GN⁺: 제 가정용 NAS를 위한 새로운 backplane 제작

• PCIe 백플레인 개발 동기
  • Terramaster F2-221 NAS에 NixOS를 설치하면서 운영체제 저장용 외장 USB SSD 연결이 번거로워 내장형 저장장치 설치 방안을 고민함
  • NAS 메인보드에 PCIe x4 슬롯이 있어 이를 활용할 방안을 찾아봄
• PCIe 백플레인 분석
  • 동일 제조사의 5베이 모델인 F5-422의 리뷰 사진을 분석해 ASMedia ASM1061 PCIe-SATA 컨트롤러 2개로 SATA 포트 수를 확장한 것을 확인함
  • F2-221 메인보드의 PCIe 핀배열을 역추적해 ASM1061용 PCIe 레인이 배선되어 있음을 확인함
  • PCIe 신호 분석을 통해 TX, RX, REFCLK 페어를 식별하고 핀배열표를 작성함
  • 백플레인의 전원부 회로를 분석해 핫플러그용 로드스위치와 슬로우스타터로 구성되어 있음을 파악함
• 프로토타입 제작
  • PCIe 1레인을 활용해 NVMe M.2 SSD를 장착하기로 결정함. SATA보다 저렴하고 구현이 간단함
  • 기존 백플레인의 크기와 나사 위치 제약사항을 고려해 커넥터와 컴포넌트를 배치하고 PCB를 설계함
  • JLCPCB에 주문 제작한 PCB에 부품을 실장하고 NAS에 장착해 테스트한 결과 부팅 가능함을 확인함
• 최종 버전 제작
  • 프로토타입의 문제점을 수정하고 불필요한 테스트 포인트를 제거한 최종 버전 PCB를 제작함
  • NAS에 장착 후 문제없이 동작하는 것을 확인하고 오랫동안 안정적으로 사용 중
  • 최종 설계 파일을 GitHub에 공개함

GN⁺의 의견

• Terramaster NAS의 내부 구조와 백플레인 설계에 대해 상세히 분석한 흥미로운 사례임. 제조사에서 제공하는 정보가 부족한 상황에서 리버스엔지니어링을 통해 원하는 기능을 구현한 노력이 돋보임
• 기존 PCIe 레인을 활용해 저렴하고 빠른 NVMe SSD를 OS 부팅 드라이브로 활용한 것이 인상적임. SATA 컨트롤러를 추가하는 것보다 구현이 간단하면서도 충분한 성능을 얻을 수 있는 합리적인 선택으로 보임
• 핫플러그 기능을 위한 로드스위치와 슬로우스타터 회로 분석 내용이 인상적임. 전원부 설계에서 고려해야 할 사항을 잘 짚어주는 사례임
• 이 글의 PCB 설계 과정이 유사한 니즈를 가진 다른 NAS 사용자들에게 좋은 참고가 될 것 같음. 다만 Terramaster의 보증 문제나 NAS 운영체제 호환성 등 함께 고려해야 할 요소도 있을 것으로 보임
• 저자의 PCB 설계 경험이 많지 않은 것으로 보이는데 단계적인 프로토타이핑과 문제 해결 과정이 인상적임. 이러한 시행착오를 통한 학습이 전자 설계 실력 향상에 도움이 될 것으로 보임

[neo]

Hacker News 의견

요약:

• DFN 패키지 납땜 시 현미경 없이 전원과 접지 사이의 단락만 확인하고 휴대폰 카메라로 근접 촬영함. 스텐실 없이 DFN 패키지를 납땜하기 위해 패드에 과량의 솔더 페이스트를 올리고 IC를 눌러 넣으면 Hot Air Station의 열로 솔더가 녹고 IC가 위로 뜨면서 집게로 눌러 과량의 솔더가 솔더 마스크 위로 밀려나오게 하는 방법이 효과적이었음. 이는 미친 듯하지만 재미있는 방법론임.
• 소비자용 NAS 제작에 더 많은 표준화가 이루어지길 바람. 몇 년 후 백플레인을 교체할 수 있도록 ASUSTOR에 Mini ITX 호환 백플레인/어댑터 제작을 제안함. 마더보드를 교체하여 1Gbps NAS를 2.5Gbps 또는 10Gbps로 업그레이드할 수 있다면 섀시의 수명을 연장할 수 있음.
• 기타나 하드웨어를 개조할 때처럼 실제 돈을 잃을 위험이 있는 프로젝트에 사람들이 기꺼이 깊이 파고드는 것에 감탄함. 하드웨어나 소프트웨어를 더 쉽게 수정할 수 있는 해킹 가능한 소형 박스에 대한 시장이 별로 없는 이유가 궁금함.
• NAS의 외장 드라이브 문제를 벨크로로 NAS 위에 부착하여 해결함.
• 레고로 만든 사제 NAS 케이스보다 이 프로젝트가 훨씬 멋져 보임. USB 하드 드라이브를 허브에 연결하고 Nvidia Jetson에 연결하여 자체 제작함.
• 5베이 버전의 동일한 NAS에 Samsung USB 스틱을 사용하여 TrueNAS Scale을 설치함. Tesla 대시캠에 널리 사용되는 제품을 선택하여 내구성을 어느 정도 확보함. CPU 성능이 부족하여 더 강력한 것으로 업그레이드할 계획임.
• Mac에 ZFS를 설치하여 단일 USB 드라이브에서 사용해 보았으나, 파일 복사 시 시스템이 응답하지 않고 마우스, 키보드가 끊기는 등 I/O 성능이 크게 저하됨. CPU 사용량이 400%까지 치솟았으나 정확한 원인은 알 수 없었음.
• 추측, 시행착오, 회로 검사, 로드 스위치 IC의 대체 등을 통해 놀랍고 우아한 결과를 얻어냄.
• 아두이노를 모든 것에 접착제로 붙이는 것이 아닌 훌륭한 프로젝트임.