mrxSwitch, le switch réseau open source le plus petit et le moins cher au monde

 (docs.murexrobotics.com)
1 points par GN⁺ 2024-06-17 | 1 commentaires | Partager sur WhatsApp
  • mrxSwitch est un switch Ethernet non administrable 5 ports 100BASE-TX entièrement open source, publié par MUREX Robotics, conçu en privilégiant la compacité et le faible coût
  • Le matériel utilise un switch IC IP175Gx, des magnétiques externes et des connecteurs Fast Ethernet au pas de 1,25 mm, avec une entrée jusqu’à 15 V abaissée à une tension de fonctionnement de 3,3 V
  • La V2 mesure 44,9 mm × 42,2 mm et vise la conformité IEEE 802.3 grâce à une carte à 4 couches, une terminaison de style Bob-Smith, des paires différentielles à 100 Ω, ainsi que des transformateurs magnétiques et des selfs de mode commun
  • La V2.0 comme la V1.0 ont été testées et leur fonctionnement confirmé, et les fichiers de layout de la carte V2 ainsi que le billet de blog sur la V1 sont disponibles
  • En V2, la taille a été réduite de 30 % et le coût du BOM de 15 %, en remplaçant deux QT24A23 par un QT48A03 et en supprimant les composants de configuration ainsi que l’EEPROM

Conception du mrxSwitch et périmètre d’usage

  • mrxSwitch, également appelé MUREX Ethernet Switch, est un switch non administrable 5 ports 100BASE-TX utilisant l’IP175Gx Ethernet Integrated Switch IC
  • Il accepte une entrée jusqu’à 15 V et l’abaisse à sa tension de fonctionnement de 3,3 V
  • La carte est conçue en structure 4 couches afin de réduire le bruit
  • Une terminaison de style Bob-Smith est appliquée à toutes les prises médianes, et les paires différentielles sont calculées à 100 Ω
  • Afin de viser la conformité à la norme IEEE 802.3, il utilise 10 paires de transformateurs magnétiques et de selfs de mode commun
  • La V2 mesure 44,9 mm × 42,2 mm et est présentée dans la documentation comme le plus petit switch réseau au monde à la date de juin 2024
  • Les domaines d’application incluent les systèmes embarqués, les ROV, les AUV, l’électronique grand public, les projets DIY et les applications réseau soumises à de fortes contraintes d’espace

Ressources publiées et composition des composants

  • État des tests

    • La V2.0 a été testée et son fonctionnement confirmé, et les fichiers de layout de la carte sont publiés
    • La V1.0 a également été testée et son fonctionnement confirmé, et peut être consultée dans ce billet de blog

  • Principaux circuits intégrés et composants

    • IC Plus IP175Gx : switch intégré Ethernet 10/100 à 5 ports
      • switch embarqué 100BASE-TX à 5 ports
      • procédé CMOS 85 nm
      • prise en charge des LED d’état
      • prise en charge de la configuration par EEPROM
    • LM1117MP-3.3 : LDO 800 mA
      • sortie fixe 3,3 V
      • entrée jusqu’à 15 V
      • dropout de 1,2 V
    • QT48A03 : transformateur double port 1000Base-T
      • primaire 350uH
      • polarisation DC 8 mA
    • BT16A07 : transformateur simple port 10/100 Base-T
      • primaire 350uH
    • 2x QT24A23 : transformateur simple port 10/100/1000Base-T marqué comme retiré
      • primaire 350uH
      • polarisation DC 8 mA
    • Le PDF du schéma est également publié

Ce qui change en V2

  • La taille a été réduite de 30 %, ce qui en fait le plus petit switch réseau au monde à la date de juin 2024
  • L’utilisation de composants plus basiques permet de réduire de 15 % le coût total du BOM
  • Deux QT24A23 ont été remplacés par le QT48A03, moins cher et plus compact
  • Les composants de configuration et l’EEPROM ont été supprimés

À lire aussi

1 commentaires

 
GN⁺ 2024-06-17
Avis sur Hacker News

  • C’est vraiment impressionnant qu’une équipe de lycéens ait fait ça. Quand on concevait des équipements avioniques pour fusée à propergol liquide au Purdue Space Program, on utilisait des switches BotBlox à 80 dollars pièce, et à l’époque ça paraissait complètement absurde
    La proposition de fabriquer nous-mêmes un switch Ethernet en interne a été rejetée parce que j’étais un « sale étudiant en CS » (blague), et le co-responsable électronique estimait que ça ne valait pas le temps nécessaire pour concevoir et valider ce genre de composant
    Pouvoir fabriquer directement chez JLCPCB un switch Ethernet à 6,9 dollars, c’est remarquable, et merci d’avoir rendu ce domaine de produits ne serait-ce qu’un peu meilleur
    https://sagarpatil.me/projects/cms-avi-hw
    https://botblox.io/products/micro-gigabit-ethernet-switch

    • Ce serait bien de publier aussi la page du projet en Show HN séparé. J’ai trouvé ça intéressant
      Je suis d’accord avec le fait de ne pas avoir utilisé I2C. I2C a été désigné comme la cause profonde de plusieurs échecs de missions CubeSat, et le clock stretching est vraiment infernal. À mon avis, I2C devrait être interdit pour les communications entre plusieurs cartes
      https://pure.tudelft.nl/ws/portalfiles/portal/10531886/art_3...
      https://webapps.unsworks.library.unsw.edu.au/fapi/datastream...
      Le CAN classique, avec son MTU de 8 octets et sa préemption de trames, est utile pour son objectif d’origine : transmettre des données automobiles sensibles au temps. Si un paquet de freinage de 4 octets était bloqué derrière un paquet de 1500 octets, la voiture heurterait quelque chose et exploserait. En revanche, il devient très lent pour le transfert de gros volumes de données
    • Rendre « ce domaine de produits un peu meilleur », c’est exactement ce que MUREX essaie de faire. J’y crois sincèrement, et tant qu’on sera là, on continuera
      Aussi incroyable que cela puisse paraître, le switch Ethernet a été le matériel le moins problématique de toute notre stack technique. Il y a aussi d’autres cartes dans la documentation si ça t’intéresse. Ta fusée est vraiment géniale aussi, et j’aimerais absolument faire quelque chose de similaire quand j’entrerai à l’université
    • Il existe sur le marché des produits à plusieurs niveaux de prix ; par exemple, le switch 55x55 mm de notre société Brainboxes coûte aussi moins de 50 dollars. Nous avons choisi cette taille pour pouvoir proposer également une option gigabit dans le même format
      Nous avons choisi des connecteurs de type microMatch afin de permettre à la fois des options carte-à-carte et carte-à-câble. Que le co-responsable ait choisi l’achat est une décision courante, et utiliser des produits du commerce réduit le délai de mise sur le marché tout en évitant la gestion du cycle de vie des composants
      https://www.brainboxes.com/product/pure-embedded/pe-505
      https://www.te.com/en/products/brands/micro-match.html?tab=p...
    • Le switch lié est présenté comme un switch gigabit, alors que le switch MUREX est en 100 Mbps ; cela mérite d’être souligné. Je ne sais pas vraiment si cela justifie l’écart de prix

  • Ça a l’air sympa. Si je comprends bien, un régulateur de tension linéaire dissipe sous forme de chaleur la différence de tension jusqu’à la tension cible, au lieu de commuter le courant de sortie comme un convertisseur buck
    Donc avec une entrée 12 V, la carte pourrait dissiper jusqu’à 6,96 W sous forme de chaleur selon le courant de charge : (12-3,3)V * 0,8A = 6,96W. J’imagine que sur un vrai switch FE, seule une très petite partie des 0,8 A sera utilisée, mais je me demande si la carte reste suffisamment froide au toucher. En cas de doute, mieux vaut vérifier avec le dos de la main ou l’arrière des doigts

    • En vrai, elle est chaude au toucher. La carte ne consomme pas 800 mA, mais elle monte quand même jusqu’à 60°C environ
      Max, le principal concepteur de la V2, a dit qu’il recommandait un dissipateur thermique. Avec la solution des vias thermiques, on reste dans une plage de température relativement sûre. Nous avons choisi un LDO pour réduire les coûts, et dans notre robot nous l’alimentons directement en 3,3 V depuis le convertisseur buck de la carte d’alimentation de Max, qui génère le 3,3 V pour l’ensemble du système
    • Un LDO est bien plus petit et ne génère pas de bruit comme une alimentation à découpage. Il est vrai qu’il gaspille une partie de l’énergie, mais on peut réduire cela en minimisant autant que possible la tension de dropout

  • C’est un bon projet et c’est bien réalisé. Mais en l’état, il concurrence des produits qui existent déjà, donc il est difficile de dire qu’il vise vraiment un nouveau marché ou même un marché existant de façon pertinente
    Par exemple, un petit switch TrendNet 10/100 n’est pas un hub, et coûte 7,31 dollars sur eBay, frais de port inclus avec le boîtier et l’alimentation. Pour sortir du générique, il faut trouver une niche où il existe une demande, comme l’automobile, l’aérospatial, le militaire ou le maritime
    Même les lecteurs de disquettes 3,5 pouces 2,88 Mo ont continué à être utilisés surtout dans des systèmes industriels et des systèmes commerciaux clé en main jusqu’autour de 2020, bien après avoir disparu des desktops. Même des technologies dinosaures survivent très longtemps dans des systèmes critiques quand le coût de remplacement est jugé trop élevé
    Il faut continuer, apprendre, et s’améliorer
    Cela dit, si quelqu’un fabriquait un switch 48 ports 10GBASE-T POE++ 960W~1600W+, au minimum L2, allant du non administré au totalement administré mais sans fonctions cloud, avec 4 uplinks 100GBASE QSFP28, des alimentations redondantes hot-swap, deux orientations de ports, un format 19 pouces 1U à faible profondeur pouvant être fixé au mur, et qui ne sonne pas comme un moteur d’avion à pleine charge, je serais prêt à payer dans les 6 000 dollars
    Le modèle FS S5860-48XMG-U à 4 800 dollars s’en approche, mais il est bruyant comme un moteur d’avion à cause de sa double alimentation 1U et de ses 3 ventilateurs de châssis hot-swap, et il n’existe qu’en version classique à ports en façade pour haut de rack, ce qui rallonge inutilement le câblage et le rend plus désordonné

    • Ce n’est pas un switch Ethernet de bureau. Des composants robotiques comme les caméras industrielles ou les capteurs laser haut de gamme utilisent souvent une interface Ethernet au lieu de l’USB ou du RS232C
      Cela résout les limites de longueur de câble et les problèmes de fiabilité de connexion des bus de périphériques. Il y a bien un surcoût à utiliser Ethernet et des protocoles de communication inter-nœuds comme TCP/IP, mais ce compromis est tout à fait acceptable
      Mettre un switch de taille standard à l’intérieur d’un robot est difficilement acceptable. C’est trop volumineux quand il faut l’intégrer dans le haut du bras ou le bassin d’un humanoïde ; dans ce genre de cas, un switch ou un hub classique ne convient pas
      Ce produit résout précisément ce problème d’intégration dans les robots. Électriquement, c’est un switch/hub, mais l’essentiel est qu’il soit physiquement bien plus petit
    • Un Juniper EX4100 répond à toutes les exigences
      Ajouter une exigence sur le bruit n’a pas de sens. C’est comme se plaindre qu’on a mis l’alimentation de 48 appareils de 90W dans une seule petite boîte dense, tout en exigeant qu’elle reste froide
      Si on a la place pour 48 appareils PoE, on a aussi la place pour un IDF correctement refroidi et insonorisé
    • On trouve aussi des switches 1G à moins de 10 dollars sur Ali, boîtier, alimentation et connecteurs RJ45 compris
    • Une combinaison capable de dissiper 3,4 kW tout en respectant les contraintes de taille et de bruit demandées risque d’être très loin de toute plage raisonnable, même avant de parler du coût. Mais on peut encore garder un peu d’espoir

  • Bien joué. Ce serait bien d’ajouter plus de photos pour les gens qui ne viennent pas du hardware et ne sont pas totalement à l’aise avec la terminologie
    Je suis surtout curieux de voir des photos du boîtier. Je ne vois pas bien s’il expose simplement des headers ou s’il y a des prises Ethernet classiques sur la carte

    • Pour rendre la carte aussi petite que possible, j’ai exposé des connecteurs Molex Picoblade au pas de 1,25 mm
      Grâce aux composants magnétiques intégrés, il suffit de raccorder des fils à un connecteur RJ45 pour la relier à n’importe quel appareil Ethernet. Je vais aussi ajouter plus de photos tout de suite

  • Le BotBlox SwitchBlox Nano, qui sert de comparaison, a deux ports de moins, mais il mesure 25,50 x 25,50 mm. Ce produit fait 44,90 x 42,11 mm ; comment justifier l’affirmation selon laquelle c’est le plus petit au monde ?

    • Je suis Max, le concepteur principal de la révision V2. C’est vrai. L’équipe et moi ne connaissions pas le switch 3 ports de BotBlox, donc il serait plus exact de dire que c’est le plus petit switch non administré 5 ports au monde
      La plus petite alternative commerciale que nous avons trouvée était aussi le switch non administré 5 ports de BotBlox, et nous faisions mieux à la fois en taille et en coût
      Notre objectif est de créer du matériel open source, économique et accessible pour le plus grand nombre. De ce point de vue, notre carte est bien plus séduisante, et personnellement j’y vois une réussite
      https://botblox.io/products/small-ethernet-switch

  • À 6,9 dollars, ce serait encore une très bonne affaire même vendu en pratique 30 à 40 dollars
    À l’inverse, Blue Robotics est plutôt dans le registre « 175 dollars plus 50 dollars de livraison, puis encore des droits de douane calculés sur 175 dollars »
    https://bluerobotics.com/store/comm-control-power/tether-int...
    Tout ce qu’ils vendent est absurdement cher, et ils semblent avoir besoin d’un vrai concurrent

    • Le prix du hardware en petite série paraît toujours scandaleusement élevé, mais dès qu’on met soi-même les mains dedans, qu’on multiplie les heures d’ingénierie par un taux horaire de McDonald’s ou qu’on multiplie les ventes prévues par un prix unitaire supportable, cela commence à sembler désespérément faible
      Je n’avais jamais entendu parler de Blue Robotics, mais j’ai du mal à croire que leur produit à 175 dollars se vende à 1 000 exemplaires par an. Même si c’était le cas, cela ferait 170 000 dollars de chiffre d’affaires, soit avant impôts, coûts RH ou toute autre dépense à peine l’équivalent de deux salaires de jeunes ingénieurs
      Même en supposant avec optimisme qu’ils en vendent 1 000 par an, il est probable que cela suffise à peine à faire vivre une seule personne. Les grandes multinationales expédient des volumes de plusieurs millions d’unités, donc elles amortissent bien plus facilement les coûts d’ingénierie non récurrents et peuvent vendre de petits produits quasiment à prix coûtant

  • C’est vraiment impressionnant et admirable que cela ait été fait par des ados
    J’ai une question : vous avez une idée de ce que vos parents ont fait pour que vous vous passionniez autant pour l’électronique et le hacking ?
    J’aimerais exposer mes trois enfants à l’informatique et au génie électrique/électronique, et même si c’est mon métier, je ne sais pas vraiment comment m’y prendre. Mes parents n’ont rien fait de particulier à part m’acheter tous les livres que je voulais, et moi j’étais simplement obsédé par l’envie de comprendre des choses toujours plus cool
    Merci d’avoir partagé avec le monde un projet aussi génial, et votre avenir semble vraiment très prometteur

  • Beau travail. Mais je me demande pourquoi vous n'avez pas pris en charge le Gigabit Ethernet. Je n'ai pas utilisé d'Ethernet à 100 Mbit depuis plus de 10 ans

    • Altan de Murex ici. Beaucoup des choix de conception de ce switch viennent de nos besoins en robotique sous-marine
      Dans notre cas, le débit de communication était limité par le débit de transmission via le tether. Nous utilisons un OFDM à isolation galvanique pour faire passer les données sur la ligne d'alimentation
      Comme la taille et le coût étaient des objectifs majeurs, le 100 Mbit était plus adapté que le Gigabit Ethernet. Un switch gigabit aurait été plus sympa, mais il aurait aussi été plus grand et plus coûteux
    • Je ne connais pas le contexte, mais l'Ethernet 100 Mb reste assez courant dans les appareils embarqués et dans les applications où les protocoles réseau servent surtout de solution auxiliaire à la communication série UART. Pour cet usage précis, il vaut mieux suivre la réponse de l'équipe
    • Les standards Ethernet modernes sont bien meilleurs. Chez moi, tout est câblé en 10 Gb et j'ai même du 40 Gb Infiniband à quelques endroits
      Cela dit, le 100 Mbps a encore sa place. Surtout pour l'embarqué, les appareils lents et les appareils à bas coût. Si un microcontrôleur n'envoie que quelques paquets par seconde, il n'y a aucune raison de dépenser davantage pour 4 fils, des broches et le routage
    • Si vous faites du ROV avec tether, le poids du tether est un problème énorme, donc ajouter 4 fils de plus n'est pas une option
      Les équipements qui descendent très profond utilisent des fibres optiques plus légères, mais cela augmente évidemment fortement le coût, donc on préfère l'éviter si possible
    • Le GigE demande deux fois plus de broches. Cette carte ne semble pas avoir beaucoup de place pour davantage d'E/S
      Le gigabit, c'est bien, mais il existe beaucoup d'applications où le 100M suffit largement

  • Si l'objectif est l'embarqué, je me demande pourquoi vous avez choisi le Fast Ethernet base-tx traditionnel plutôt que l'Ethernet à paire unique (base-t1, t1l/t1s)

    • Nous utilisons des connexions Ethernet très standard, donc le Fast Ethernet rend les choses très simples. Il suffit de couper et raccorder le câble, et ça marche

  • Impressionnant et très bien réalisé. J'aimerais en acheter un quand il sera disponible
    Certes, l'avantage ne vient pas des composants génériques ni du prix, mais il existe clairement une niche où le fait d'être du matériel open hardware bien documenté devient un avantage décisif

    • Pour l'instant, il suffit d'envoyer un e-mail à byran@mrx.ee