Creación de un nuevo backplane para mi NAS doméstico

• Motivación para desarrollar un backplane PCIe
  • Al instalar NixOS en un NAS Terramaster F2-221, resultaba incómodo conectar un SSD USB externo para almacenar el sistema operativo, así que consideré una forma de instalar una unidad de almacenamiento interna
  • La placa base del NAS tiene una ranura PCIe x4, así que busqué cómo aprovecharla
• Análisis del backplane PCIe
  • Al analizar fotos de reseñas del modelo de 5 bahías F5-422 del mismo fabricante, confirmé que amplía la cantidad de puertos SATA con 2 controladores PCIe-SATA ASMedia ASM1061
  • Haciendo ingeniería inversa del pinout PCIe de la placa base del F2-221, confirmé que hay líneas PCIe cableadas para el ASM1061
  • Mediante el análisis de señales PCIe, identifiqué los pares TX, RX y REFCLK y elaboré una tabla de pinout
  • Analicé el circuito de alimentación del backplane y determiné que está compuesto por un load switch para hot-plug y un slow starter
• Fabricación del prototipo
  • Decidí instalar un SSD NVMe M.2 usando 1 línea PCIe. Es más barato que SATA y más simple de implementar
  • Considerando el tamaño del backplane existente y las limitaciones de posición de los tornillos, ubiqué los conectores y componentes y diseñé el PCB
  • Después de montar los componentes en un PCB fabricado por encargo en JLCPCB y probarlo en el NAS, confirmé que puede arrancar
• Fabricación de la versión final
  • Corregí los problemas del prototipo y fabriqué una versión final del PCB eliminando puntos de prueba innecesarios
  • Confirmé que funciona sin problemas tras instalarlo en el NAS, y lo he estado usando de forma estable durante mucho tiempo
  • Publiqué los archivos del diseño final en GitHub

La opinión de GN⁺

• Es un caso interesante que analiza en detalle la estructura interna y el diseño del backplane de un NAS Terramaster. Destaca el esfuerzo por implementar la función deseada mediante ingeniería inversa en una situación con poca información proporcionada por el fabricante
• Resulta llamativo el uso de una unidad NVMe SSD económica y rápida como disco de arranque del sistema operativo aprovechando líneas PCIe existentes. Parece una decisión razonable que es más simple de implementar que agregar un controlador SATA y aun así ofrece rendimiento suficiente
• Es especialmente interesante el análisis del circuito de load switch y slow starter para la función de hot-plug. Es un buen ejemplo de los aspectos que deben considerarse en el diseño de la etapa de alimentación
• El proceso de diseño del PCB de este artículo probablemente será una buena referencia para otros usuarios de NAS con necesidades similares. Aun así, parece que también habría que considerar factores como la garantía de Terramaster o la compatibilidad con el sistema operativo del NAS
• Aunque parece que el autor no tiene mucha experiencia en diseño de PCB, resulta impresionante su proceso gradual de prototipado y resolución de problemas. Este tipo de aprendizaje mediante prueba y error probablemente ayude a mejorar las habilidades de diseño electrónico

[GN⁺]

Opinión de Hacker News

Resumen:

• Al soldar encapsulados DFN, sin microscopio solo comprobó que no hubiera un cortocircuito entre alimentación y tierra, y tomó fotos de cerca con la cámara del celular. Para soldar encapsulados DFN sin esténcil, le funcionó un método de poner pasta de soldar de más sobre las almohadillas y presionar el IC; con el calor de la estación de aire caliente la soldadura se derrite y el IC se eleva, luego se presiona con pinzas para que el exceso de soldadura salga sobre la máscara de soldadura. Suena una locura, pero es una metodología divertida.
• Ojalá hubiera más estandarización en la fabricación de NAS de consumo. Sugiere a ASUSTOR crear un backplane/adaptador compatible con Mini ITX para poder reemplazar el backplane dentro de unos años. Si se pudiera cambiar la motherboard para actualizar un NAS de 1Gbps a 2.5Gbps o 10Gbps, se podría alargar la vida útil del chasis.
• Le impresiona que la gente esté dispuesta a meterse a fondo en proyectos donde existe el riesgo real de perder dinero, como al modificar una guitarra o hardware. Se pregunta por qué no hay mucho mercado para cajitas pequeñas hackeables en las que sea fácil modificar hardware o software.
• Resolvió el problema de las unidades externas del NAS sujetándolas encima del NAS con velcro.
• Este proyecto se ve mucho mejor que una carcasa casera de NAS hecha con LEGO. Hizo la suya conectando discos duros USB a un hub y luego a un Nvidia Jetson.
• Instaló TrueNAS Scale en la misma NAS de 5 bahías usando una memoria USB de Samsung. Eligió un producto muy usado en dashcams de Tesla para asegurar cierta durabilidad. Planea cambiar a un CPU más potente porque el rendimiento del actual se queda corto.
• Instaló ZFS en una Mac y lo probó con una sola unidad USB, pero al copiar archivos el sistema dejaba de responder, con cortes en mouse y teclado, y el rendimiento de I/O caía mucho. El uso de CPU se disparó hasta 400%, pero no pudo determinar la causa exacta.
• A través de conjeturas, prueba y error, revisión del circuito y reemplazo del IC del interruptor de carga, logró un resultado sorprendente y elegante.
• Es un excelente proyecto que no consiste simplemente en pegar un Arduino a todo.