mrxSwitch สวิตช์เครือข่ายโอเพนซอร์สที่เล็กและราคาถูกที่สุดในโลก
(docs.murexrobotics.com)- mrxSwitch คือสวิตช์อีเธอร์เน็ตแบบ unmanaged 5 พอร์ต 100BASE-TX แบบโอเพนซอร์สทั้งหมดที่ MUREX Robotics เปิดเผย โดยออกแบบให้ให้ความสำคัญกับขนาดเล็กและต้นทุนต่ำ
- ฮาร์ดแวร์ใช้ IP175Gx switch IC, แมกเนติกภายนอก และคอนเน็กเตอร์ Fast Ethernet ระยะพิตช์ 1.25 มม. พร้อมลดแรงดันอินพุตสูงสุด 15V ลงเป็นแรงดันทำงาน 3.3V
- V2 มีขนาด 44.9mm × 42.2mm และมุ่งเป้าให้สอดคล้องกับ IEEE 802.3 ด้วยบอร์ด 4 ชั้น, การเทอร์มิเนตแบบ Bob-Smith, differential pair 100Ω, magnetic transformer และ common mode choke
- ทั้ง V2.0 และ V1.0 ผ่านการทดสอบและยืนยันการทำงานแล้ว โดยมีการเผยแพร่ไฟล์เลย์เอาต์บอร์ดของ V2 และบทความบล็อกของ V1
- ใน V2 ขนาด ลดลง 30% และต้นทุน BOM ลดลง 15% โดยเปลี่ยน QT24A23 จำนวน 2 ตัวเป็น QT48A03 และตัดชิ้นส่วนการตั้งค่ากับ EEPROM ออก
การออกแบบและขอบเขตการใช้งานของ mrxSwitch
- mrxSwitch หรือที่เรียกอีกชื่อว่า MUREX Ethernet Switch เป็นสวิตช์แบบ unmanaged 5 พอร์ต 100BASE-TX ที่ใช้ IP175Gx Ethernet Integrated Switch IC
- รองรับ อินพุตสูงสุด 15V และลดลงเป็นแรงดันทำงาน 3.3V
- บอร์ดถูกออกแบบเป็นโครงสร้าง 4 ชั้น เพื่อลดสัญญาณรบกวน
- ใช้การเทอร์มิเนตแบบ Bob-Smith กับทุก center tap และคำนวณ differential pair เป็น 100Ω
- เพื่อมุ่งให้สอดคล้องกับมาตรฐาน IEEE 802.3 จึงใช้ magnetic transformer และ common mode choke จำนวน 10 คู่
- V2 มีขนาด 44.9mm × 42.2mm และในเอกสารระบุว่าเป็นสวิตช์เครือข่ายที่เล็กที่สุดในโลก ณ เดือนมิถุนายน 2024
- ขอบเขตการใช้งานครอบคลุม embedded systems, ROV, AUV, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค, โปรเจกต์ DIY และงานเครือข่ายที่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่
เอกสารที่เปิดเผยและรายการชิ้นส่วน
-
สถานะการทดสอบ
- V2.0 ผ่านการทดสอบและยืนยันการทำงานแล้ว และมีการเผยแพร่ board layout files
- V1.0 ก็ผ่านการทดสอบและยืนยันการทำงานแล้วเช่นกัน และดูได้จาก blog post
-
IC และชิ้นส่วนหลัก
- IC Plus IP175Gx: สวิตช์แบบบูรณาการ 10/100 Ethernet 5 พอร์ต
- สวิตช์ embedded 100BASE-TX 5 พอร์ต
- กระบวนการผลิต CMOS 85nm
- รองรับ LED แสดงสถานะ
- รองรับการตั้งค่าผ่าน EEPROM
- LM1117MP-3.3: LDO 800mA
- เอาต์พุตคงที่ 3.3V
- อินพุตสูงสุด 15V
- dropout 1.2V
- QT48A03: ทรานส์ฟอร์เมอร์ dual-port 1000Base-T
- primary 350uH
- DC bias 8mA
- BT16A07: ทรานส์ฟอร์เมอร์ single-port 10/100 Base-T
- primary 350uH
- 2x QT24A23: ทรานส์ฟอร์เมอร์ single-port 10/100/1000Base-T ที่ถูกจัดเป็น retired
- primary 350uH
- DC bias 8mA
- มีการเผยแพร่ Schematic PDF ด้วย
- IC Plus IP175Gx: สวิตช์แบบบูรณาการ 10/100 Ethernet 5 พอร์ต
สิ่งที่เปลี่ยนไปใน V2
- ลดขนาดลง 30% จนกลายเป็นสวิตช์เครือข่ายที่เล็กที่สุดในโลก ณ เดือนมิถุนายน 2024
- ใช้ชิ้นส่วนที่พื้นฐานมากขึ้น ทำให้ ต้นทุน BOM รวมลดลง 15%
- แทนที่ QT24A23 จำนวน 2 ตัวด้วย QT48A03 ที่ถูกกว่าและกะทัดรัดกว่า
- ตัดชิ้นส่วนการตั้งค่าและ EEPROM ออก
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นบน Hacker News
เจ๋งมากที่ทีมเด็กมัธยมปลายทำของแบบนี้ได้ ตอนออกแบบ ระบบอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมจรวดเชื้อเพลิงเหลว ใน Purdue Space Program เราใช้สวิตช์ BotBlox ตัวละ 80 ดอลลาร์ ซึ่งตอนนั้นรู้สึกว่าแพงเหลือเชื่อ
ข้อเสนอให้ทำสวิตช์อีเทอร์เน็ตใช้เองภายในทีมถูกปัดตกเพราะเป็น “เด็ก CS สกปรก” (ล้อเล่น) และหัวหน้าร่วมฝ่ายอิเล็กทรอนิกส์ก็มองว่าไม่คุ้มเวลาที่จะออกแบบและตรวจสอบชิ้นส่วนแบบนั้น
น่าทึ่งที่ตอนนี้ทำ สวิตช์อีเทอร์เน็ตราคา 6.9 ดอลลาร์ จาก JLCPCB ได้เลย และขอบคุณที่ช่วยทำให้ผลิตภัณฑ์ในหมวดนี้ดีขึ้นแม้เพียงเล็กน้อย
https://sagarpatil.me/projects/cms-avi-hw
https://botblox.io/products/micro-gigabit-ethernet-switch
เห็นด้วยที่ไม่ได้ใช้ I2C มีการชี้ว่า I2C เป็นสาเหตุรากของความล้มเหลวในภารกิจ CubeSat หลายครั้ง และ clock stretching นี่แย่มากจริง ๆ ผมคิดว่าควรห้ามใช้ I2C สำหรับการสื่อสารระหว่างหลายบอร์ด
https://pure.tudelft.nl/ws/portalfiles/portal/10531886/art_3...
https://webapps.unsworks.library.unsw.edu.au/fapi/datastream...
Classic CAN มี MTU 8 ไบต์ พร้อมการแย่งสิทธิ์เฟรม จึงมีประโยชน์กับวัตถุประสงค์เดิมคือการส่งข้อมูลยานยนต์ที่ไวต่อเวลา เพราะถ้าแพ็กเก็ตเบรก 4 ไบต์ถูกแพ็กเก็ต 1500 ไบต์ขวางไว้ รถก็คงชนและระเบิดไปแล้ว แต่ข้อเสียคือมันจะช้ามากสำหรับการส่งข้อมูลปริมาณมาก
อาจฟังดูไม่น่าเชื่อ แต่สวิตช์อีเทอร์เน็ตเป็นฮาร์ดแวร์ที่มีปัญหาน้อยที่สุดในสแต็กเทคโนโลยีของเรา บอร์ดอื่น ๆ ก็อยู่ในเอกสารด้วย ลองดูได้ จรวดของคุณก็เจ๋งมากเหมือนกัน และถ้าได้เข้ามหาวิทยาลัย ผมก็อยากลองทำอะไรคล้าย ๆ กันให้ได้
เราเลือกคอนเน็กเตอร์สไตล์ microMatch เพื่อให้ใช้ได้ทั้งตัวเลือกบอร์ดต่อบอร์ดและบอร์ดต่อสาย การที่หัวหน้าร่วมเลือกซื้อของสำเร็จรูปเป็นการตัดสินใจที่พบได้ทั่วไป และการใช้ชิ้นส่วนสำเร็จรูปช่วยลดเวลาออกสู่ตลาดและเลี่ยงการจัดการวงจรชีวิตของชิ้นส่วนได้
https://www.brainboxes.com/product/pure-embedded/pe-505
https://www.te.com/en/products/brands/micro-match.html?tab=p...
ดูเจ๋งดี ผมเข้าใจว่า linear voltage regulator ทำงานโดยทิ้งส่วนต่างแรงดันให้กลายเป็นความร้อนจนถึงแรงดันเป้าหมาย แทนที่จะสวิตช์กระแสเอาต์พุตแบบ buck converter
ดังนั้นถ้าอินพุตเป็น 12V ก็อาจมีความร้อนที่ถูกใช้ทิ้งบนบอร์ดได้สูงถึง (12-3.3)V * 0.8A = 6.96W ตามกระแสโหลด ในสวิตช์ FE จริง ๆ น่าจะใช้เพียงส่วนน้อยมากของ 0.8A แต่ก็สงสัยว่าพอจับบอร์ดแล้วเย็นพอไหม ถ้าไม่แน่ใจ ควรใช้หลังมือหรือหลังนิ้วลองแตะดู
Max ผู้ออกแบบหลักของ V2 แนะนำให้ใช้ฮีตซิงก์ วิธีใช้ thermal via ช่วยให้ยังอยู่ในอุณหภูมิที่ค่อนข้างปลอดภัย เราเลือก LDO เพื่อลดต้นทุน และในหุ่นยนต์ของเรา เราจ่าย 3.3V เข้าไปตรง ๆ จาก buck converter บนบอร์ดจ่ายไฟของ Max ที่สร้าง 3.3V สำหรับทั้งระบบ
เป็นโปรเจกต์ที่ดีและทำออกมาได้ดีมาก แต่ถ้าเป็นตามสภาพตอนนี้ก็ยังแข่งขันกับผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่แล้ว จึงยากจะบอกว่าเล็งตลาดใหม่หรือจับตลาดเดิมได้อย่างถูกจุด
ตัวอย่างเช่น สวิตช์ขนาดเล็ก 10/100 ของ TrendNet ไม่ใช่ฮับ และบน eBay ราคา 7.31 ดอลลาร์ รวมเคส แหล่งจ่ายไฟ และค่าส่งแล้ว ถ้าจะหลุดจากสินค้าทั่วไป ต้องหาช่องว่างเฉพาะทางที่มีความต้องการ เช่น ยานยนต์ อวกาศ การทหาร หรือทางทะเล
ไดรฟ์ฟลอปปีดิสก์ 3.5 นิ้ว 2.88MB ก็หลังจากหายไปจากเดสก์ท็อปแล้ว ยังถูกใช้เป็นหลักในระบบอุตสาหกรรมและระบบเชิงพาณิชย์แบบ turnkey จนราวปี 2020 เทคโนโลยีที่เหมือนไดโนเสาร์ก็ยังอยู่รอดได้นานมากในระบบสำคัญที่ประเมินแล้วว่าต้นทุนการเปลี่ยนสูงเกินไป
เดินหน้าต่อไป เรียนรู้ และทำให้ดีขึ้นก็พอ
เพิ่มเติม ถ้ามีใครทำสวิตช์ 48 พอร์ต 10GBASE-T POE++ 960W~1600W+ อย่างน้อย L2 รองรับตั้งแต่แบบไม่ต้องจัดการไปจนถึงจัดการได้เต็มรูปแบบแต่ไม่มีฟังก์ชันคลาวด์ มีอัปลิงก์ 100GBASE QSFP28 4 พอร์ต, PSU คู่แบบ hot-swap, มีทิศทางพอร์ต 2 แบบ, ขนาด 19 นิ้ว 1U ลึกครึ่งหนึ่งและติดผนังได้ และแม้โหลดเต็มก็ไม่ดังเหมือนเครื่องยนต์เจ็ต ผมก็พร้อมจ่ายในระดับ 6 พันดอลลาร์
ตัวเทียบอย่าง FS S5860-48XMG-U ราคา 4800 ดอลลาร์ถือว่าใกล้เคียง แต่เพราะมี PSU 1U คู่และพัดลมแชสซี hot-swap 3 ตัว เลยดังเหมือนเครื่องยนต์เจ็ต และมีแต่แบบพอร์ตด้านหน้าสำหรับวางบนสุดของแร็กทั่วไป ทำให้การจัดสายยาวและรกโดยไม่จำเป็น
การทำแบบนั้นช่วยแก้ข้อจำกัดด้านความยาวสายของบัสอุปกรณ์ต่อพ่วงและปัญหาความเสถียรของการเชื่อมต่อ แม้จะมีภาระจากการใช้โปรโตคอลสื่อสารระหว่างโหนดอย่างอีเทอร์เน็ตและ TCP/IP แต่การแลกเปลี่ยนแบบนี้ยอมรับได้เต็มที่
การใส่สวิตช์ขนาดปกติไว้ในหุ่นยนต์เป็นเรื่องยอมรับได้ยาก มันใหญ่เกินไป และในสถานการณ์ที่ต้องใส่ไว้ในต้นแขนหรือเชิงกรานของหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ สวิตช์หรือฮับทั่วไปไม่เหมาะ
ผลิตภัณฑ์นี้แก้ ปัญหาการจัดวางแพ็กเกจภายในหุ่นยนต์ ตรงนั้นพอดี ประเด็นสำคัญคือในเชิงไฟฟ้ามันเป็นสวิตช์/ฮับ แต่ในเชิงกายภาพเล็กกว่ามาก
การเพิ่มข้อกำหนดเรื่องเสียงไม่สมเหตุสมผล ก็เหมือนเอาแหล่งจ่ายไฟของอุปกรณ์ 90W จำนวน 48 ตัวไปอัดในกล่องเล็ก ๆ ที่หนาแน่น แล้วบ่นว่าต้องเย็นด้วย
ถ้ามีที่พอสำหรับอุปกรณ์ PoE 48 ตัว ก็มีที่พอสำหรับ IDF ที่ระบายความร้อนและเก็บเสียงอย่างเหมาะสมด้วย
ทำได้ดีมาก ถ้ามีรูปเพิ่มสำหรับคนที่ไม่ใช่สายฮาร์ดแวร์และไม่คุ้นกับศัพท์ 100% ก็น่าจะดี
โดยเฉพาะอยากเห็นรูป enclosure ไม่แน่ใจว่าแค่เปิด header ไว้ หรือมีปลั๊กอีเทอร์เน็ตทั่วไปอยู่บนบอร์ดกันแน่
ด้วยชิ้นส่วนแม่เหล็กในตัว เพียงต่อสายเข้ากับคอนเนกเตอร์ RJ45 ก็เชื่อมต่อกับอุปกรณ์อีเทอร์เน็ตใด ๆ ได้ เดี๋ยวจะเพิ่มรูปให้ทันที
BotBlox SwitchBlox Nano ซึ่งเป็นตัวเทียบมีพอร์ตน้อยกว่า 2 พอร์ตก็จริง แต่ขนาด 25.50 x 25.50mm ผลิตภัณฑ์นี้ขนาด 44.90 x 42.11mm แล้วจะอ้างว่าเล็กที่สุดในโลกได้อย่างไร?
ทางเลือกเชิงพาณิชย์ที่เล็กที่สุดที่เราพบก็เป็นสวิตช์ 5 พอร์ตแบบ unmanaged ของ BotBlox และของเราดีกว่าทั้งด้านขนาดและต้นทุน
เป้าหมายของเราคือการทำอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นโอเพนซอร์ส คุ้มต้นทุน และเข้าถึงได้สำหรับคนให้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ในแง่นั้นบอร์ดของเราน่าสนใจกว่ามาก และส่วนตัวผมมองว่าสำเร็จแล้ว
https://botblox.io/products/small-ethernet-switch
ถ้าราคา 6.9 ดอลลาร์ ต่อให้ขายจริงที่ 30~40 ดอลลาร์ ก็ยังน่าจะเป็นดีลที่ค่อนข้างดี
ในทางกลับกัน Blue Robotics เป็นแนว “175 ดอลลาร์ ค่าส่ง 50 ดอลลาร์ แล้วก็จ่ายภาษีนำเข้าจากฐานราคา 175 ดอลลาร์ด้วย”
https://bluerobotics.com/store/comm-control-power/tether-int...
ของที่ขายที่นั่นไม่ว่าอะไรก็แพงแบบไม่สมเหตุสมผล และดูเหมือนต้องการคู่แข่งที่จริงจัง
ผมเพิ่งเคยได้ยินชื่อ Blue Robotics แต่คงยากจะเชื่อว่า ผลิตภัณฑ์ราคา 175 ดอลลาร์ ตัวนั้นขายได้ปีละ 1,000 ชิ้น ต่อให้เป็นอย่างนั้นจริง รายได้ก็ 170,000 ดอลลาร์ และเป็นเงินสดรับก่อนหักค่าใช้จ่ายใด ๆ ไม่ต้องพูดถึงภาษีหรือค่าบุคลากร ซึ่งก็ประมาณเงินเดือนวิศวกรมือใหม่ 2 คนเท่านั้น
ต่อให้มองโลกในแง่ดีว่าขายได้ปีละ 1,000 ชิ้น ก็มีโอกาสสูงว่าจะเลี้ยงคนคนเดียวได้แบบเฉียดฉิว บริษัทข้ามชาติขนาดใหญ่ส่งของเป็นหลักหลายล้านชิ้น จึงตัดจำหน่ายต้นทุนวิศวกรรมครั้งเดียวได้ง่ายกว่ามาก และขายผลิตภัณฑ์ชิ้นเล็ก ๆ ได้แทบเท่าทุน
น่าประทับใจและน่านับถือจริง ๆ ที่วัยรุ่นเป็นคนทำ
มีเรื่องสงสัยว่า พ่อแม่ทำอย่างไรถึงทำให้พวกเขาหลงใหลอิเล็กทรอนิกส์และการแฮ็กได้ขนาดนี้ พอจะมีเดาไหม?
ผมอยากให้ลูกสามคนได้สัมผัสวิทยาการคอมพิวเตอร์และวิศวกรรมไฟฟ้า/อิเล็กทรอนิกส์ และตัวเองก็ทำงานด้านนี้ แต่ไม่รู้ว่าควรทำอย่างไร พ่อแม่ของผมก็ไม่ได้ทำอะไรพิเศษนอกจากซื้อหนังสือทุกเล่มที่ผมอยากได้ให้ และผมก็แค่หมกมุ่นกับการอยากรู้สิ่งที่เจ๋งกว่าเดิม
ขอบคุณที่แบ่งปันโปรเจกต์เจ๋ง ๆ แบบนี้ให้โลกได้เห็น และอนาคตดูสดใสมาก
งานเจ๋งมาก แต่สงสัยว่าทำไมถึงไม่รองรับ Gigabit Ethernet เพราะผมไม่ได้ใช้ Ethernet 100Mbit มานานกว่า 10 ปีแล้ว
ในกรณีของเรา ความเร็วในการสื่อสารถูกจำกัดด้วยอัตราการส่งผ่านสาย tether เราใช้ OFDM ที่แยกทางไฟฟ้าแบบ galvanic isolation เพื่อส่งข้อมูลไปบนสายไฟ
เนื่องจากขนาดและต้นทุนเป็นเป้าหมายหลัก 100Mbit จึงเหมาะกว่า Gigabit Ethernet ถ้าเป็นสวิตช์ Gigabit ก็คงเท่กว่า แต่ขนาดและต้นทุนก็จะเพิ่มขึ้นด้วย
ถึงอย่างนั้น 100Mbps ก็ยังมีที่ให้ใช้อยู่ โดยเฉพาะ embedded, อุปกรณ์ช้า ๆ และอุปกรณ์ราคาถูก ถ้าไมโครคอนโทรลเลอร์ส่งแค่ไม่กี่แพ็กเก็ตต่อวินาที ก็ไม่มีเหตุผลต้องจ่ายเพิ่มสำหรับสาย 4 เส้น, ขา pin และการวาง routing สาย
อุปกรณ์ที่ลงลึกมาก ๆ ใช้ใยแก้วนำแสงที่เบากว่า แต่แน่นอนว่าต้นทุนเพิ่มขึ้นมาก จึงคงอยากหลีกเลี่ยงถ้าเป็นไปได้
Gigabit ดีจริง แต่มีหลายแอปพลิเคชันที่ 100M ก็เพียงพอแล้ว
ถ้าเล็งการใช้งาน embedded ทำไมถึงใช้ Fast Ethernet base-tx แบบดั้งเดิม แทนที่จะเป็น single-pair Ethernet (base-t1, t1l/t1s) กันนะ
น่าทึ่งและทำออกมาได้ดีมาก ถ้าเปิดขายเมื่อไหร่อยากซื้อ
จริงอยู่ที่ไม่ได้ชนะด้วยชิ้นส่วนทั่วไปและราคา แต่ก็ชัดเจนว่ามี niche ที่จุดแข็งเรื่อง open hardware และเอกสารที่ทำไว้อย่างดี กลายเป็นข้อได้เปรียบสำคัญได้ โดยเฉพาะเมื่อไม่ได้เป็นผู้ผลิตรายใหญ่