Dünyanın en küçük ve en ucuz açık kaynak ağ anahtarı: mrxSwitch

 (docs.murexrobotics.com)
1 puan yazan GN⁺ 2024-06-17 | 1 yorum | WhatsApp'ta paylaş
  • mrxSwitch, MUREX Robotics tarafından yayımlanan tamamen açık kaynaklı 5 portlu 100BASE-TX yönetilemeyen Ethernet anahtarıdır; küçüklük ve düşük maliyet öncelenerek tasarlanmıştır
  • Donanımda IP175Gx switch IC, harici manyetikler ve 1.25 mm adımlı Fast Ethernet konnektörleri kullanılır; en fazla 15V girişi 3.3V çalışma gerilimine düşürür
  • V2, 44.9mm × 42.2mm boyutlarındadır ve 4 katmanlı kart, Bob-Smith tarzı sonlandırma, 100Ω diferansiyel çiftler, manyetik transformatörler ve ortak mod bobinleriyle IEEE 802.3 uyumluluğunu hedefler
  • V2.0 ve V1.0'ın ikisi de test edilip çalıştığı doğrulanmıştır; V2 kart yerleşim dosyaları ve V1 blog yazısı yayımlanmıştır
  • V2'de boyut %30 küçültülmüş, BOM maliyeti %15 azaltılmış; iki adet QT24A23, QT48A03 ile değiştirilmiş ve yapılandırma parçalarıyla EEPROM kaldırılmıştır

mrxSwitch tasarımı ve kullanım alanı

  • mrxSwitch, MUREX Ethernet Switch olarak da adlandırılır ve IP175Gx Ethernet Integrated Switch IC kullanan 5 portlu 100BASE-TX yönetilemeyen bir anahtardır
  • En fazla 15V giriş alabilir ve bunu çalışma gerilimi olan 3.3V seviyesine düşürür
  • Kart, gürültüyü azaltmak için 4 katmanlı yapı ile tasarlanmıştır
  • Tüm center tap'lerde Bob-Smith tarzı sonlandırma uygulanmış, diferansiyel çiftler 100Ω olarak hesaplanmıştır
  • IEEE 802.3 standardına uyumu hedeflemek için 10 çift manyetik transformatör ve ortak mod bobini kullanılır
  • V2'nin boyutu 44.9mm × 42.2mm'dir ve belgelerde, Haziran 2024 itibarıyla dünyanın en küçük ağ anahtarı olarak tanıtılmaktadır
  • Kullanım alanları arasında gömülü sistemler, ROV, AUV, tüketici elektroniği, DIY projeleri ve alan kısıtlı ağ uygulamaları yer alır

Yayımlanan materyaller ve bileşen yapısı

  • Test durumu

    • V2.0 için testler tamamlanmış ve çalıştığı doğrulanmıştır; board layout files yayımlanmıştır
    • V1.0 için de testler tamamlanmış ve çalıştığı doğrulanmıştır; ayrıntılar blog post içinde görülebilir

  • Temel IC'ler ve bileşenler

    • IC Plus IP175Gx: 5 portlu 10/100 Ethernet entegre anahtarı
      • 5 portlu 100BASE-TX gömülü anahtar
      • 85nm CMOS süreç
      • Durum LED desteği
      • EEPROM yapılandırma desteği
    • LM1117MP-3.3: 800mA LDO
      • Sabit 3.3V çıkış
      • En fazla 15V giriş
      • 1.2V dropout
    • QT48A03: 1000Base-T çift portlu transformatör
      • 350uH primary
      • 8mA DC bias
    • BT16A07: 10/100 Base-T tek portlu transformatör
      • 350uH primary
    • 2x QT24A23: üretimden kaldırılmış 10/100/1000Base-T tek portlu transformatör
      • 350uH primary
      • 8mA DC bias
    • Schematic PDF de birlikte yayımlanmıştır

V2'de neler değişti

  • Boyut %30 küçültülerek Haziran 2024 itibarıyla dünyanın en küçük ağ anahtarı haline gelmiştir
  • Daha temel bileşenler kullanılarak toplam BOM maliyeti %15 düşürülmüştür
  • İki adet QT24A23, daha ucuz ve daha kompakt QT48A03 ile değiştirilmiştir
  • Yapılandırma bileşenleri ve EEPROM kaldırılmıştır

İlgili okumalar

1 yorum

 
GN⁺ 2024-06-17
Hacker News yorumları

  • Bir lise ekibinin böyle bir şey yapması gerçekten harika. Purdue Space Program’da sıvı roket aviyoniklerini tasarlarken BotBlox switch’leri tanesi 80 dolardan kullanmıştık; o zaman bu bana akıl almaz gelmişti.
    Şirket içinde Ethernet switch’i kendimiz yapma önerisi “kirli bir CS öğrencisi” olduğum için reddedilmişti (şaka); elektroniklerden sorumlu eş lider de böyle bir parçayı tasarlayıp doğrulamanın harcanacak zamana değmeyeceğini düşünmüştü.
    JLCPCB’de doğrudan 6,9 dolarlık Ethernet switch yapılabilmesi harika; bu ürün alanını az da olsa daha iyi hâle getirdiğiniz için teşekkürler.
    https://sagarpatil.me/projects/cms-avi-hw
    https://botblox.io/products/micro-gigabit-ethernet-switch

    • Proje sayfasını ayrı bir Show HN olarak da paylaşsanız iyi olur. İlgiyle okudum.
      I2C kullanmamanıza katılıyorum. I2C, birçok CubeSat görevinin başarısızlığının temel nedeni olarak gösterildi; clock stretching ise gerçekten baş belası. Çoklu kart iletişiminde I2C’nin yasaklanması gerektiğini düşünüyorum.
      https://pure.tudelft.nl/ws/portalfiles/portal/10531886/art_3...
      https://webapps.unsworks.library.unsw.edu.au/fapi/datastream...
      Classic CAN, çerçeve önceliklendirmesi olan 8 bayt MTU’ya sahip; bu yüzden zaman açısından hassas otomotiv verisi aktarımı olan asıl amacı için kullanışlı. 4 baytlık bir fren paketi 1500 baytlık bir paketin arkasında takılı kalsa araba çarpıp patlayabilir. Buna karşılık toplu veri aktarımında çok yavaş kalıyor.
    • “Bu ürün alanını biraz daha iyi hâle getirmek” tam da MUREX’in yapmaya çalıştığı şey. Buna içtenlikle inanıyoruz ve var olduğumuz sürece bunu sürdürmeyi planlıyoruz.
      İnanması zor olabilir ama Ethernet switch, teknoloji yığınımızdaki en sorunsuz donanımdı. Diğer kartlar da dokümantasyonda var, bakabilirsiniz. Sizin roketiniz de gerçekten harika; üniversiteye gidince benzer bir şeyi mutlaka denemek istiyorum.
    • Piyasada çeşitli fiyat aralıklarında ürünler var; örneğin bizim şirketimiz Brainboxes’ın 55x55 mm switch’i de 50 doların altında. Aynı form faktöründe gigabit seçeneği de yapabilmek için bu boyutu seçtik.
      microMatch tarzı konnektör seçerek hem karttan karta hem de karttan kabloya seçenekleri kullanılabilir kıldık. Eş liderinizin satın almayı seçmesi yaygın bir karar; hazır ürün kullanmak piyasaya çıkış süresini kısaltır ve parça yaşam döngüsü yönetiminden de kaçınmanızı sağlar.
      https://www.brainboxes.com/product/pure-embedded/pe-505
      https://www.te.com/en/products/brands/micro-match.html?tab=p...
    • Bağlantısını verdiğiniz switch’in gigabit switch olarak belirtildiğini, MUREX switch’in ise 100 Mbps olduğunu not etmekte fayda var. Bunun fiyat farkını haklı çıkarıp çıkarmadığından pek emin değilim.

  • Harika görünüyor. Lineer voltaj regülatörünün, buck converter gibi çıkış akımını anahtarlamak yerine hedef voltaja kadar olan voltaj farkını ısı olarak attığını anlıyorum.
    Bu yüzden 12 V giriş varsa, yük akımına bağlı olarak kart üzerinde (12-3.3)V * 0.8A = 6.96W’a kadar ısı olarak harcanabilir. Gerçek bir FE switch ise 0,8 A’nın çok küçük bir kısmını kullanacak gibi geliyor ama karta dokunulduğunda yeterince serin olup olmadığını merak ediyorum. Emin değilseniz elinizin tersiyle ya da parmağınızın arka tarafıyla kontrol etmek iyi olur.

    • Dokununca gerçekten sıcak. Kart 800 mA çekmiyor ama yaklaşık 60°C’ye kadar çıkıyor.
      V2’nin ana tasarımcısı Max, heatsink önerdiğini söylemişti. Termal via çözümüyle bir ölçüde güvenli sıcaklık aralığında kalıyor. Maliyeti düşük tutmak için LDO’yu seçtik; robotumuzda ise tüm sistem için 3,3 V üreten Max’in güç kartındaki buck converter’dan doğrudan 3,3 V veriyoruz.
    • LDO çok daha küçüktür ve switching güç kaynağı gibi gürültü üretmez. Bir miktar güç israf ettiği doğru, ama dropout voltajını mümkün olduğunca küçük tutarsanız bunu azaltabilirsiniz.

  • İyi bir proje ve iyi yapılmış. Ancak mevcut hâliyle zaten var olan ürünlerle rekabet ediyor; bu yüzden yeni bir pazarı ya da mevcut bir pazarı tam olarak hedeflediğini söylemek zor.
    Örneğin TrendNet 10/100 küçük switch bir hub değil; kasası ve güç kaynağı dahil, kargo ücretleriyle birlikte eBay’de 7,31 dolar. Genel amaçlı ürün olmaktan sıyrılmak için otomotiv, havacılık-uzay, askeriye, denizcilik gibi talebin olduğu nişleri bulmak gerekiyor.
    2,88 MB 3,5 inç disket sürücüler de masaüstlerinden kaybolduktan sonra, 2020 civarına kadar çoğunlukla endüstriyel ve anahtar teslim ticari sistemlerde kullanıldı. Dinozor gibi teknolojiler bile, değiştirme maliyetinin çok yüksek görüldüğü kritik sistemlerde çok uzun süre hayatta kalıyor.
    Devam etmek, öğrenmek ve daha iyi olmak yeterli.
    Ek olarak, biri 48 portlu 10GBASE-T POE++ 960W~1600W+, en az L2, yönetimsizden tamamen yönetilebilire kadar destekli ama bulut özelliği olmayan, 4 adet 100GBASE QSFP28 uplink’i, çift hot-swap PSU’su, 2 farklı port yönü, 19 inç 1U yarım derinlikte olup duvara monte edilebilen ve tam yükte bile jet motoru gibi ses çıkarmayan bir switch yapsa, 6 bin dolar bandını ödemeye razıyım.
    Karşılaştırma için FS S5860-48XMG-U’nun 4800 dolarlık modeli yakın, ama çift 1U PSU ve 3 hot-swap şasi fanı yüzünden jet motoru gibi gürültülü; ayrıca sadece tipik rack üstü, ön portlu formda olduğu için kablo yönetimi gereksiz yere uzun ve dağınık hâle geliyor.

    • Bu bir masaüstü Ethernet switch’i değil. Endüstriyel kameralar veya üst seviye lazer sensörleri gibi robot bileşenleri, USB ya da RS232C yerine sıkça Ethernet arayüzü kullanıyor.
      Böylece çevre birimi veri yolunun kablo uzunluğu sınırı ve bağlantı güvenilirliği sorunları çözülüyor. Ethernet ve TCP/IP gibi düğümler arası iletişim protokollerini kullanmanın getirdiği bir yük var, ama bu ödün gayet kabul edilebilir.
      Robotun içine normal boyutta bir switch koymak kabul edilebilir değil. Çok hacimli; humanoid bir robotun üst kolu ya da pelvisinin içine yerleştirmek gerektiğinde normal bir switch ya da hub uygun olmuyor.
      Bu ürün tam olarak bu robot paketleme sorununu çözüyor. Elektriksel olarak switch/hub, ama fiziksel olarak çok daha küçük olması asıl nokta.
    • Juniper EX4100 tüm gereksinimleri karşılar.
      Gürültü gereksinimi eklemek mantıklı değil. 90W’lık 48 cihazın güç kaynaklarını küçük ve yoğun tek bir kutuya doldurup, aynı zamanda serin kalması gerektiğinden şikâyet etmek gibi.
      48 PoE cihazı koyacak yer varsa, düzgün soğutulan ve ses yalıtımlı bir IDF koyacak yer de vardır.
    • Kasa, güç kaynağı ve RJ45 konnektörleri dahil 1G switch bile Ali’de 10 doların altında.
    • 3,4 kW ısıyı dağıtırken istediğin boyut ve gürültü kısıtlarını da karşılayan bir kombinasyon, maliyeti düşünmeden önce bile makul sınırların epey dışına çıkabilir. Yine de umut etmek için bir pay var.

  • İyi yapılmış. Donanım tarafında olmayan ve terminolojiye %100 hâkim olmayan kişiler için daha fazla fotoğraf koysanız iyi olur.
    Özellikle muhafazanın fotoğrafını merak ediyorum. Sadece header’ları mı dışarı vermişsiniz, yoksa kart üzerinde normal Ethernet fişi mi var, pek anlayamadım.

    • Kartı olabildiğince küçük yapmak için 1,25 mm pitch Molex Picoblade konnektörleri dışarı verdik.
      Dahili manyetik bileşenler sayesinde RJ45 konnektöre kablo bağlamak, herhangi bir Ethernet cihazına bağlanmak için yeterli. Fotoğrafları da hemen birazdan ekleyeceğim.

  • Karşılaştırılan BotBlox SwitchBlox Nano’nun 2 portu daha az, ama boyutu 25,50 x 25,50 mm. Bu ürün 44,90 x 42,11 mm; dünyanın en küçüğü iddiasını nasıl gerekçelendiriyorsunuz?

    • V2 revizyonunun baş tasarımcısı Max’im. Haklısın. Ekip ve ben BotBlox’un 3 portlu switch’inden haberdar olmadığımız için, daha doğru ifade dünyanın en küçük 5 portlu yönetimsiz switch’i olmalı.
      Bulabildiğimiz en küçük ticari alternatif de BotBlox’un 5 portlu yönetimsiz switch’iydi; hem boyut hem de maliyet açısından biz daha iyiydik.
      Hedefimiz, mümkün olduğunca çok kişi için açık kaynaklı, maliyet etkin ve erişilebilir elektronikler üretmek. Bu açıdan bizim kartımız çok daha cazip ve kişisel olarak bunu başarılı görüyorum.
      https://botblox.io/products/small-ethernet-switch

  • 6,9 dolarsa, pratikte 30~40 dolara satılsa bile oldukça iyi bir fırsat olur gibi.
    Buna karşılık Blue Robotics “175 dolar, 50 dolar kargo ve bir de 175 dolar üzerinden gümrük vergisini öde” tarzında.
    https://bluerobotics.com/store/comm-control-power/tether-int...
    Orada sattıkları her şey akıl almaz derecede pahalı ve ciddi bir rakibe ihtiyaçları var gibi görünüyor.

    • Düşük hacimli donanım fiyatları her zaman sinir bozucu derecede yüksek görünür; ama işin içine kendin girince, geliştirmeye harcanan adam-saatleri McDonald’s saatlik ücretiyle çarptığın ya da karşılayabileceğin birim fiyatı beklenen satış adediyle çarptığın anda umutsuz derecede düşük görünmeye başlar.
      Blue Robotics’i ilk kez duyuyorum, ama o 175 dolarlık ürünün yılda 1000 adet sattığını sanmıyorum. Satsa bile gelir 170 bin dolar eder; vergi ya da personel gideri bir yana, herhangi bir harcama düşülmeden önceki nakit tahsilatı, giriş seviyesi 2 mühendisin yıllık maaşı kadar.
      İyimser biçimde her yıl 1000 adet satıldığını varsaysak bile, bir kişiyi geçindirmeye ancak yetmesi muhtemel. Büyük çok uluslu şirketler milyonlarca adet sevk ettiği için, tek seferlik mühendislik maliyetlerini çok daha kolay amorti edip küçük ürünleri neredeyse maliyetine satabiliyor.

  • Bunu gençlerin yapmış olması gerçekten etkileyici ve saygı uyandırıcı.
    Merak ettiğim bir şey var: Anne babalarınızın ne yaptığına dair bir fikriniz var mı; sizi elektronik ve hacking’e bu kadar kaptıran neydi?
    Üç çocuğumu bilgisayar bilimi ve elektrik-elektronik mühendisliğiyle tanıştırmak istiyorum; bunu iş olarak yapıyorum ama nasıl yapacağımı bilmiyorum. Benim anne babam, istediğim kitapları almaları dışında özel bir şey yapmadı; ben de sadece daha havalı şeyleri öğrenme fikrine takılıp kalmıştım.
    Böyle harika projeleri dünyayla paylaştığınız için teşekkürler; geleceğiniz çok parlak görünüyor.

  • Harika bir iş. Ama neden gigabit Ethernet desteklemediklerini merak ediyorum. 100Mbit Ethernet’i 10 yıldan uzun süredir kullanmadım

    • Murex üyesi Altan ben. Bu anahtardaki birçok tasarım kararı bizim sualtı robotu gereksinimlerimizden çıktı
      Bizim durumda iletişim hızı, tether üzerinden aktarım hızına bağlıydı. Veriyi güç hattının üzerine bindirmek için galvanik olarak yalıtılmış OFDM kullanıyoruz
      Boyut ve maliyet ana hedefler olduğu için 100Mbit, gigabit Ethernet’ten daha uygundu. Gigabit anahtar olsaydı daha havalı olurdu ama boyut ve maliyet de artardı
    • Arka planı bilmiyorum ama 100Mb Ethernet, gömülü cihazlarda ve ağ protokollerini çoğunlukla UART seri iletişimine yardımcı bir araç olarak kullanan uygulamalarda hâlâ oldukça yaygın. Bu özel kullanım için ayrıntılı yanıt konusunda ekibin yanıtını esas almak daha doğru olur
    • Modern Ethernet standartları elbette çok daha iyi. Benim evin tamamı da 10Gb ile kablolu ve birkaç yerde 40Gb Infiniband da çalışıyor
      Yine de 100Mbps’in hâlâ yeri var. Özellikle gömülü, yavaş ve düşük maliyetli cihazlarda. Bir mikrodenetleyici saniyede sadece birkaç paket gönderiyorsa 4 tel, pin ve PCB hat yönlendirmesi için daha fazla para harcamaya gerek yok
    • Tether’lı bir ROV yapıyorsanız tether ağırlığı çok büyük bir sorun olduğundan 4 tel daha eklemek bir seçenek değil
      Çok derine inen ekipmanlar daha hafif fiber optik kullanır, ama doğal olarak maliyet ciddi şekilde arttığı için mümkünse bundan kaçınmak isterler
    • GigE iki kat pin sayısı gerektirir. Bu kartta daha fazla giriş/çıkış koyacak pek yer yok gibi görünüyor
      Gigabit’in iyi olduğu doğru, ama 100M ile de yeterli olan çok sayıda uygulama var

  • Gömülü kullanımı hedefliyorsa neden tek çift Ethernet (base-t1, t1l/t1s) yerine geleneksel Fast Ethernet base-tx kullandıklarını merak ediyorum

    • Çok standart bir Ethernet bağlantısı kullandığımız için Fast Ethernet kullanınca iş çok basitleşiyor. Kabloyu kesip ekleyince hemen çalışıyor

  • Şaşırtıcı ve iyi yapılmış. Çıkınca almak isterim
    Genel amaçlı parçalar ve fiyatla kazanmadığı doğru, ama büyük ölçekli bir üretici olmaması ve açık donanım olup iyi belgelenmiş olması, bunun belirleyici avantaj olduğu bir nişin kesinlikle bulunduğu anlamına geliyor

    • Şimdilik byran@mrx.ee adresine e-posta göndermeniz yeterli