Van Uitpakken tot 56Gbps: Het 5-Stappenplan om een Home Server Supercomputer te Bouwen met ZimaBoard 2

Introductie

Deze blogpost is gepubliceerd door Zima en is gebaseerd op een video gemaakt door Zero, een Japanse tech content creator die  single-board servers en thuislab-experimenten onderzoekt op zijn YouTube-kanaal. Wij bij Zima zijn zeer dankbaar voor Zero’s enthousiasme, creativiteit en bereidheid om ZimaBoard 2 ver voorbij conventionele gebruiksscenario’s te brengen. Het volgende is een redactionele bewerking van zijn video transcript, herschikt voor lezers die geïnteresseerd zijn in  thuisserver-bouw, netwerkhardware en  DIY supercomputing. Alle technische gegevens, stappen en bevindingen zijn behouden uit de originele inhoud.

Wat is er nodig om een supercomputer thuis te bouwen? Voor de meeste mensen betekent dat enterprise-grade rekken, een speciale serverruimte en een budget dat thuishoort in een datacenter. Maar Zero had een ander idee — dat begint met vijf compacte single-board servers op een bureau en eindigt met een 56Gbps InfiniBand-switch die ze allemaal verbindt tot een geïntegreerde computing cluster.

Dit is Deel 1 van die reis: het uitpakken, de hardwarekeuze, de assemblage en het eerste succesvolle opstarten van alle vijf knooppunten. Nog geen resultaten — maar de basis is buitengewoon.

Wat is ZimaBoard 2, en waarom is het belangrijk voor deze bouw?

Voordat we in de clusteropstelling duiken, is het de moeite waard te begrijpen waarom Zero koos voor ZimaBoard 2 als basis voor dit experiment.

ZimaBoard 2 is een single-board server (SBS) — een categorie die verschilt van de meer bekende single-board computer (SBC) zoals de Raspberry Pi. Hoewel beide compact en energiezuinig zijn, geeft de SBS-classificatie een andere ontwerpfilosofie aan: deze apparaten zijn gebouwd om als servers te draaien, niet alleen als hobbycomputers. ZimaBoard 2 is ontwikkeld door IceWhale Technology en kan  ZimaOS, TrueNAS, Proxmox, Debian, pfSense en meer draaien.

Wat ZimaBoard 2 onderscheidt van de meeste mini-computers op de markt — en wat het het middelpunt maakte van dit thuisserver-experiment — is de native PCIe 3.0 ×4 slot. Zoals Zero uitlegt:

De meeste kleine computers hebben geen PCIe-slot. Maar ZimaBoard heeft er standaard één. Dat maakt dit experiment mogelijk.

Deze slot maakt de installatie van 10G NIC's, NVMe-adapters, GPU's en — cruciaal voor dit project — hoogsnelheids-InfiniBand-netwerkkaarten mogelijk. Gecombineerd met dubbele 2,5G Ethernet ingebouwd, biedt ZimaBoard 2 een uitbreidingsniveau dat op zijn prijspunt echt zeldzaam is.
Aanvullende specificaties relevant voor deze bouw:

• Native SATA-ondersteuning voor 2,5" HDD's/SSD's (geen adapterhoeden nodig)
• Laag stroomverbruik — ideaal voor 24/7 thuisservergebruik
• Stil, ventilatorloos vriendelijk ontwerp
• Kleine vormfactor die in een standaard rack past met de juiste montageoplossing

Featured

ZimaBoard 2 1664 Master Kit

Single board computer zimaboard2

$999.00

Buy Now

De Visie: Een doe-het-zelf supercomputer met 5 thuisserverknooppunten

Het concept van Zero is in theorie eenvoudig en in de praktijk ambitieus: verbind vijf ZimaBoard 2-eenheden via een hoogsnelheidsnetwerk zodat hun gecombineerde rekenkracht als één enkel, verenigd systeem kan worden behandeld — een klassieke high-performance computing (HPC) clusterarchitectuur.

Dit is geen nieuw idee. Supercomputers worden al lang gebouwd door veel kleinere knooppunten met elkaar te verbinden. Wat hier nieuw is, is het prijsniveau en de vormfactor. Zero had eerder een soortgelijk experiment geprobeerd met vier Lichee RV Nano-computers, maar concludeerde dat ZimaBoard 2 een hogere kans op succes bood:

"Toen ik er beter over nadacht, realiseerde ik me dat dit nog beter kon werken. De specificaties zijn hoger, en de PCIe-slot is er al. De slagingskans is hoger dan bij de kleine computers die ik eerder gebruikte."

IceWhale Technology, de maker van ZimaBoard 2, stemde ermee in de hardware te sponsoren — ze leverden vijf complete eenheden samen met hun accessoirekits. Zero maakt duidelijk dat er geen geld is uitgewisseld; de regeling was een productlevering voor de doeleinden van dit experiment.

Hardwareoverzicht: Alles gebruikt in deze bouw

1. Vijf ZimaBoard 2-eenheden

Elke eenheid arriveerde in identieke verpakking met dezelfde specificatie. Zero merkt op dat de kaart zelf slechts het bovenste gedeelte van de samengestelde eenheid is — het onderste gedeelte is een harde schijfrek en montagemontage. Elke kit bevatte:

• De ZimaBoard 2-kaart
• PCIe-verlengkabel
• Schroefset en PCIe-beugel
• Harde schijfrek

De montage was voltooid voor alle vijf eenheden. Per eenheid werd één harde schijf geïnstalleerd — niet voor opslaggebruik, maar omdat de ZimaBoard 2-behuizing een schijf vereist om de PCIe-beugel correct te monteren.

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

Hier beweegt de bouw zich beslist naar professioneel terrein. Zero koos de Mellanox ConnectX-3 Pro FDR InfiniBand-kaart — een PCIe-netwerkadapter die in staat is tot:

• Tot 40GbE (40 Gigabit Ethernet) over standaard Ethernet-protocollen
• Tot 56Gbps met het FDR InfiniBand (Fourteen Data Rate) protocol

De kaart gebruikt een QSFP+ poort (Quad Small Form-factor Pluggable Plus) — een type connector dat meestal alleen in datacenters en enterprise serveromgevingen wordt gevonden.

Een belangrijk kenmerk van de ConnectX-3 Pro is RDMA (Remote Direct Memory Access) ondersteuning, waarmee data tussen systemen kan worden overgedragen zonder de CPU te belasten. Zoals Zero uitlegt:

"Blijkbaar kan deze kaart datacommunicatie aan zonder de CPU te belasten. Dat maakt het mogelijk om gegevensuitwisseling met een buitengewone snelheid te doen."

De praktische beperking: De PCIe-slot van ZimaBoard 2 is ×4, terwijl de ConnectX-3 Pro van nature een ×8 kaart is. Dit betekent dat de kaart fysiek iets uitsteekt boven de slot, en de maximale doorvoer is beperkt tot ongeveer 32Gbps op ZimaBoard 2 — nog steeds meer dan drie keer zo snel als een 10GbE verbinding, en volledig voldoende voor dit experiment.

"Zelfs bij 32Gbps is het sneller dan 10G LAN. En het is een kaart die ik ook voor toekomstige projecten kan gebruiken — dus ik beschouw het als een investering."

3. Op maat gemaakte 56Gbps QSFP+ DAC kabels (×5)

Standaard QSFP+ kabels van 0,5m lengte zijn op de consumentenmarkt ofwel niet beschikbaar of onbetaalbaar duur. De oplossing van Zero: laat ze op maat maken.
De kabels zijn DAC (Direct Attach Copper) kabels — passieve koperen kabels die hoge-snelheidssignalen tussen QSFP+ poorten dragen zonder dat optische zenders nodig zijn. Voor afstanden onder 1 meter zijn koperen DAC-kabels zowel kosteneffectief als volledig in staat om 56Gbps doorvoer te verwerken.
Elke kabel is getest en geverifieerd op 56Gbps vóór levering. Zero merkt op dat ze zelfs een aangepast logo dragen — een klein maar bevredigend detail voor een project van deze omvang.

"Als iemand er een wil, laat het me weten in de reacties. Misschien kan ik de productie regelen — hoewel ik niet zeker weet wie er eigenlijk een zou willen."

4. Mellanox SX6036 InfiniBand Switch

Het verbinden van vijf knooppunten in een cluster vereist meer dan punt-tot-punt kabels. Er is een switch nodig zodat alle knooppunten tegelijkertijd met elkaar kunnen communiceren — het equivalent van een netwerk hub, maar dan voor InfiniBand.
Zero koos voor de Mellanox SX6036, een 36-poorts QSFP+ InfiniBand-switch ontworpen voor enterprise- en HPC-omgevingen. Belangrijke specificaties:

• 36 QSFP+ poorten — meer dan genoeg voor vijf nodes, met ruimte om uit te breiden
• Volledige 56Gbps FDR InfiniBand ondersteuning op alle poorten
• Beheerde switch met eigen configuratie-interface

De SX6036 is een rackmount-eenheid en merkbaar groot vergeleken met de ZimaBoard 2-nodes. Zero erkent het contrast:

"Het is enorm. Het is niet iets wat je normaal op een bureau zet. Maar het is server-grade apparatuur, dus dat is te verwachten."

Alle componenten in het netwerkpad — de kaarten, de kabels en de switch — zijn geschikt voor 56Gbps, wat ervoor zorgt dat er geen bottleneck ontstaat in de interconnectlaag. De effectieve limiet blijft de PCIe ×4-interface van de ZimaBoard 2 op ~32Gbps per node.

5. Enterprise LAN-switch (48-poorts)

Om beheerverkeer en InfiniBand-dataverkeer gescheiden te houden, zette Zero ook een 48-poorts enterprise LAN-switch in voor standaard Ethernet-connectiviteit. Elke ZimaBoard 2 is via de ingebouwde 2,5G Ethernet-poort verbonden met deze switch, wat internettoegang en standaard netwerkbeheer biedt — volledig onafhankelijk van het InfiniBand-clusternetwerk.

Montage en Eerste Opstart: Wat Gebeurde

Met alle hardware gemonteerd en aangesloten, zette Zero het systeem aan. De volgorde:

1. Mellanox SX6036-switch ingeschakeld — direct luid vanwege de krachtige koelventilatoren
2. Alle vijf ZimaBoard 2-eenheden ingeschakeld — PCIe-slots verlicht, wat kaartherkenning aangeeft
3. LAN-switch verbonden met upstream internetbron
4. Netwerkscan uitgevoerd — alle vijf ZimaBoard 2-eenheden verschenen op het netwerk

"Ze verschijnen. Eén, twee, drie, vier — en daar is Chappy, de AI-eenheid van de vorige keer. In totaal vijf. Allemaal actief."

Zero logde toen in op een eenheid via tablet, bevestigde het ZimaOS welkomstscherm en succesvolle opstart. Een controle van de netwerkinterfaces toonde dat de Mellanox-kaart op hardwareniveau werd herkend (vermeld onder Mellanox Technologies), maar er werd geen driver geladen — verwacht gedrag, aangezien ZimaOS standaard geen InfiniBand-drivers bevat .

"De PCIe-kaarten zijn actief en krijgen stroom. Maar het besturingssysteem heeft de Mellanox-driver niet ingebouwd, dus kan deze nog niet laden. Dat pakken we aan in de volgende video wanneer we daadwerkelijk de clusterverbinding proberen."

Wat volgt

Dit was Deel 1: hardware aanschaf, montage en basis opstartcontrole. Het werk dat nog komt omvat:

• Installeren van InfiniBand drivers op alle vijf ZimaBoard 2 nodes
• Configureren van de Mellanox SX6036 switch (wat een eigen installatieproces vereist)
• Alles monteren in een serverrack — Zero heeft al een 3D-printbare beugel ontworpen maar heeft deze nog niet geprint
• Uitvoeren van daadwerkelijke clusterbenchmarks om gecombineerde rekenprestaties te meten
• Testen van echte workloads — de community wordt uitgenodigd experimenten voor te stellen in de reacties

Zero is ook open over de economische kant van de bouw:

"ZimaBoard 2 zelf is niet extreem duur. Als je uitbreidbaarheid en bouwkwaliteit meerekent, is de prijs redelijk. Het is wat veel voor een speelgoedje, maar voor een experiment is het een eerlijke prijs."

Waarom ZimaBoard 2 de juiste basis is voor een thuisservercluster

Dit project illustreert iets belangrijks over de ontwerpfilosofie van ZimaBoard 2. De meeste minicomputers — zelfs capabele — zijn gesloten systemen. Ze draaien goed als zelfstandige thuisservernodes, maar kunnen niet zinvol worden uitgebreid of op hardwareniveau met elkaar verbonden.
ZimaBoard 2 doorbreekt die grens. De native PCIe-slot is geen marketingfeature — het is een echte architectonische keuze die echte uitbreidbaarheid mogelijk maakt: 10G NIC's, NVMe-opslag, GPU-versnelling, en, zoals dit project aantoont, enterprise-grade InfiniBand-verbindingen.
Of je nu Plex, Pi-hole, Proxmox draait, of een thuisservercluster bouwt die kan wedijveren met een klein datacenter, ZimaBoard 2 is ontworpen om mee te groeien met je ambities. Klein, hackbaar, en — zoals Zero het zei — "ziet eruit als een speelgoedje maar werkt als een beest."

Volg Zero's doe-het-zelf supercomputerreis

Zero's thuis supercomputerproject is een van de technisch meest ambitieuze doe-het-zelf thuisserverbouwsels die we hebben gezien rond de ZimaBoard 2. Alleen al in Deel 1 omvat de hardwarestack vijf ZimaBoard 2 nodes, vijf Mellanox ConnectX-3 Pro InfiniBand-kaarten, vijf aangepaste 56Gbps DAC-kabels, een 36-poorts Mellanox SX6036 switch, en een 48-poorts enterprise LAN-switch.
Alles startte op. Alles werd herkend. De basis is solide.
Wij bij Zima zijn trots dat we dit experiment hebben ondersteund en kijken ernaar uit de resultaten te delen terwijl Zero werkt aan een volledig operationele cluster. Abonneer je op Zero's kanaal om de reis te volgen, en blijf op de hoogte via de Zima-blog voor verdere updates.