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Raspberry Pi 5 クラスターの構築記録

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「いつかは『おうち Kubernetes インターン』をやってみたい」と誰しも思っているだろう。

Raspberry Pi 5 が公開された今、ついにその時がやってきたのかもしれない。

最終的に購入したもの

購入物 値段 個数 合計
Raspberry Pi 5 4GB £59.30 4 £237.20
送料 £3.99
GeekPi Raspberry Pi Cluster Case £17.99 1 £17.99
USB-C Charger £35.59 1 £35.59
USB-C Cable x 2 £5.99 2 £11.98
microSD 256 GB £16.65 4 £66.6
Micro HDMI to HDMI Display Cable £5.76 1 £5.76
NETGEAT PoE Switch 5 Port £84.99 1 £84.99
CAT7 Flat LAN Cable £5.98 4 £23.92
合計 £488.02 (¥92,243)
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電源周り

  • 仕様によると、USB-C 経由の 5V/5A DC 電源が必要 => 25W (= 5V x 5A)
  • 供給方法
    • USB-C 経由
    • PoE 経由
      • メリット
        • 配線を減らせる (特にクラスターを作る人)
      • デメリット
        • PoE ハット (Raspberry Pi を PoE に対応させるためのアドオンボード) と PoE スイッチングハブが必要

USB-C

公式が 27W USB-C Power Supply を提供しており、Power Delivery をサポートしていて、以下の組み合わせが可能らしい。

  • 5A / 5.1V (25.5W)
  • 3A / 9V (27W)
  • 2.25A / 12V (27W)
  • 1.8A / 15V (27W)

https://www.raspberrypi.com/products/27w-power-supply/

クラスター作りたいので、複数ポートついてる電源タップが欲しい。

  • USB 規格 (Universal Serial Bus)
    • USB 1.0
      • 仕様公開年: 1996 年
      • 最大転送速度: 12 Mbps (1.5 MB/s)
        • Low-Speed: 1.5 Mbps
        • Full-Speed: 12 Mbps
      • 供給電力: 0.5A / 5V (2.5W)
    • USB 1.1
      • 仕様公開年: 1998 年
      • 最大転送速度: 12 Mbps (1.5 MB/s)
        • Low-Speed: 1.5 Mbps
        • Full-Speed: 12 Mbps
      • 供給電力: 0.5A / 5V (2.5W)
    • USB 2.0
      • 仕様公開年: 2000 年
      • 最大転送速度: 480 Mbps (60 MB/s)
        • High-Speed: 480 Mbps
      • 供給電力: 0.5A / 5V (2.5W)
        • with USB BC (Battery Charging) 1.2: 1.5A / 5V (7.5W)
    • USB 3.0 (USB 3.1 Gen 1 / USB 3.2 Gen 1)
      • 仕様公開年: 2008 年
      • 最大転送速度: 5 Gbps
        • SuperSpeed: 5 Gbps
      • 供給電力: 0.9A / 5V (4.5W)
    • USB 3.1 (USB 3.1 Gen 2 / USB 3.2 Gen 2)
      • 仕様公開年: 2013 年
      • 最大転送速度: 10 Gbps
        • SuperSpeedPlus (SS+ モード): 10 Gbps
      • 供給電力: 0.9A / 5A (4.5W)
        • with USB PD (Power Delivery):
          • 3A / 9V (27W)
          • 3A / 15V (45W)
          • 3A / 20V (60W)
          • 5A / 20V (100W)
    • USB 3.2 (USB 3.2 Gen 2x2)
      • 仕様公開年: 2017 年
      • 最大転送速度: 20 Gbps
        • SuperSpeedPlus (SS+ モード): 20 Gbps
      • 供給電力: 0.9A / 5A (4.5W)
        • with USB PD (Power Delivery):
          • 3A / 9V (27W)
          • 3A / 15V (45W)
          • 3A / 20V (60W)
          • 5A / 20V (100W)

候補

https://www.amazon.co.uk/dp/B0CBRV6KBQ

https://www.amazon.co.uk/dp/B0C7GVR324

https://www.amazon.co.uk/dp/B0CCJHCLBL

PoE (Power over Ethernet)

  • Ethernet ケーブル経由で電源供給ができる。
  • 3 つの PoE 規格
    • PoE (IEEE 802.3af)
      • 最大電力: 15.4W (12.95W の PD に対して利用可能)
    • PoE+ (IEEE 802.3at)
      • 最大電力: 30W (25.50W の PD に対して利用可能)
    • PoE++ (IEEE 802.3bt) Type 3
      • 最大電力: 60W (51W の PD に対して利用可能)
    • PoE++ (IEEE 802.3bt) Type 4
      • 最大電力: 100W (71W の PD に対して利用可能)
  • PSE / PD
    • PSE (Power Sourcing Equipment): 給電機器 => スイッチングハブ
    • PD (Powered Device): 受電機器 => Raspberry Pi
  • 電力クラス
    • PoE の PSE から PD にどれくらい電力供給できるかを定めたもの
    • 5 つのクラス (なぜクラス 0 が クラス 1 ~ 3 をカバーしてるのかは謎。。。)
      • クラス 0 => IEEE 802.3af / PoE
        • PSE 電力: 15.4W
        • PD 電力: 0.44~12.95W
      • クラス 1 => IEEE 802.3af / PoE
        • PSE 電力: 4.0W
        • PD 電力: 0.44~3.84W
      • クラス 2 => IEEE 802.3af / PoE
        • PSE 電力: 7.0W
        • PD 電力: 3.84~6.49W
      • クラス 3 => IEEE 802.3af / PoE
        • PSE 電力: 15.4W
        • PD 電力: 6.49~12.95W
      • クラス 4 => IEEE 802.3at / PoE+ (Raspberry Pi 5 には、これが必要)
        • PSE 電力: 30W
        • PD 電力: 12.95~25.5W

PoE HAT

  • 公式が出してる PoE HAT
    • PoE HAT – Raspberry Pi
      • 規格: IEEE 802.3af (PoE)
      • 対応機器: Raspberry Pi 3 Model B+ / Raspberry Pi 4 Model B
    • PoE+ HAT – Raspberry Pi
      • 規格: IEEE 802.3at (PoE+)
      • 入力ボルト数: 37-57V DC, クラス 4
      • 出力電力: 5V DC / 4A
      • 対応機器: Raspberry Pi 3 Model B+ / Raspberry Pi 4 Model B

以下の記事によると、Raspberry Pi 5 はピンの配置が変わっていて、L 字型のすっきりとしたものが作れるようになるらしい？でも、探しても、まだ見つからない。。。すぐに発売されることを期待。

https://www.raspberrypi.com/news/designing-the-poe-hat-for-raspberry-pi-5-compact-efficient-power-and-networking/

(2024-02-12 追記) Waveshare が Raspberry Pi 5 用の PoE HAT をついに発売。追加の HAT をつけられるように GPIO ピンを維持してるのだが、ケースに収まるかどうか。。。

https://www.waveshare.com/poe-hat-f.htm

PoE Switch

  • 要件
    • 最低 3 つの Raspberry Pi から構成 => 各ポート 25W と全体で 75W あれば安心
    • 学習用なので大きなクラスタにするつもりはない (<= 8)
  • 探してみての感想
    • 5 ポートで 75W 以上のものが、なかなか見当たらない。

NETGEAR 製の製品を Amazon で見ていた際に、以下の比較表を見つけた。
Unmanaged は、Plug-and-Play で使えて設定いらずということらしい。

https://www.amazon.co.uk/dp/B07XD3XCDF

NETGEAR GS305PP に決定！

LAN Cable

  • LAN ケーブル: https://direct.sanwa.co.jp/contents/sp/lancbl/hikaku.html
    • カテゴリ: 数字が大きいほど、通信速度が速い。Cat 5e 以降は IEEE 802.3bt (PoE++) まで使えるとのこと。
      • Cat 5e
        • 通信規格: 1000 BASE-T
        • 通信速度: 1 Gbps
      • Cat 6
        • 通信規格: 1000 BASE-T
        • 通信速度: 1 Gbps
      • Cat 6A
        • 通信規格: 10G BASE-T
        • 通信速度: 10 Gbps
      • Cat 7
        • 通信規格: 10G BASE-T
        • 通信速度: 10 Gbps
      • Cat 7A
        • 通信規格: 10G BASE-T
        • 通信速度: 10 Gbps
      • Cat 8
        • 通信規格: 40G BASE-T
        • 通信速度: 40 Gbps
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ラック・ケース周り

  • 要件
    • ロマンのためにやるので、かっこいい感じにはしたい。
      • PoE Switch がいい感じに置けるとなお良し。
    • Raspberry Pi 5 は割と発熱しやすいようなので、排熱はちゃんとしておきたい。
  • ラックに納めたいもののサイズ

候補

GeekPi 4 Layers Acrylic Stackable Rack Case

  • サイズ: 12.0 x 10.0 x 7.2 cm

https://www.amazon.co.uk/dp/B07Z4GRQGH

UCTRONICS 19" 1U Rack Mount

  • サイズ: 48.26 x 14.54 x 4.45 cm

https://www.amazon.co.uk/dp/B0B6TW81P6

UCTRONICS Upgraded Complete Enclosure for Raspberry Pi Cluster

  • サイズ: 22.4 x 16.61 x 7.9 cm

https://www.amazon.co.uk/dp/B09S11Q684

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Kubernetes クラスターを構築する上で参考にしたもの