Construction of a 47x Raspberry PI mount

(Scroll down for english version)

Für unsere Gratis Raspberry colocation war es nötig ein Mounting Board fürs Datacenter zu entwerfen und zu bauen – Hierbei müssen natürlich eine menge Faktoren beachtet werden wie Hitzebeständigkeit, Airflow, Stromversorgung und Verkabelung, also haben wir daher unser eigenes Designt.

Nach einigen tests hat sich die Lösung eines Mountboards durchgesetzt (ggü. Vertikalem Stacking zB.), dieses ist relativ Einfach zu bauen erfordert allerdings längere Arbeitszeit – Dafür ist es eine Stabile, Dauerhafte Lösung die auch recht Nett aussieht.

Part Liste:
Heissklebepistole – 15EUR (Baumarkt)
Heisskleber – 5EUR (Baumarkt)
Kabelklemmen – 5EUR (Elektrohandel/Baumarkt, kleine reichen)
48x 10/100 Switch – 160EUR (Amazon, Trendnet Switch)
2x ATX Netzteile (mit möglichst viel A auf der/den 5V Schienen) – 50EUR (eTec, Billig Gehäuse)
Plexiglas Platte – 30EUR (Baumarkt, Zuschnitt)
47x HDMI Winkeladapter – 90EUR (Reichelt)
47x USB Kabeln + Netzwerkkabeln – 30EUR (Assman24)
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385EUR pro Board oder 8.19EUR pro RPI (Brutto)

Mein Entwurf umfasst 2 ATX PSUs á 2 5V Lanes zu 15A (75W per Lane, 150W total je PSU), ein RPI benötigt zwischen 0,7 und 1,2A Strom (Je nach SD Karte, CPU last und USB Stick) womit ein PSU genug Leistung für ~25 RPis liefert (Nötig pro Board aus Mathematischer Sicht: 23,5 RPIs).
Hierbei ist es Wichtig das RPIs auch bei 4.5V noch Anlaufen (Stabil), Das Netzteil Verliert etwas Voltage (aus welchem grund ist mir allerdings Unklar da es keine Reihenschaltung ist, Verdammt Jim Ich bin IT Techniker, kein Elektriker!).

Als erstes sollten die HDMI Winkel aufgeklebt werden, der Abstand zu den anderen RPIs ist Minimal (0,5cm Luft reichen völlig) – Beim Querabstand sind die USB Sticks der Hintermänner zu beachten (etwas Versetzt Kleben damit die USBs “zwischen” den RPIs sind oder Abstand erhöhen auf ca. 3-4cm).
Unser Board benutzt 3 Reihen, mit den 2 PSUs Hochkant in der letzten Reihe rechts – 18 RPIs erste Reihe, 18 RPIs zweite Reihe, 11 RPis letzte Reihe mit ca. 1cm Abstand Zwischen und 4cm Abstand längs.
Nun die USB Verkabelung, Hierbei sollten dies möglichst auf die Hintere Unterseite aufgeteilt werden (da hier später die Klemmen befestigt werden) – Einige RPi aufzustecken um die optimale Kabellänge zu bestimmen ist EXTREM Hilfreich.
Die Kabeln sollten stramm am RPI sitzen aber keinen Zug nach Unten verursachen.
(Verklebung bei den RPIs die von den PSUs verdeckt werden ist etwas kompliziert und unsauber, keine Panik dabei)

Great, jetzt haben wir ein simples RPI Board – Jetzt fängt der spaß erst richtig an.
An den Netzteilen kann entweder der Komplette Kabelstrang abgeschnitten werden (sofern nocht Modular) und Sauber verklebt werden, oder einfach umgebogen und befestigt werden.
Moderne Netzteile haben 2x 5V Lanes an Molex bzw. SATA Stromsteckern (Roter und einer der Schwarzen Masse pole, welcher ist egal) – Diese Abschneiden und an Kabelklemmen an der Unterseite des Boards Festkleben.
Nun den Grünen und einen Massepol auf dem ATX Hauptkabel (24pol ATX Stecker) abtrennen und mit einer Kabelklemme Bridgen (ON Signal für die Netzteile) – Hier eine Anleitung mit Bild:
http://www.hardware-experten.de/tutorials/74-tutorial-atx-netzteil-ohne-board-starten
(Es muss *nicht* Pol 15 verwendet werden als Masse, jedes Masse (=Schwarzes) Kabel eignet sich)

Gut, Damit ist der Strompart abgeschlossen – Nun muss das der Strom aufgefächert werden, hierzu unten am Board 47x2pol Kabelklemmen Festkleben (Gleich ganze 10er Blöcke am Besten), die USB kabel Abschälen und an den Klemmen Verschrauben (Schwarz ist Masse/-, Rot +, Grün und Weiß Datenleitungen, Alu/Kupfer die Schirmung – Datenleitungen und Schirmung Abschneiden – UNBEDINGT VORHER BEI EINEM DER KABEL DURCHMESSEN OB ROT WIRKLICH PLUS IST (China Ware…)).
je nach größe der Kabelklemmen werden 2 Reihen benötigt (Abstand von ca. 2cm Abhalten zur besseren Verkabelung).

Nun etwas Mathe, wenn ein Netzteil 2x5V Lanes hat haben wir 4 zur Verfügung – Daher sind die 47 durch 4 zu teilen – ~12 (Da wir mit Kommastellen nichts Anfangen können, Aufrunden).
Daher brauchen wir 12 USB kabeln pro Lane.

Nun wird es etwas variabel je nach Setup, Kabelklemmen und eigenem Stil – Ich habe hierzu jeweils 4 USB Kabelklemmen an eine weitere Klemme Verkabelt (Hierbei UNBEDINGT 220V/16A Kabeln verwenden, keine aus dem Abgeschnittenen Netzteil Kabeln da diese zu Dünn sind).
Diese 12(~) Klemmen wurden nun an 4 weitere Klemmen aufgefächert (wieder je 4) – An diese Letzten 4 Klemmen sind die Netzteile zu verkabeln.

Nun noch den Switch Verkabeln, RPIs aufstecken, Netzteile einschalten – Fertig ist das RPI Board!
Die Anleitung mag recht Simpel erscheinen, der Bau ist allerdings extrem Zeitintensiv (v.a. die Verkabelung) – Pro Board benötige Ich etwa 5h reine Arbeitszeit.
Die Kosten halten sich in Grenzen und die Zentrale Stromversorgung ist überaus Praktisch + weitaus effizienter als USB Hubs und Steckernetzteile.

Jetzt viel spaß beim Bauen 🙂

~~Will

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English

For our free Raspberry colocation we needed to design a mounting board and build it – There are many factors to consider in a datacenter enviroment (for example heat stability, Airflow, Power consumption and cabling) so we designed our own.

After a few tests we preffered the solution of a mount board (instead of i.e. vertical stacking), as it is easier to build even though it requires longer worktime – After all it is a stable construction for long time usage that also looks pretty neat.

Part list:
Hot glue gun – 15EUR
Hot glue – 5EUR
Cable clamps – 5EUR
48x 10/100 Switch – 160EUR (Amazon, Trendnet Switch)
2x ATX PSUs (with as much A on 5V lane as possible) – 50EUR
Plexiglass – 30EUR
47x HDMI 90° adapters – 90EUR (Reichelt)
47x USB cables + Network cables – 30EUR (Assman24)
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385EUR per board or 8.19EUR per RPI (before tax)

My design uses 2 ATX PSUs á 2 5V lanes á 15A (75W per lane, 150W total per PSU), a RPI needs around 0,7 and 1,2A power (depending on SD card, CPU load and USB stick) so we need a PSU with enough power for around 25 RPIs (from mathemathical pov: 23,5 RPIs per board).
It is important to know that the RPIs also start (and run stable) at 4.5V, the PSU has some voltage loss (for whatever reason).

First the HDMI adapters should be glued on the board, the distance to the other RPIs should be 0,5-1cm – Don’t forget the USB sticks lenghts also.
Our board uses 3 rows, with the 2 PSUs being glued on the right outer side of the last row – 18 RPIs in rows 1 and 2, 11 in row 3 with ca. 1cm distance between them and 3cm distance to the one behind.

Now the USB cabling, this should be spaced on the bottom of the board on the back (as we will add the clamps here later) – Installing some RPIs to get the best cable lenght is EXTREMELY helpful.
(Gluing the cables for the RPIs in front of the PSUs is a bit complicated and messy, don’t get in panic while doing it)

Great, now we have a simple RPI board – now the fun starts.
You could cut the complete cables of the PSU (if it isn’t modular) and glue them cleanly separated or just bend it and glue it on the PSUs.

Modern PSUs have 2x5V lanes at Molex or SATA plugs (Red and Black (mass/gnd) cable, which one of the black ones does not matter) – Cut these and clamp them (with glue) on the bottom of the board.
Now we need to bridge the Green and a gnd cable (any black one) on the PSUs main ATX Plug – Cut them off and bridge them in a clamp.
Here’s a picture (DE):
http://www.hardware-experten.de/tutorials/74-tutorial-atx-netzteil-ohne-board-starten
(You don’t have to use 15, any GND cable is fine)

Good, now we have the main power part – now we need to split the feeds.
For this glue 47×2 clamps on the bottom (use complete 10 clamp blocks), cut the USB cables and screw them in (Black is GND, Red +, Green and White are data lanes – ALWAYS FIRST MEASURE ONE CABLE TO CHECK IF THIS IS CORRECT, DO NOT GO AFTER THE COLORS ALONE)
You’ll need 2 rows of clamps (depending on the size of yours) – 2-4cm distance is adviseable to give you more space to cable it later.

Now some math, if one PSU has 2x5V lanes then we have 4 in total – Thus we have to divide 47/4 which is ~12 (we have no use for comma, so we need to round up).
So we need 12 USB cables per lane.

Now all gets a bit variable depending on setup, clamps and your own style – I connected 4 clamps to one more (use 220V/10A or 110V/16A+ cables for this and not PSU cables as these are not thick enough).
This 12(~) clamps are then connected to another 4 – Now connect the PSU lanes on this last 4 clamps.

Now cable the switch, place the RPIs, plug in the PSUs – Done!
The all may sound simple but it takes a lot of time (in special the cabling) – I need around 5h per board.
The costs are pretty low and the central power supply is very comfortable + much more efficient than USB hubs or wall plugs.

Now have fun building 🙂

~~Will

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