Vom Auspacken bis zu 56 Gbit/s: Der 5-Schritte-Plan zum Bau eines Home-Server-Supercomputers mit ZimaBoard 2

Einleitung

Dieser Blogbeitrag wird von Zima veröffentlicht und basiert auf einem Video von Zero, einem japanischen Tech-Content-Creator, der auf seinem YouTube-Kanal  Single-Board-Server und Heimlabor-Experimente erforscht. Wir bei Zima sind Zero sehr dankbar für seine Begeisterung, Kreativität und Bereitschaft, ZimaBoard 2 weit über konventionelle Anwendungsfälle hinaus zu treiben. Im Folgenden finden Sie eine redaktionelle Anpassung seines Video-Transkripts, um Leser zu erreichen, die sich für  Heimserver-Bauten, Netzwerktechnik und  DIY-Supercomputing interessieren. Alle technischen Daten, Schritte und Erkenntnisse sind aus dem Originalinhalt übernommen.

Was braucht es, um  einen Supercomputer zu Hause zu bauen? Für die meisten Menschen bedeutet das Enterprise-Racks, einen eigenen Serverraum und ein Budget, das in ein Rechenzentrum gehört. Aber Zero hatte eine andere Idee – eine, die mit fünf kompakten Single-Board-Servern auf einem Schreibtisch beginnt und mit einem 56Gbps InfiniBand-Switch endet, der sie alle zu einem  einheitlichen Computing-Cluster verbindet.

Dies ist Teil 1 dieser Reise: das Auspacken, die Hardware-Auswahl, der Zusammenbau und der erste erfolgreiche Start aller fünf Knoten. Noch keine Ergebnisse – aber die Grundlage ist außergewöhnlich.

Was ist ZimaBoard 2 und warum ist es für diesen Aufbau wichtig?

Bevor wir in die Cluster-Einrichtung eintauchen, lohnt es sich zu verstehen, warum Zero  ZimaBoard 2 als Grundlage für dieses Experiment gewählt hat.

ZimaBoard 2 ist ein Single-Board-Server (SBS) – eine Kategorie, die sich von dem bekannteren Single-Board-Computer (SBC) wie dem Raspberry Pi unterscheidet. Während beide kompakt und stromsparend sind, signalisiert die SBS-Bezeichnung eine andere Designphilosophie: Diese Geräte sind dafür gebaut, als Server zu laufen, nicht nur als Hobby-Computer. ZimaBoard 2 wird von IceWhale Technology entwickelt und kann  ZimaOS, TrueNAS, Proxmox, Debian, pfSense und mehr ausführen.

Was ZimaBoard 2 von den meisten Mini-Computern auf dem Markt unterscheidet – und was es zum Mittelpunkt dieses Heimserver-Experiments macht – ist sein nativer PCIe 3.0 ×4 Steckplatz. Wie Zero erklärt:

Die meisten kleinen Computer haben keinen PCIe-Steckplatz. Aber ZimaBoard hat standardmäßig einen. Das macht dieses Experiment möglich.

Dieser Steckplatz ermöglicht die Installation von 10G-Netzwerkkarten, NVMe-Adaptern, GPUs und — entscheidend für dieses Projekt — Hochgeschwindigkeits-InfiniBand-Netzwerkkarten. In Kombination mit integriertem dualem 2,5G Ethernet bietet ZimaBoard 2 eine Erweiterbarkeit, die in dieser Preisklasse wirklich selten ist.
Weitere für diesen Aufbau relevante Spezifikationen:

• Native SATA-Unterstützung für 2,5" HDDs/SSDs (keine Adapter-Hats erforderlich)
• Niedriger Stromverbrauch — ideal für den 24/7-Betrieb als Heimserver
• Leises, lüfterloses Design
• Kleiner Formfaktor, der mit der richtigen Montagelösung in ein Standard-Rack passt

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Die Vision: Ein DIY-Supercomputer mit 5 Home-Server-Knoten

Zeros Konzept ist theoretisch einfach und praktisch ehrgeizig: fünf ZimaBoard 2 Einheiten über Hochgeschwindigkeitsnetzwerke verbinden, sodass ihre kombinierten Rechenressourcen als ein einziges, einheitliches System behandelt werden können — eine klassische High-Performance-Computing (HPC)-Cluster-Architektur.

Das ist keine neue Idee. Supercomputer werden seit langem durch das Verbinden vieler kleinerer Knoten gebaut. Neu hier sind der Preis und der Formfaktor. Zero hatte zuvor ein ähnliches Experiment mit vier Lichee RV Nano Computern versucht, kam aber zu dem Schluss, dass ZimaBoard 2 eine höhere Erfolgschance bietet:

"Als ich genauer darüber nachdachte, wurde mir klar, dass das noch besser funktionieren könnte. Die Spezifikationen sind höher, und der PCIe-Steckplatz ist bereits vorhanden. Die Erfolgsquote ist höher als bei den kleinen Computern, die ich zuvor verwendet habe."

IceWhale Technology, der Hersteller von ZimaBoard 2, erklärte sich bereit, die Hardware zu sponsern — und stellte fünf komplette Einheiten zusammen mit ihren Zubehörkits zur Verfügung. Zero macht deutlich, dass kein Geld den Besitzer wechselte; die Vereinbarung war eine Produktbereitstellung für die Zwecke dieses Experiments.

Hardware-Übersicht: Alles, was in diesem Aufbau verwendet wurde

1. Fünf ZimaBoard 2 Einheiten

Jede Einheit kam in identischer Verpackung mit derselben Spezifikation an. Zero stellt fest, dass das Board selbst nur der obere Teil der zusammengebauten Einheit ist — der untere Abschnitt ist ein Festplatteneinschub und Montagechassis. Jedes Kit enthielt:

• Das ZimaBoard 2 Mainboard
• PCIe-Verlängerungskabel
• Schraubensatz und PCIe-Halterung
• Festplatteneinschub

Die Montage wurde für alle fünf Einheiten abgeschlossen. Pro Einheit wurde eine Festplatte installiert — nicht zur Speicherung, sondern weil das ZimaBoard 2 Gehäuse eine Festplatte benötigt, damit die PCIe-Halterung korrekt montiert werden kann.

2. Mellanox ConnectX-3 Pro FDR InfiniBand-Karten (×5)

Hier bewegt sich der Aufbau entschieden in den professionellen Bereich. Zero wählte die Mellanox ConnectX-3 Pro FDR InfiniBand-Karte — eine PCIe-Netzwerkkarte, die in der Lage ist:

• Bis zu 40GbE (40 Gigabit Ethernet) über Standard-Ethernet-Protokolle
• Bis zu 56Gbps mit dem FDR InfiniBand (Fourteen Data Rate) Protokoll

Die Karte verwendet einen QSFP+ Port (Quad Small Form-factor Pluggable Plus) — einen Steckertyp, der typischerweise nur in Rechenzentren und Unternehmensserverumgebungen zu finden ist.

Ein Hauptmerkmal der ConnectX-3 Pro ist die RDMA (Remote Direct Memory Access) Unterstützung, die es erlaubt, Daten zwischen Systemen zu übertragen, ohne die CPU zu belasten. Wie Zero erklärt:

"Anscheinend kann diese Karte die Datenkommunikation bewältigen, ohne die CPU zu belasten. Das ermöglicht den Datenaustausch mit außergewöhnlicher Geschwindigkeit."

Die praktische Einschränkung: Der PCIe-Steckplatz des ZimaBoard 2 ist ×4, während die ConnectX-3 Pro nativ eine ×8-Karte ist. Das bedeutet, dass die Karte physisch leicht über den Steckplatz hinausragt und der maximale Durchsatz auf etwa 32Gbps beim ZimaBoard 2 begrenzt ist — immer noch mehr als das Dreifache der Geschwindigkeit einer 10GbE-Verbindung und völlig ausreichend für dieses Experiment.

"Selbst bei 32Gbps ist es schneller als 10G LAN. Und es ist eine Karte, die ich auch für zukünftige Projekte verwenden kann — daher betrachte ich sie als Investition."

3. Maßgeschneiderte 56Gbps QSFP+ DAC-Kabel (×5)

Standard-QSFP+-Kabel mit 0,5 m Länge sind auf dem Verbrauchermarkt entweder nicht verfügbar oder unerschwinglich teuer. Zeros Lösung: sie maßgeschneidert fertigen lassen.
Die Kabel sind DAC (Direct Attach Copper) Kabel — passive Kupferkabel, die Hochgeschwindigkeitssignale zwischen QSFP+-Ports übertragen, ohne optische Transceiver zu benötigen. Für Entfernungen unter 1 Meter sind Kupfer-DAC-Kabel sowohl kosteneffizient als auch voll in der Lage, 56Gbps Durchsatz zu bewältigen.
Jedes Kabel wurde vor der Lieferung bei 56Gbps getestet und verifiziert. Zero merkt an, dass sie sogar ein eigenes Logo tragen — eine kleine, aber befriedigende Note für ein Projekt dieser Größenordnung.

"Wenn jemand einen möchte, sagt mir in den Kommentaren Bescheid. Vielleicht kann ich die Herstellung organisieren — obwohl ich nicht sicher bin, wer tatsächlich einen haben möchte."

4. Mellanox SX6036 InfiniBand Switch

Das Verbinden von fünf Knoten in einem Cluster erfordert mehr als Punkt-zu-Punkt-Kabel. Ein Switch ist notwendig, damit alle Knoten gleichzeitig miteinander kommunizieren können — das Äquivalent zu einem Netzwerk-Hub, aber für InfiniBand.
Zero wählte den Mellanox SX6036, einen 36-Port QSFP+ InfiniBand Switch , der für Enterprise- und HPC-Umgebungen konzipiert ist. Wichtige Spezifikationen:

• 36 QSFP+ Ports — mehr als genug für fünf Knoten, mit Erweiterungsmöglichkeiten
• Volle 56 Gbps FDR InfiniBand Unterstützung an allen Ports
• Managed Switch mit eigener Konfigurationsoberfläche

Der SX6036 ist eine rackmontierte Einheit und im Vergleich zu den ZimaBoard 2 Knoten deutlich größer. Zero erkennt den Kontrast an:

"Es ist riesig. So etwas stellt man normalerweise nicht auf einen Schreibtisch. Aber es ist ein Server-Grade-Gerät, daher ist das zu erwarten."

Alle Komponenten im Netzwerkpfad — die Karten, die Kabel und der Switch — sind für 56 Gbps ausgelegt, wodurch kein Engpass durch die Verbindungsschicht entsteht. Die effektive Obergrenze bleibt die PCIe ×4 Schnittstelle des ZimaBoard 2 bei ~32 Gbps pro Knoten.

5. Enterprise LAN Switch (48-Port)

Um Management-Traffic und InfiniBand-Datenverkehr zu trennen, setzte Zero außerdem einen 48-Port Enterprise LAN-Switch für Standard-Ethernet-Konnektivität ein. Jeder ZimaBoard 2 ist über seinen integrierten 2,5G-Ethernet-Port mit diesem Switch verbunden, was Internetzugang und Standard-Netzwerkmanagement ermöglicht — völlig unabhängig vom InfiniBand-Cluster-Netzwerk.

Montage und erster Start: Was geschah

Mit kompletter Hardware montiert und verkabelt schaltete Zero das System ein. Die Abfolge:

1. Mellanox SX6036 Switch eingeschaltet — sofort laut wegen der Hochgeschwindigkeits-Kühlventilatoren
2. Alle fünf ZimaBoard 2 Einheiten eingeschaltet — PCIe-Steckplätze leuchteten auf, was die Kartenerkennung anzeigt
3. LAN-Switch verbunden mit der übergeordneten Internetquelle
4. Netzwerkscan durchgeführt — alle fünf ZimaBoard 2 Einheiten erschienen im Netzwerk

"Sie tauchen auf. Eins, zwei, drei, vier — und da ist Chappy, die KI-Einheit vom letzten Mal. Insgesamt fünf. Alle aktiv."

Zero meldete sich dann über ein Tablet an einer Einheit an und bestätigte den ZimaOS-Begrüßungsbildschirm und den erfolgreichen Start. Eine Überprüfung der Netzwerkschnittstellen zeigte, dass die Mellanox-Karte auf Hardware-Ebene erkannt wurde (unter Mellanox Technologies gelistet), aber kein Treiber geladen war — erwartetes Verhalten, da ZimaOS standardmäßig keine InfiniBand-Treiber enthält .

"Die PCIe-Karten sind aktiv und erhalten Strom. Aber das Betriebssystem hat den Mellanox-Treiber nicht integriert, daher kann er noch nicht geladen werden. Das werden wir im nächsten Video angehen, wenn wir tatsächlich die Cluster-Verbindung versuchen."

Was als Nächstes kommt

Dies war Teil 1: Hardwarebeschaffung, Zusammenbau und grundlegende Startüberprüfung. Die bevorstehenden Aufgaben umfassen:

• Installation der InfiniBand-Treiber auf allen fünf ZimaBoard 2 Knoten
• Konfiguration des Mellanox SX6036 Switch (der einen eigenen Einrichtungsprozess erfordert)
• Montage aller Komponenten in einem Server-Rack — Zero hat bereits eine 3D-druckbare Halterung entworfen, diese aber noch nicht gedruckt
• Durchführen tatsächlicher Cluster-Benchmarks um die kombinierte Rechenleistung zu messen
• Testen realer Arbeitslasten — die Community ist eingeladen, Experimente in den Kommentaren vorzuschlagen

Zero ist auch offen bezüglich der Wirtschaftlichkeit des Baus:

„ZimaBoard 2 selbst ist nicht extrem teuer. Wenn man Erweiterbarkeit und Verarbeitungsqualität berücksichtigt, ist der Preis angemessen. Für ein Spielzeug ist es etwas viel, aber für ein Experiment ein fairer Preis.“

Warum ZimaBoard 2 die richtige Grundlage für einen Heimserver-Cluster ist

Dieses Projekt verdeutlicht etwas Wichtiges über die Designphilosophie von ZimaBoard 2. Die meisten Mini-Computer – selbst leistungsfähige – sind geschlossene Systeme. Sie laufen gut als eigenständige Heimserver-Knoten, können aber auf Hardware-Ebene nicht sinnvoll erweitert oder miteinander verbunden werden.
ZimaBoard 2 durchbricht diese Grenze. Der native PCIe-Steckplatz ist kein Marketing-Gimmick – es ist eine echte architektonische Entscheidung, die echte Erweiterbarkeit ermöglicht: 10G NICs, NVMe-Speicher, GPU-Beschleunigung und, wie dieses Projekt zeigt, InfiniBand-Verbindungen in Unternehmensqualität.
Egal, ob du Plex, Pi-hole, Proxmox betreibst oder einen Heimserver-Cluster baust, der einem kleinen Rechenzentrum Konkurrenz macht – ZimaBoard 2 ist darauf ausgelegt, mit deinen Ambitionen zu wachsen. Klein, hackbar und – wie Zero es ausdrückte – „sieht aus wie ein Spielzeug, läuft aber wie ein Biest.“

Verfolge Zeros DIY-Supercomputer-Reise

Zeros Heim-Supercomputer-Projekt ist eines der technisch ambitioniertesten DIY-Heimserver-Bauten, die wir rund um die ZimaBoard 2 gesehen haben. Allein in Teil 1 umfasst der Hardware-Stack fünf ZimaBoard 2 Knoten, fünf Mellanox ConnectX-3 Pro InfiniBand-Karten, fünf maßgeschneiderte 56Gbps DAC-Kabel, einen 36-Port Mellanox SX6036 Switch und einen 48-Port Enterprise-LAN-Switch.
Alles startete. Alles wurde erkannt. Die Grundlage ist solide.
Wir bei Zima sind stolz darauf, dieses Experiment unterstützt zu haben, und freuen uns darauf, die Ergebnisse zu teilen, während Zero auf einen voll funktionsfähigen Cluster hinarbeitet. Abonniere den Kanal von Zero, um die Reise zu verfolgen, und bleibe auf dem Zima-Blog für weitere Berichte dran.