開封から56Gbpsまで：ZimaBoard 2でホームサーバースパコンを作る5ステッププラン
はじめに
このブログ記事はZimaによって公開されており、日本のテックコンテンツクリエイターであるZeroがYouTubeチャンネルで シングルボードサーバー やホームラボ実験を探求してきた動画に基づいています。ZimaはZeroの熱意、創造性、そしてZimaBoard 2を従来の使い方を超えて活用しようとする姿勢に深く感謝しています。以下は彼の動画のトランスクリプトを編集し、 ホームサーバー構築、ネットワークハードウェア、 DIYスーパーコンピューティングに興味のある読者向けに再構成したものです。すべての技術データ、手順、発見は元の内容から保持されています。
自宅でスーパーコンピュータを構築するには何が必要でしょうか？多くの人にとっては、エンタープライズグレードのラック、専用のサーバールーム、そしてデータセンター並みの予算が必要です。しかしZeroは違うアイデアを持っていました。机の上に置かれた5台のコンパクトなシングルボードサーバーから始まり、56GbpsのInfiniBandスイッチでそれらをすべて接続し、 統合されたコンピューティングクラスターを作り上げるというものです。
これはその旅のパート1 です：開封、ハードウェアの選択、組み立て、そして5つのノードすべての最初の成功した起動。まだ結果はありませんが、基盤は素晴らしいものです。
ZimaBoard 2とは何か、そしてこの構築においてなぜ重要なのか？
クラスターのセットアップに入る前に、Zeroが ZimaBoard 2 をこの実験の基盤に選んだ理由を理解する価値があります。
ZimaBoard 2はシングルボードサーバー（SBS）であり、より一般的な シングルボードコンピュータ （SBC）とは異なるカテゴリです。 どちらもコンパクトで低消費電力ですが、SBSの名称は異なる設計思想を示しています。これらのデバイスは単なるホビーパソコンではなく、サーバーとして動作するように設計されています。ZimaBoard 2はIceWhale Technologyによって開発されており、 ZimaOS、TrueNAS、Proxmox、Debian、pfSenseなどを実行可能です。
ZimaBoard 2が市場のほとんどのミニコンピュータと異なる点、そしてこのホームサーバー実験の中心となった理由は、ネイティブPCIe 3.0 ×4スロットを備えていることです。Zeroはこう説明しています：
ほとんどの小型コンピュータにはPCIeスロットがありません。しかし、ZimaBoardには標準で搭載されています。これがこの実験を可能にした理由です。
このスロットは10G NIC、NVMeアダプター、GPU、そしてこのプロジェクトにとって重要な高速InfiniBandネットワークカードの取り付けを可能にします。 デュアル2.5Gイーサネット内蔵と組み合わせることで、ZimaBoard 2はその価格帯で本当に稀な拡張性を提供します。
このビルドに関連する追加スペック：
- ネイティブSATAサポート 2.5インチHDD/SSD用（アダプター不要）
- 低消費電力 — 24時間365日のホームサーバー運用に理想的
- 静音でファンレスに適した設計
- 適切なマウントソリューションで標準ラックに収まる小型フォームファクター
ビジョン：5台のホームサーバーノードを使ったDIYスーパーコンピューター
Zeroのコンセプトは理論的には単純で、実践的には野心的です： 5台のZimaBoard 2ユニットを高速ネットワークで接続し、それらの計算資源を単一の統合システムとして扱う — これは古典的な 高性能コンピューティング (HPC)クラスタアーキテクチャです。
これは新しいアイデアではありません。スーパーコンピューターは長い間、多数の小さなノードを連結して構築されてきました。ここで新しいのは価格帯とフォームファクターです。Zeroは以前、4台のLichee RV Nanoコンピューターを使った類似の実験を試みましたが、ZimaBoard 2の方が成功の可能性が高いと結論づけました：
「よく考えてみると、これならもっと上手くいくと気づきました。スペックは高く、PCIeスロットもすでにあります。成功率は以前使っていた小型コンピューターよりも高いです。」
ZimaBoard 2の製造元であるIceWhale Technologyはハードウェアのスポンサーとなり、5台の完全なユニットとアクセサリーキットを提供しました。 Zeroは金銭のやり取りは一切なかったことを明確にしており、この取り決めはこの実験のための製品提供でした。
ハードウェア概要：このビルドで使用されたすべて
1. 5台のZimaBoard 2ユニット
各ユニットは同一のパッケージで同じ仕様で届きました。Zeroは、基板自体は組み立てられたユニットの上部部分に過ぎず、下部はハードドライブラックとマウンティングシャーシであると指摘しています。各キットには以下が含まれていました：
- ZimaBoard 2基板
- PCIe延長ケーブル
- ネジキットとPCIeブラケット
- ハードドライブラック
5台すべての組み立てが完了しました。 各ユニットに1台ずつハードドライブが取り付けられています — ストレージ用途ではなく、ZimaBoard 2のケースがPCIeブラケットを正しく取り付けるためにドライブの存在が必要だからです。
2. Mellanox ConnectX-3 Pro FDR InfiniBandカード（×5）
ここからビルドは明確にプロフェッショナル領域に踏み込みます。Zeroは Mellanox ConnectX-3 Pro FDR InfiniBandカード を選択しました — PCIeネットワークアダプターで、以下が可能です：
- 最大40GbE（40ギガビットイーサネット） 標準イーサネットプロトコル上で
- FDR InfiniBand（Fourteen Data Rate）プロトコルを使用し、最大56Gbpsの速度を実現しています。
このカードは QSFP+ポート (Quad Small Form-factor Pluggable Plus)を使用しており、通常はデータセンターや企業サーバー環境でのみ見られるコネクタタイプです。
ConnectX-3 Proの重要な特徴はRDMA（リモートダイレクトメモリアクセス） のサポートで、CPUに負荷をかけずにシステム間でデータ転送が可能です。Zeroの説明によると：
"このカードはCPUに負荷をかけずにデータ通信ができるそうです。それが異常な速度でのデータ交換を可能にしています。"
実用的な制限： ZimaBoard 2のPCIeスロットは×4で、ConnectX-3 Proは本来×8カードです。つまりカードはスロットから少しはみ出し、最大スループットはZimaBoard 2上で約 32Gbps に制限されますが、それでも10GbE接続の3倍以上の速度で、この実験には十分です。
"32Gbpsでも10G LANより速いです。そして将来のプロジェクトにも使えるカードなので、投資として扱っています。"
3. カスタム製造された56Gbps QSFP+ DACケーブル（×5）
標準のQSFP+ケーブルで0.5mの長さは、一般消費者市場では入手困難か非常に高価です。Zeroの解決策は カスタム製造することです。
これらのケーブルは DAC (Direct Attach Copper) ケーブル で、光トランシーバーを必要とせずQSFP+ポート間で高速信号を伝送するパッシブ銅線ケーブルです。1メートル未満の距離では、銅製DACケーブルはコスト効率が高く、56Gbpsのスループットを十分に処理できます。
各ケーブルは納品前に56Gbpsでテストおよび検証されています。Zeroはカスタムロゴも入れており、この規模のプロジェクトにおいては小さくも満足感のある工夫です。
"もし欲しい方がいれば、コメントで教えてください。製造を手配できるかもしれませんが、実際に誰が欲しいのかはわかりません。"
4. Mellanox SX6036 InfiniBandスイッチ
5つのノードをクラスタで接続するには、ポイントツーポイントのケーブルだけでは不十分です。 すべてのノードが同時に通信できるようにスイッチが必要です — ネットワークハブに相当しますが、InfiniBand用です。
Zeroは Mellanox SX6036を選択しました。これは 36ポートQSFP+ InfiniBandスイッチ で、エンタープライズおよびHPC環境向けに設計されています。主な仕様：
- 36ポートのQSFP+ — 5ノードに十分で、拡張余地あり
- 全ポートで 56Gbps FDR InfiniBand 対応
- 独自の設定インターフェースを持つ管理スイッチ
SX6036はラックマウント型ユニットで、ZimaBoard 2ノードと比べて明らかに大きいです。Zeroはその対比を認めています：
「これは大きいです。普通は机の上に置くものではありません。でもサーバーグレードの機器なので、それは当然です。」
ネットワーク経路のすべてのコンポーネント — カード、ケーブル、スイッチ — は56Gbps対応で、インターコネクト層によるボトルネックを防ぎます。実効上限はZimaBoard 2のPCIe ×4インターフェースで、ノードあたり約32Gbpsです。
5. エンタープライズLANスイッチ（48ポート）
管理トラフィックとInfiniBandデータトラフィックを分離するため、Zeroは 48ポートのエンタープライズLANスイッチ も導入しました。各ZimaBoard 2は内蔵の2.5Gイーサネットポートを通じてこのスイッチに接続し、インターネットアクセスと標準ネットワーク管理を提供します — InfiniBandクラスタネットワークとは完全に独立しています。
組み立てと初回起動：何が起こったか
すべてのハードウェアが組み立てられ、ケーブル接続された状態で、Zeroはシステムの電源を入れました。手順は次の通りです：
- Mellanox SX6036スイッチの電源がオン — 高速冷却ファンのためすぐに大きな音がする
- 5台すべてのZimaBoard 2ユニットの電源がオン — PCIeスロットが点灯し、カード認識を示す
- LANスイッチを接続 して上流のインターネットソースへ
- ネットワークスキャンを実施 — 5台すべてのZimaBoard 2ユニットがネットワーク上に表示されました
「カードは認識されています。1、2、3、4 — そして前回のAIユニット、Chappyもいます。合計5台。すべて稼働中です。」
Zeroはタブレットから1台にログインし、 ZimaOSのウェルカム画面 と正常な起動を確認しました。ネットワークインターフェースの確認では、Mellanoxカードがハードウェアレベルで認識されている（Mellanox Technologiesの下に表示）ものの、 ドライバーは読み込まれていません — これは ZimaOSがデフォルトでInfiniBandドライバーを含まない ため、予想される動作です。
「PCIeカードは通電して動作しています。しかし、OSにはMellanoxドライバーが組み込まれていないため、まだ読み込めません。これは次の動画でクラスタ接続を実際に試みる際に対処します。」
次に何が起こるか
これはパート1：ハードウェアの取得、組み立て、基本的な起動確認でした。今後の作業には以下が含まれます：
- 5台のZimaBoard 2ノードすべてにInfiniBandドライバーをインストールする
- Mellanox SX6036スイッチの設定 （独自のセットアッププロセスが必要）
- すべてをサーバーラックにマウントする — Zeroはすでに3Dプリント可能なブラケットを設計していますが、まだ印刷はしていません
- 実際のクラスターのベンチマークを実行する — 統合された計算性能を測定
- 実際のワークロードをテストする — コミュニティからの実験提案をコメントで募集
Zeroはビルドの経済性についても率直に語っています：
"ZimaBoard 2自体は非常に高価ではありません。拡張性とビルド品質を考慮すると、価格は妥当です。おもちゃとしては少し高いですが、実験としては適正な価格です。"
なぜZimaBoard 2がホームサーバークラスターの適切な基盤なのか
このプロジェクトはZimaBoard 2の設計哲学について重要なことを示しています。ほとんどのミニコンピューターは、たとえ高性能でも閉じたシステムです。単独のホームサーバーノードとしてはよく動作しますが、ハードウェアレベルで意味のある拡張や相互接続はできません。
ZimaBoard 2はその限界を打ち破ります。 ネイティブPCIeスロットはマーケティングのための機能ではなく、本物の拡張性を可能にする真のアーキテクチャ上の決定です：10G NIC、NVMeストレージ、 GPUアクセラレーション、そしてこのプロジェクトが示すようにエンタープライズグレードのInfiniBandインターコネクトも可能です。
Plex、Pi-hole、Proxmoxを動かしている場合でも、小規模なデータセンターに匹敵するホームサーバークラスターを構築している場合でも、ZimaBoard 2はあなたの野望に合わせて成長するよう設計されています。小型でハック可能、そしてZeroが言うように 「おもちゃのように見えるが、獣のように動く」。
ZeroのDIYスーパーコンピューターの旅を追いかけよう
Zeroのホームスーパーコンピュータープロジェクトは、ZimaBoard 2を中心に構築された中で最も技術的に野心的なDIYホームサーバービルドの一つです。パート1だけでも、ハードウェアスタックには5台のZimaBoard 2ノード、5枚のMellanox ConnectX-3 Pro InfiniBandカード、5本のカスタム56Gbps DACケーブル、36ポートのMellanox SX6036スイッチ、48ポートのエンタープライズLANスイッチが含まれています。
すべてが起動しました。すべてが認識されました。基盤は堅固です。
私たちZimaはこの実験を支援できたことを誇りに思い、Zeroが 完全稼働クラスターを目指して進む過程の結果を共有するのを楽しみにしています。Zeroのチャンネルを購読して旅路を追い、Zimaブログでのさらなる報告をお待ちください。
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