แฮกเกอร์พัฒนา Mod จ่ายไฟให้ M1 Mac mini ผ่านอีเทอร์เน็ตแทนไฟฟ้า

• Power over Ethernet (PoE) เป็น M1 Mac mini ที่ถูกดัดแปลงให้ทำงานด้วยโปรโตคอลนี้ ทำให้สามารถ จ่ายไฟได้ด้วยสายอีเทอร์เน็ตเพียงเส้นเดียว แทนอะแดปเตอร์ AC แบบเดิม
• การดัดแปลงทำโดย ถอดบัดกรี (de-solder) พอร์ตอีเทอร์เน็ตของ M1 Mac mini แล้วปรับแก้ให้รองรับการส่งผ่านพลังงาน
• ใช้ คอนเนกเตอร์ magjack ชิ้นส่วนบางอย่าง และโมดูลสำเร็จรูป เพื่อสื่อสารกับสวิตช์ PoE และ แปลงไฟเป็น 12V
• ไม่ได้ปิดการจ่ายไฟผ่านอะแดปเตอร์ AC จึงมีความเป็นไปได้ว่า PoE จะถูกใช้เป็น แหล่งจ่ายไฟสำรอง
• ประสิทธิภาพด้านพลังงานของ Apple Silicon ทำให้เหมาะกับการทดสอบ PoE และน่าจับตาความเป็นไปได้ในการขยายไปยัง Mac รุ่นอื่นในอนาคต

---

เบื้องหลังการดัดแปลง

• Apple ใช้ ข้อจำกัดด้านซอฟต์แวร์ที่เข้มงวด เพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงวิธีการทำงานของฮาร์ดแวร์
• วิศวกรระบบและแฮกเกอร์ฮาร์ดแวร์รายหนึ่งรับความท้าทายด้วยการดัดแปลง M1 Mac mini ให้ขับเคลื่อนด้วย โปรโตคอล PoE

ขั้นตอนการดัดแปลง

• ถอดบัดกรีพอร์ตอีเทอร์เน็ต ของ M1 Mac mini แล้วปรับแก้ตัวเครื่องขนาดกะทัดรัดให้รองรับการส่งผ่านพลังงาน
• ต้องใช้ชิ้นส่วนสำหรับการดัดแปลงและ คอนเนกเตอร์ magjack
  • ใช้โมดูลสำเร็จรูป (off-the-shelf module) เพื่อให้ชิ้นส่วน สื่อสารกับสวิตช์ PoE
  • แปลงแหล่งจ่ายไฟเป็น 12V
• มีแผนเขียนและอัปโหลดรายละเอียดกระบวนการดัดแปลงทั้งหมด และจะทำวิดีโอตามมาในภายหลัง
  • โปรเจกต์ได้รับ กระแสตอบรับสูงกว่าที่คาดไว้ 7 เท่า

การจ่ายไฟซ้ำซ้อนและข้อจำกัด

• การขับเคลื่อน M1 Mac mini ด้วย PoE อาจมี ข้อจำกัด บางอย่าง (AppleInsider ระบุ)
• ด้วยเหตุนี้จึงไม่ได้ปิดการจ่ายไฟผ่านอะแดปเตอร์ AC ปกติ
  • กล่าวคือ PoE น่าจะถูกใช้เป็น แหล่งจ่ายไฟสำรอง

การใช้พลังงานและทรูพุตของ PoE

• ด้วย ประสิทธิภาพด้านพลังงานของ Apple Silicon ทำให้ M1 Mac mini เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทดสอบ PoE
  • ใช้พลังงานเพียง 6W ขณะอยู่ในสถานะไม่ได้ใช้งาน
  • เมื่อมีโหลด การใช้พลังงานเพิ่มขึ้นได้ถึง 40W
• มีการยืนยันว่าทรูพุตสูงสุดของ Power over Ethernet อยู่ที่ 15.4W ในแรงดันไฟฟ้าหลายระดับ ซึ่งเป็นรายละเอียดที่ไม่ได้กล่าวถึงตอนเปิดเผยบน Twitter

แนวโน้มในอนาคต

• จะมีการเปิดเผยข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการดัดแปลงในภายหลัง
• จะสามารถตรวจสอบข้อจำกัดของ PoE และดูว่า Mac รุ่นอื่นที่มีพอร์ตอีเทอร์เน็ต จะรองรับการดัดแปลงแบบเดียวกันได้หรือไม่

[GN⁺]

ความคิดเห็นจาก Hacker News

• ดูเหมือนว่าเว็บไซต์แทบจะล่มเพราะทราฟฟิกจาก HN จึงขอทิ้ง ลิงก์แคช ของบทความไว้
  https://web.archive.org/web/20230801195510/https://www.infer...

• M1 Mac mini ใช้ไฟ 6W ตอน idle และเพิ่มได้ถึง 40W ตอนโหลดหนัก แต่เดิม PoE มีกำลังไฟสูงสุด 15.4W ดังนั้นสุดท้ายคงต้องขยับไปใช้ 802.3bt(PoE++) ที่รองรับ 60W
  ถึงอย่างนั้นก็เป็นโปรเจกต์ที่เจ๋งอยู่ดี ผมเคยอยากลองดัดแปลง Mac Mini M1 ให้รันด้วย USB-C PD เพราะมันใช้ PD IC รุ่น CD3217 ตัวเดียวกับ MacBook จึงอาจเป็นไปได้ และสุดท้ายอาจถึงขั้นขับเคลื่อนด้วยพาวเวอร์แบงก์ได้

  • แก้นิดหนึ่ง: 802.3bt เพิ่ม 51W(Type 3) หรือ 71W(Type 4) เข้ามา 60W ไม่ใช่ระดับกำลังไฟมาตรฐาน สวิตช์บางรุ่นรองรับได้สูงสุด 95W ต่อพอร์ตด้วย PoH
  • สงสัยว่าเป้าหมายของการทำให้ Mac Mini รันด้วยแบตเตอรี่ภายนอกคืออะไร ดูเหมือนไม่คุ้มค่าเท่าซื้อ MacBook Air แล้วไม่ใช้จอ
  • ผมตั้งใจจะลองทำสิ่งนี้กับ Mac mini ที่มีเหลืออยู่ และ สวิตช์ POE++ ที่จ่ายได้เต็ม 60W แค่ใช้ POE splitter ค่อนข้างธรรมดาของ POE Texas ก็น่าจะจ่ายไฟ 60W ได้จริง
    อินเจ็กเตอร์ที่อาจใช้คือตัวนี้ - https://shop.poetexas.com/collections/splitters/products/gbt...
  • การดัดแปลงอุปกรณ์ที่ถูกล็อกไว้มากที่สุดตัวหนึ่งด้วยวิธีแบบนี้ดูเหมือนจะไร้ความหมายอยู่บ้าง อยากรู้ว่าโปรเจกต์นี้มีอะไรดี สายเพิ่มอีกเส้นมันรำคาญขนาดนั้นเลยหรือ?
    ผมเองก็มีโปรเจกต์แบบ “ต้องทำให้ได้” ที่มองจากข้างนอกแล้วดูไร้ความหมายเหมือนกัน เลยถามเพราะอยากเข้าใจมากกว่าจะจับผิด
  • ถ้าใช้ PD ไม่ได้ ก็ทำแบตเตอรี่แพ็กที่ชาร์จตัวเองด้วย USB-PD แล้วจ่ายเอาต์พุต 12V ก็ได้ ดูเหมือนภาคจ่ายไฟใน Mini จะรับ 120/240V แล้วจ่ายออกมาแค่ 12V

• เคยบายพาสอะแดปเตอร์ AC ภายในของ Mac Mini M1 แล้วจ่ายไฟด้วย 12V DC เพื่อใช้ในการทดลองหุ่นยนต์สี่ขา
  รายละเอียดเกี่ยวกับคอนเนกเตอร์อยู่ที่นี่: https://www.ifixit.com/Answers/View/574827/What+PSU+connecto...
  โพสต์นี้พูดถึง Mac Mini 2018 แต่คอนเนกเตอร์และผังพินใช้งานได้ดีกับ Mac Mini M1 ด้วย

  • Ivan ก็ rack mount Mac Mini หลายเครื่องด้วยวิธีคล้ายกัน
    https://www.instagram.com/p/CvP8FuLtzzr/?img_index=1

• ในออฟฟิศขนาดใหญ่ ผมเคยคิดหลายครั้งว่า ถ้าแปลงไฟไว้ล่วงหน้าแล้วกระจายจ่ายออกไป น่าจะปรับปรุงได้มาก เพราะไม่ต้องใส่หม้อแปลงไว้กับคอมพิวเตอร์และจอภาพทุกเครื่อง
  ทุกวันนี้ไฟส่องสว่างใหม่ ๆ ก็เป็น LED กันหมดแล้ว ผมเลยสงสัยด้วยว่าทำไมปลั๊ก 230V อันตรายส่วนใหญ่ในบ้านใหม่ถึงไม่ถูกเปลี่ยนเป็น 12V แล้วใช้ 230V เฉพาะกับของอย่างเครื่องล้างจาน เครื่องซักผ้า และเครื่องอบผ้าเท่านั้น ผมเรียนอิเล็กทรอนิกส์มาหลายปี แต่ไม่ค่อยรู้เรื่องการจ่ายกำลังไฟฟ้า และคิดว่าพอเข้าใจเหตุผลที่ใช้แรงดันสูงมากในการส่งไฟระยะไกลเพื่อลดการสูญเสีย

  • สำหรับกำลังไฟเท่ากัน แรงดันกับกระแสสามารถปรับแบบผกผันกันได้ในระดับหนึ่ง แต่การใช้กระแสสูงที่แรงดันต่ำทำให้เกิดปัญหา มีแรงดันตก และต้องใช้ตัวนำที่หนาขึ้น
    ดังนั้นของอย่าง PoE หรือไฟ phantom power สำหรับออดิโอจึงมักใช้ 48V แทนแรงดันที่ต่ำกว่า
  • โทรศัพท์ IP จำนวนมากใช้ PoE
    Ubiquiti ก็เคยขายไฟสำนักงานแบบ PoE อยู่ช่วงหนึ่ง แต่ที่แปลกคือปัจจุบันเลิกผลิตแล้ว https://www.bhphotovideo.com/c/product/1431160-REG/ubiquiti_...
  • ในบ้านก็ยังมีการใช้งานอีกมากที่ต้องใช้แรงดันสูงกว่าอยู่ดี พูดให้แม่นคือกำลังไฟ แต่คงไม่ได้หมายความว่าจะใช้กระแสสูงที่ 12V เช่น เครื่องดูดฝุ่น ไดร์เป่าผม และอุปกรณ์พกพาที่ให้ความร้อนต่าง ๆ
    ถ้าสร้างบ้านโดยเน้นเต้ารับแรงดันต่ำ คนที่อยู่อาจรู้สึกอึดอัดไม่น้อย ผมยังสงสัยด้วยว่า อันตรายของ 230V ในยุคนี้มีนัยสำคัญจริงแค่ไหน มีไฟไหม้หรือการบาดเจ็บกี่กรณีที่คงไม่เกิดขึ้นหากเป็นแรงดันต่ำ
  • ผมนึกภาพอนาคตที่ทุกอย่างทำงานด้วย USB-C และ USB-PD ตอนนี้ถ้าไม่นับของอย่างตู้เย็นกับเครื่องซักผ้าในครัวและห้องน้ำ อุปกรณ์ส่วนใหญ่ก็น่าจะใช้ได้พอด้วยกำลังสูงสุด 240W แล้ว และในออฟฟิศยิ่งน่าจะเป็นเช่นนั้น
    มันน่าจะมีประสิทธิภาพและปลอดภัยกว่าวิธีปัจจุบันมาก แต่ไม่รู้ว่าในโลกจริงจะเป็นไปได้แค่ไหน
  • อุปกรณ์สำนักงานทุกวันนี้แทบไม่มี “หม้อแปลง” แล้ว โดยทั้งหมดใช้ แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง เป็นวิธีที่มีบัฟเฟอร์เอาต์พุต (คาปาซิเตอร์หรืออินดักเตอร์) แล้วเปิดปิดสวิตช์อย่างรวดเร็วเพื่อรักษาแรงดันเป้าหมาย
    ถ้าบัฟเฟอร์เอาต์พุตต่ำกว่าแรงดันเป้าหมาย ก็ปิดสวิตช์เพื่อเพิ่มแรงดัน และถ้าสูงกว่าแรงดันเป้าหมาย ก็เปิดสวิตช์เพื่อใช้พลังงานในบัฟเฟอร์ให้แรงดันลดลง กระบวนการนี้เกิดขึ้นตั้งแต่หลายพันถึงหลายล้านครั้งต่อวินาที และแหล่งจ่ายไฟ AC/DC กับ DC/DC สมัยใหม่ก็ทำงานด้วยหลักการเดียวกัน
    ปัญหาของแผนนี้คือ กฎของโอห์ม สายไฟไม่ได้สมบูรณ์แบบ จึงมีความต้านทาน และใน V=IR ความต้านทานของสายไฟคงที่ ส่วน V คือแรงดันที่สูญเสียไปในสายไฟ หากต้องการลดการสูญเสียก็ต้องลดกระแส I และถ้าจะคงกำลังไฟเท่าเดิมก็ต้องเพิ่มแรงดัน
    ถ้าใช้สายทองแดงเบอร์ 14 สองเส้นยาว 100 ฟุตจากหม้อแปลงกลางไปยังคอมพิวเตอร์ ความต้านทานรวมจะอยู่ราว 0.5Ω หากต้องการส่งไฟให้คอมพิวเตอร์ 120W ที่ 12V จะต้องใช้ 10A และแรงดันที่สูญเสียในสายจะเป็น 10A0.5Ω=5V ต่อให้ป้อน 12V เข้าไป ก็จะไปถึงเพียง 7V และเท่ากับเผากำลัง 50W ทิ้งในสายเคเบิล
    หากต้องการให้ได้ 12V ตามต้องการ ก็ต้องป้อน 17V 10A หรือใส่กำลัง 170W ให้คอมพิวเตอร์ที่ใช้ 120W นอกจากนี้ยังเกิดปัญหาว่าคอมพิวเตอร์ที่ต่อด้วยสายยาว 3 ฟุตจะได้รับแรงดันสูงเกินไป
    ถ้าเพิ่มแรงดันบนสายเป็น 120V แล้วค่อยลดลงเป็น 12V ที่คอมพิวเตอร์ ก็ต้องให้ไหลแค่ 1A และแรงดันสูญเสียในสายคือ 0.5V ทำให้กำลังสูญเสียมีแค่ 0.5W เท่านั้น ระดับนี้ยอมรับได้เต็มที่ และเพราะคอมพิวเตอร์ต้องลดแรงดันอยู่แล้ว การได้รับ 119.5V แทน 120V ก็ไม่ใช่เรื่องต้องใส่ใจ
    แต่ถ้าเป็นแบบนั้น สุดท้ายก็ต้องมีแหล่งจ่ายไฟในคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องอยู่ดี แทบเป็นเพียงการเปลี่ยนจากแหล่งจ่ายไฟ AC/DC ในคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่อง ไปเป็นแหล่งจ่ายไฟ DC/DC ที่โดยหลักแล้วเหมือนกัน จึงไม่ได้อะไรเท่าไร อาจได้ประโยชน์เล็กน้อยจากการแปลง AC/DC แบบรวมศูนย์ แต่ในทางปฏิบัติน่าจะไม่มากพอให้ต้องสนใจ จะคุ้มค่าก็ต่อเมื่อแหล่งไฟเป็น DC ตั้งแต่แรก เช่น โซลาร์บนหลังคา
    อีกวิธีคือใช้สายเคเบิลที่หนาขึ้น แต่ถ้าต้องการให้สูญเสียเท่าเดิมที่ 0.5W เมื่อใช้ 10A จะต้องใช้สายที่มีความต้านทาน 0.005Ω ระดับประมาณว่าต้องใช้สาย 0000 AWG สองเส้นขนานกัน

• บทความมีคำผิดเยอะจนตามความหมายได้ยาก ประเด็นสำคัญคือจะเกิดอะไรขึ้นเมื่ออุปกรณ์ต้องการมากกว่า 15.4W
  ถ้าใช้งานจริงได้ไม่เสถียร ความน่าสนใจก็ลดลงมาก นอกจากนี้ ถ้าเปิดเผย รายการชิ้นส่วน ทั้งหมดที่เพิ่มเข้าไปในตัวเครื่องเพื่อให้ทำแบบนี้ได้ ก็น่าจะสนุกยิ่งขึ้น
  เพิ่มเติม: เข้าใจแล้ว ขอบคุณ @ravetcofx ที่อธิบายวิธีส่งกำลังไฟมากขึ้นผ่าน PoE https://news.ycombinator.com/item?id=36962808

  • ในเธรด Twitter มีรายละเอียดเพิ่มเติม รวมถึงตารางมาตรฐาน PoE
    https://twitter.com/Merocle/status/1686093369322176512
    ถ้าอุปกรณ์ต้องการมากกว่า 15.4W แรงดันจะตกลง และอุปกรณ์ก็คงจะล่ม
  • บทความเรียกว่า “POE” และดูเหมือนจะสมมติว่าผู้ทำรองรับแค่ PoE รุ่นแรก เท่านั้น แต่จริง ๆ แล้วเป็นไปได้สูงว่าเขาใช้อะแดปเตอร์ PoE+ หรือ PoE++ ที่รองรับกำลังไฟสูงกว่า

• แหล่งที่มาจริงที่บทความอ้างอิงดูเหมือนจะเป็น เธรดทวีต นี้: https://twitter.com/Merocle/status/1686093369322176512

• สมัยก่อนผมเคยเผา Mac Mini รุ่นปี 2012 ทันที เพราะเผลอเสียบเข้ากับลิงก์ที่มี 24V passive PoE จ่ายไฟอยู่ ข่าวแบบนี้เลยน่ายินดี

  • ผมนึกว่าอุปกรณ์ส่วนใหญ่ทุกวันนี้มีการแยกวงจรกันแล้วเสียอีก

• Merocle ยังเป็นผู้สร้าง Raspberry Pi Blade ด้วย
  https://www.kickstarter.com/projects/uptimelab/compute-blade

• ผมคิดว่า PoE ถูกใช้งานน้อยเกินไปมากเมื่อเทียบกับสิ่งที่มันทำได้ มีหลายกรณีที่ต้องการทั้งเครือข่ายและไฟฟ้า แต่ถ้าต้องการโซลูชันแบบสายเส้นเดียว สุดท้ายก็มักต้องไปปล้ำกับระบบไร้สาย
  ทุกวันนี้ระบบไร้สายค่อนข้างเสถียรในหลายสถานการณ์ แต่ก็ยังมีปัญหาเรื่องสัญญาณรบกวนและการตั้งค่าที่ซับซ้อนอยู่ ระบบลำโพงไร้สายอย่าง Sonos ดูเหมือนเป็นกรณีใช้งาน PoE ที่ชัดเจนแต่ยังไม่เกิดขึ้นจริง
  โปรเจกต์ของ Ivan ยอดเยี่ยมมาก และโดยเฉพาะส่วนที่สลับระหว่าง AC กับ PoE ได้อย่างเสถียรและราบรื่นนั้นน่าประทับใจ[0]
  [0] https://twitter.com/Merocle/status/1686093369322176512

  • ถ้ามีสายอีเทอร์เน็ตเดินไว้ทั่วบ้านหรืออาคาร PoE ก็สมเหตุสมผล แต่ถ้าดูจากตัวอย่าง Sonos คนมากกว่า 99.9% ไม่มีสายอีเทอร์เน็ตเดินไว้ทั่วบ้าน
    แต่มีไฟจากเต้ารับทั่วไปกับ Wi-Fi แทน ถึงอย่างนั้นผมก็เห็นด้วยกับการเดิน สายอีเทอร์เน็ต ไว้ทุกห้อง เพียงแต่คงทำได้จริงในอาคารสร้างใหม่มากกว่า

• เรื่องนี้ดูเหมือนจะมองข้าม พิกัดกำลังไฟต่อเนื่องสูงสุด 150W ไปเสียเฉย ๆ Mini จ่ายไฟได้ 15W จากพอร์ต Thunderbolt แต่ละพอร์ต และอีก 15W จากพอร์ต USB สองพอร์ต
  แค่นี้ก็แทบแตะขีดจำกัด 51W ที่รับประกันให้กับปลายทาง PoE++ แต่ละตัวแล้ว โดยยังไม่นับการใช้พลังงานของตัว Mini เอง