型落ちシンクライアント端末のPoEモジュールを自作したかった話

2026/8/22 Kernel/VM探検隊@東京 No19にて登壇した際の資料です。

Transcript

1. 型落ちシンクライアント 端末のPoEモジュールを 自作したかった話 Takuto Nagami @logica0419
2. 自己紹介 • Takuto Nagami • 千葉工業大学 情報科学専攻 修士1年 • 研究: セキュリティ系 ◦ 合意アルゴリズム + 秘密分散 • Go / Kubernetesが主戦場 ◦ Kernel/VMは初登壇です • 最近ネットワークやハードウェアにも 気持ちが出てきました
3. 自宅サーバーやってる方？
4. 自宅サーバー、やりたい！ • ロマンがある • ※ この写真は友人宅
5. ラックサーバーは違う (個人の感想) • 僕の部屋 (@実家) が狭い ◦ 四畳半の部屋にベッド・PC机・衣装棚があるので ラックサーバー置くと確実に歩けなくなる • デカさにロマンを感じていない ◦ Kubernetesが好きなことから自明 ◦ 小さいものが集まって動いているのが好き
6. これまでの当家の環境 • DeskMini B760と いうミニPC • VSCode Serverとか • 4C8T (i3)、8GB • 消費電力が10W程度
7. せっかくK8sの コミュニティにいるので K8sがやりたい！ 今の装備を拡張して、K8sのクラスタとして動かしたい
8. いかにして僕が シンクライアントに たどり着いたか
9. 最初に考えたこと • ラズパイおうちクラスタ 面白そう • CAの青山さん (日本K8s 界隈の重鎮) の企画
10. ラズパイ、エグい値段する • K8sやるなら4GBは欲しい (ワーカーノードの場合) • 一世代前の4Bで、4GBが20,000円弱 (秋月) • 最新の5に至っては、4GBで30,000円 (モノタロウ) • 「教育用コンピューター」 はどこへ…
11. 友達にシンクライアントを勧められた • 同サークルの友人 (Miranon) にこの話をしたら「研究室 にシンクライアント端末置いてるよ」と ◦ 余談: Miranon宅にはラックサーバーがある • どうやらラズパイくらいの性能であれば一万円を切る 値段で購入できるらしい → 調べ始めた
12. シンクライアントとは • あらゆるリソースを削ぎ落としたコンピューター ◦ 特にストレージ • 中央に強いコンピューターがあって、そのクライアント として利用されることを想定した端末 ◦ メインフレームの考え方に近い ◦ アプリケーションも入れないしファイルも置かない • 金融機関、医療機関、官公庁・自治体のほか、テレワー クを導入する一般企業やコールセンター、教育機関など
13. 安く手に入るスキーム シンクライアントの ユーザー企業 シンクライアントの リース (貸出) 企業 我々 中古PC販売業者
14. ① 大量にリース ① シンクライアントの ユーザー企業 シンクライアントの リース (貸出) 企業 我々 中古PC販売業者
15. ① 大量にリース ① シンクライアントの ユーザー企業 シンクライアントの リース (貸出) 企業 我々 中古PC販売業者
16. ② リースアウト (契約切れ)、返却 ① シンクライアントの ユーザー企業 シンクライアントの リース (貸出) 企業 ② 我々 中古PC販売業者
17. ③ 型落ちなので中古PCとして売却 ① シンクライアントの ユーザー企業 シンクライアントの リース (貸出) 企業 ② ③ 我々 中古PC販売業者
18. ④ 大量かつ安価に中古市場に流れる ① シンクライアントの ユーザー企業 シンクライアントの リース (貸出) 企業 ② ③ 我々 ④ 中古PC販売業者
19. ⑤ 我々がハッピーになる ① シンクライアントの ユーザー企業 シンクライアントの リース (貸出) 企業 ② ③ ④ 中古PC販売業者
20. 名機、FUTRO(ヒューロー) S740
21. 名機、FUTRO(ヒューロー) S740 • 富士通から2018年発売のシンクライアント ◦ サイズ: 3.6cm × 17cm × 15cm くらい ◦ CPU: Intel Celeron J4105 (1.50GHz) 4C4T ◦ メモリ: デフォルトで4GB、換装可能 ◦ ストレージ: デフォルトでSSD 32GB、換装可能 • 全体として、ラズパイ4B 4GBと同じくらいの性能 ◦ 作りがしっかりしているので、拡張パーツ等なしで 十分運用可能なのはラズパイに対する強み？
22. FUTRO活用コミュニティすら存在する • https://github.com/R3NE07/Futro-S740 など
23. 早速買ってみた
24. 早速買ってみた
25. 早速買ってみた
26. 早速買ってみた 1台6000円 という 驚きの安さで 購入できた
27. なぜPoEという 発想に至ったか
28. 電源ケーブルがデカい • 15cm x 5cm x 2.5cmくらいのデッカい塊みたいなアダ プタが一緒に届いた • 最早本体よりデカい説
29. 5台分だとこうなる
30. 5台分だとこうなる サイズ参考の はんだごて
31. 5台分だとこうなる やってられるか！ サイズ参考の はんだごて
32. ところで: ラズパイおうちクラスタは？ • ラズパイもデカい電源 アダプタが必要なはず ◦ ミニコンピューター の宿命 • でも表題の写真には 見当たらない…？
33. ところで: ラズパイおうちクラスタは？ • 先ほどのブログの必要物品一覧
34. ところで: ラズパイおうちクラスタは？ • なんかある
35. PoEとは
36. PoEとは • Power over Ethernetの略 ◦ イーサネットケーブル (LANケーブル / RJ45) を 通して電力を供給しようという技術 ◦ スイッチからAPへの電力供給で使っている皆さんが 多い (？) はず • そもそもファントム給電という仕組みがもと ◦ XLRなどの音声ケーブルに電力を流す
37. 軽く仕組みを共有 • 通信の信号は交流と捉えられる ◦ 高周波の信号を変調しているので、それはそう • 信号はディファレンシャルモードで送られる ◦ 2本のペアは逆の電位で、その差を読み取る ◦ 逆に2本とも同じ電位で送るのがコモンモード • ディファレンシャルとコモンはトランスで分離可能 じゃあ直流電流を信号線に乗せて、 後から分離可能なのでは？となったのがPoE
38. 軽く仕組みを共有 • こういう送り方をする ピン番号 信号線 直流電流 (電源) 1 TX + (送信データ +) +48V 2 TX - (送信データ -) +48V 3 RX + (受信データ +) GND 6 RX - (受信データ -) GND
39. 軽く仕組みを共有 • こういう送り方をする 例えば1, 2の信号を トランスにぶち込むと 信号と直流が分けられる ピン番号 信号線 直流電流 (電源) 1 TX + (送信データ +) +48V 2 TX - (送信データ -) +48V 3 RX + (受信データ +) GND 6 RX - (受信データ -) GND
40. PoEの規格一覧 • PoE (IEEE 802.3af / Type 1) ◦ 15.4W、1,2,3,6ピン か 4,5,7,8ピン • PoE+ (IEEE 802.3at / Type 2) ◦ 30W、1,2,3,6ピン か 4,5,7,8ピン • PoE++ (IEEE 802.3bt / Type 3) ◦ 60 W、1〜8の全ピンを使用 • PoE++ (IEEE 802.3bt / Type 4) ◦ 90 W、1〜8の全ピンを使用
41. FUTRO S740とPoE
42. 公式PoEアダプタの存在 • FUTRO S740用の公式PoEアダプタが発売されていた
43. ebayに載ってるけど在庫切れ
44. 何語だよ
45. 何語だよ 2
46. 何語だよ 2 まともに売ってるとこは ない
47. コミュニティも現在お手上げ • 公式のアダプタは値が張るというのもある • AmazonとかでPoE スプリッターを買うのを推奨
48. コミュニティも現在お手上げ • 公式のアダプタは値が張るというのもある • AmazonとかでPoE スプリッターを買うのを推奨
49. 折角アダプタ用コネクタがあるのに… • これを活かさ ないのは あまりに もったいない
50. じゃあ自作するか！ となったのが今回の 登壇の発端 長い前置きでしたね
51. はじまりはじまり
52. (深淵の) はじまりはじまり
53. 注釈: 僕の電子工作技術レベル • ほぼ初心者 ◦ 一応小学校 〜 中学校で自律型ロボットを作ってい たが、回路は教えてもらって丸パクリ ◦ 高校の頃物理は得意だった ▪ 高校物理わかれば、電子回路は意外と行けるこ とに気づいた • 今回Gemini先生との激しい壁打ちに支えられています ◦ 良い時代になりましたね
54. PoEに必要な回路を学ぶ
55. 普通のコンピューターの場合 イーサネット ケーブル イーサネット 処理チップ 本体 トランス
56. PoEの回路に必要なコンポーネント イーサネット ケーブル イーサネット 処理チップ 本体 ブリッジ ダイオード トランス 直流 電源 信号 PoE チップ DCDC コンバーター
57. 直流の分離 イーサネット ケーブル イーサネット 処理チップ 本体 ブリッジ ダイオード トランス 直流 電源 信号 PoE チップ DCDC コンバーター
58. 整流 イーサネット ケーブル イーサネット 処理チップ 本体 ブリッジ ダイオード トランス 直流 電源 信号 PoE チップ DCDC コンバーター
59. PoEを始めるのに必要な処理を行う イーサネット ケーブル イーサネット 処理チップ 本体 ブリッジ ダイオード トランス 直流 電源 信号 PoE チップ DCDC コンバーター
60. 電圧を変換 イーサネット ケーブル イーサネット 処理チップ 本体 ブリッジ ダイオード トランス 直流 電源 信号 PoE チップ DCDC コンバーター
61. PoEの回路に必要なコンポーネント イーサネット ケーブル イーサネット 処理チップ 本体 ブリッジ ダイオード トランス 直流 電源 信号 PoE チップ DCDC コンバーター
62. 一番面倒なのはここ イーサネット ケーブル イーサネット 処理チップ 本体 ブリッジ ダイオード トランス 直流 電源 信号 PoE チップ DCDC コンバーター
63. 神の恵みのような製品 • SilvertelさんのAG5412 ◦ PoE用DCDCコンバーターなるもの ◦ PoEチップ + DCDCコンバーター を包含
64. AG5412 Typical Connection
65. トランス
66. ブリッジダイオード
67. PoEチップ + DCDCコンバーター
68. PoEチップ + DCDCコンバーター だいぶ行けそうな 気がしてきた
69. FUTRO S740の PoEコネクタを調べる
70. PoEアダプタ用コネクタの詳細を調べる
71. 資料がとにかくない！！！！ • 本体 / マザーボード / PoEアダプタ の データシート / 回路図がどこにもない ◦ エンプラ向けなのでしょうがないという感じはある となれば我々がやることは一つ
72. 資料がとにかくない！！！！ • 本体 / マザーボード / PoEアダプタ の データシート / 回路図がどこにもない ◦ エンプラ向けなのでしょうがないという感じはある となれば我々がやることは一つ
73. コネクタ側のピン LANコネクタ
74. コネクタ側のピン • 片側からPoE混成のRJ45信号が来て、もう片側に 分離した信号を返す
75. コネクタ側のピン • 片側からPoE混成のRJ45信号が来て、もう片側に 分離した信号を返す 普段ここはショート させられている
76. 逆側のピン • 上の正方形状のエリアの4ピンが DC 12V〜24V • その下4ピンが GND • それ以外はわからん
77. 配置 • 入る基板のサイズ感を測定 • ピンヘッダ同士の距離を測定 ◦ 左右に60mm離れていた ◦ 上下に1mmのズレがあった
78. 配置 • 入る基板のサイズ感を測定 • ピンヘッダ同士の距離を測定 ◦ 左右に60mm離れていた ◦ 上下に1mmのズレがあった ◦ なんなんだお前は
79. ここまでが4〜5月の成果 「作れるんじゃね？」と思い Kernel/VMに申し込んだ 回路作るのに必要な情報は揃った
80. 学業 / 技術イベント / バイト…
81. 学業 / 技術イベント / バイト… なんと 気づけばお盆
82. 回路を設計
83. KiCadで設計！設計！
84. KiCadで設計！設計！
85. KiCadで設計！設計！
86. KiCadで設計！設計！ JLCPCBへの発注が 今週の火曜日
87. DigiKeyで部品を発注
88. なんと昨日の夕方に全てが到着
89. なんと昨日の夕方に全てが到着
90. だが現実は無常
91. 何をミスったのか
92. ① コネクタのピッチを間違えた • 2.54mmピッチだと思っていたらなんと2mmだった ◦ 萎え散らかし侍になりました • これのせいで、テストすらできずに敗北した
93. ① コネクタのピッチを間違えた • 2.54mmピッチだと思っていたらなんと2mmだった ◦ 萎え散らかし侍になりました その他細かい やらかしもある • これのせいで、テストすらできずに敗北した
94. ② 基板が干渉する • ちょっと隣のコネクタが出っ張ってて引っかかった
95. ③ トランスの真下に信号線をぶち込んだ • ノイズがやばいことに後から気づいた • やるべきではないがコネクタの 仕様上やるしかない ◦ 何かしら対策が必要
96. 昨日の夜、新レイアウト設計してました • 今後に乞うご期待
97. ありがとう ございました 電子工作、楽しんでいきましょう！