、なぜシングルペアイーサネット(base-t1, t1l/t1s)ではなく、従来の Fast Ethernet base-tx を使ったのか気になる
驚くほどよくできている。発売されたら買いたい。
汎用部品や価格で勝負するものではないというのはその通りだが、大規模メーカーではなく、オープンハードウェア で文書化がしっかりしていることが決定的な強みになるニッチは、確かに存在する