samedi 28 novembre 2015

PC Desktop Fanless 1/3 - La conception

Un matin en me levant, j'ai décidé de changer mon équipement informatique. Hé houais suis comme ça moi, une vraie bête, une pure tête brûlée ;-)

Au cours de mes recherche, je me suis intéressé à un système Fanless. Ceci est mon histoire ;-) Plus sérieusement, voici un témoignage en matière de Fanless. Ca va aussi causer un peu de NAS à la marge.

Equipement initial

Le boiter est un Antec P180, en format grande tour, qui pèse un âne mort et prend plein de place. Mais qui a le dos large.

Le processeur est un Intel core i7-3770 (core 3éme génération) avec 8 Go de RAM (4 x 2 Go).

La carte mère Asus P8Z77-V LX2 (donc en chipset Z77) est très honnête.

Les disques sont plus qu'honorables avec un SSD Samsung 830 pour le système, deux disque durs 10 000 rpm en RAID 0 pour le travail (WD Velociraptor), et un gros disque 3 To 7200 rpm pour le stockage, plus un disque 1 To que j'ai du ajouter récemment pour le stockage toujours (ben oui, les vidéos ça prend de la place). 

Et avec tout ça, aujourd'hui je fais essentiellement un peu de bureautique sous MsOffice, et du surf sur Internet... plus quelques bidouilles sous Linux (dual boot), autant dire que c'est plus que luxueux et qu'il n'y avait pas vraiment urgence à changer.

A ma décharge je l'ai dimensionnée à une époque où pour mon activité professionnelle je faisais tourner plusieurs VM en parallèle, sous VMWare, pour héberger des bases de données ou des serveurs divers et variés sous Linux. Puis, j'utilisais des environnements de développement Java plutôt lourds (Eclipse avec moult plugins) sur des projets de taille non négligeable.

Bon quel intérêt à raconter tout ça, à part pour pour mon classement sur jemelapete.com ? Juste pour éclairer la suite.

Réflexion initiale, cahier des charges

Alors, les données du problème sont :

  • J'ai déménagé, et mon bureau actuel est bien plus petit que celui dont je disposais avant. Je voudrais récupérer de la place sous le bureau pour avoir des blocs tiroir mais mon P180 prend la place.
  • Je n'ai pas de place sur le dessus du bureau pour poser une mini tour, ni même un PC de tout petit format (genre NUC, ou mini ITX)
  • Alors que ma configuration était assez silencieuse, j'ai maintenant des nuisances sonores : les ventilateurs ont vieilli (le P180 en est quand même à sa 3éme carte mère) ; la cage disque est bien pleine, ça chauffe et il faut ventiler plus fort.
  • J'ai plein de fichiers auxquels je tiens, et plus de possibilité de sauvegarde au vu de mes volumes
  • J'ai plein de temps à perdre et pas beaucoup d'argent à jeter par les fenêtres


La réflexion qui en découle est la suivante :

  • Il me faut un PC de bureau en format dekstop classique (le format d'origine des PC, un bloc rectangulaire) comme ça je peux le poser sur mon bureau sous l'écran ou sous le scanner/imprimante
  • Comme ce format limite les possibilités d'usage et que je veux un truc silencieux, j'ajoute un NAS que je mettrais dans une autre pièce et qui pourra faire autant de bruit qu'il faudra par rapport à ce que je veux lui faire faire. Et qui supportera des fonctionnalités RAID avancées pour la redondance et donc la sécurité de mes données (et bien sur une sauvegarde externe)
  • Vu que j'ai du temps et quelques compétences, pas beaucoup d'argent à jeter par les fenêtres, et du matériel qui est tout sauf périmé, je vais recycler un maximum de choses de ma configuration existante
  • Vu que je peux m’asseoir sur ma licence Windows qui est OEM (liée à ma configuration actuelle, non transposable sur une nouvelle machine), que Windows 10 me casse les bonbons (c'est officiel, W10 est un malware), et qu'il n'est pas question que je paye une nouvelle licence, et que je suis trop vieux pour m'emmerder à la pirater, je passe ces deux machines sous Linux. 
  • Comme j'ai une dépendance sur Windows pour certains logiciels, et que je ne peux pas la lever, je vais me débrouiller pour me procurer une licence légale gratuitement ou à bas prix ; je l'utiliserais pour une VM W7 qui tournera sur le NAS, je m'y connecterais en bureau distant depuis le desktop. Il me faut donc un solution de virtualisation pour le NAS.


A partir de là, j'ai commencé par me mettre à jour sur le hardware actuel car j'avais lâché l'affaire depuis environ 2 ans 1/2 et que les choses évoluent très vite. Puis, je me suis mis à la page sur les distributions Linux et les environnements de bureau, sur les solutions de virtualisation, et tant qu'à faire d'infrastructure Cloud (bon j'ai un copain spécialiste du bignou qui m'a poussé au cul). 

Facile 2 mois plus tard, je sais à peu près où je vais. 

Et le Fanless là dedans ?

Pfouu relou le gars, 40 pages et il parle pas encore de Fanless !

Alors le Fanless c'est quoi ? C'est un PC sans aucun ventilateur donc très silencieux. La seule source de bruit possible résiduelle ce sont les disques durs mécaniques, et si on veut un PC totalement silencieux, noiseless, il suffit de renoncer aux disques durs mécaniques et n'user que de SSD.

Et là ça rentre bien dans mon cahier des charges : je veux un truc silencieux, et comme d'une part je vais déporter sur un NAS le stockage qui ne peut se faire qu'avec des disques mécaniques (le prix au To des SSD étant toujours rédhibitoire pour de gros volumes), et que d'autre part vu l'usage de ma machine de bureau je peux me contenter d'un "petit" disque, le SSD est dans mes prix.

Les contraintes spécifiques liées au Fanless

La dessus viennent  d'autres contraintes : 

  • les processeurs puissants chauffent beaucoup. 
  • les cartes vidéo encore plus

Bon, je ne joue pas avec ma machine, donc pas besoin de carte vidéo dédiée, la GPU intégrée d'un processeur Intel Core récent me suffira amplement. 

Pour le processeur, c'est un poil plus compliqué : il y a des solutions à base de gros boîtiers très aérés qui peuvent accueillir de gros blocs de refroidissement, mais ça ne rentre pas dans mon cahier des charges. Ces solutions sont aussi assez onéreuses (les blocs de refroidissement coûtent un bras, les alimentations électriques fanless aussi, et les boîtiers adaptés itou).

Rappelons ici que j'ai exclu les mini PC, genre NUC ou format mini ITX, car même ça ne rentre pas sur mon bureau. En outre ça limite trop les choix en terme de processeurs (trop peu puissants à mon gout). Ces solutions ne sont par ailleurs pas données non plus, et n'ont aucune évolutivité.

Donc je veux un boitier au format desktop. Et là, manque de bol je suis déphasé avec les tendances du marché, on ne trouve plus beaucoup de ces boîtiers sur le marché, et ils ne sont pas adaptés au fanless (trop petits pour un gros dissipateur, pas adaptés pour l'autre technique utilisée et dont je vais parler).

A ce stade, il ne me reste que la solution HTPC. Les HTPC (Home Theater PC) sont destinés initialement à une utilisation dans un salon, comme brique d'un système multimédia, et destinés à être connectés à divers équipements de salon (chaîne Hifi, ampli 5.1 télévision grand écran etc.). Comme un ventilateur qui fait un gros "vroum" pendant que vous regardez un films, ça ne le fait carrément pas, les technologies fanless sont assez développées sur cette niche.

La technologie utilisée pour réussir à refroidir des processeurs puissants, voire des GPU, consiste à conduire la chaleur sur les parois du boitier qui participe ainsi au refroidissement. C'est un peu comme un chauffage central : la CPU chauffe (comme le brûleur d'une chaudière), les watts dégagés sont aspirés par une pièce métallique posée dessus (comme le ballon d'eau d'une chaudière) et depuis laquelle partent des tuyaux (comme des conduites de chauffage) qui vont transmettre la chaleur aux parois du boitier qui vont la dissiper à l'extérieur (comme un radiateur qui chauffe une pièce). Tout comme un chauffage central donc, sauf qu'il n'y a pas d'eau et que seules les propriétés thermiques des métaux utilisés permettent la conductivité.

Cette tuyauterie amène des contraintes mécaniques : il faut de la place au sein du boitier pour faire circuler les tuyaux qui conduisent la chaleur de la CPU vers les parois, et toutes les cartes mères ou assemblages ne sont pas possibles. D'autre part, il faut un boitier spécifiquement conçu, avec une carcasse en métal qu soit bon conducteur thermique, ajourée, et avec des ailettes pour faciliter la dispersion (comme un radiateur on vous dis).

Enfin, il y a des limites à ce que ce systèmes peuvent évacuer comme chaleur. Cependant ici, j'ai trouvé des solutions capables de supporter des températures assez élevées pour offrir une palette de choix suffisante pour mes besoins en terme de processeurs.

Puis n'oublions pas non plus que les dernières générations de processeurs Intel (skylake) ont fait de gros progrès en terme de TDP (de température dégagée). Et qu'il existe des versions spécialement optimisée pour dégager moins de chaleur ; malheureusement ce sont soit des versions de processeurs pour bureau dégradées en cycle d'horloge (donc moins rapides), soit des versions spécialement conçues pour les ordinateurs portables qui coûtent cher et sont très difficile à se procurer en France pour des particuliers (mais ça se trouve à l'étranger).

Ces contraintes, plus le fait qu'on est sur un marché de niche, plus le fait que la clientèle HTPC a généralement le portefeuille bien garni (ben oui, c'est pas tout le monde qui a un système multimédia de pointe dans son salon), plus le fait que les HTPC trônent dans le salon et doivent avoir un très beau design qui ne fait pas tâche avec le reste des éléments Hifi hors de prix, font que ces boîtiers sont onéreux.

Donc conclusion temporaire, quel que soit mon choix, il va falloir passer à la caisse et redimensionner mon budget initial, ou renoncer au fanless.


Sources utiles, remerciements

Bon, le fanless m'est tombé dessus un peu par hasard, au fur et à mesure de mes promenades sur le web. En fait, j'avais défini une configuration classique puis au dernier moment j'ai voulu l'améliorer et la rendre fanless à moindre coût après avoir lu quelques informations sur le sujet.

Novice sur le sujet, j'ai imaginé une configuration comme j'ai pu, puis j'ai trouvé une "communauté du fanless Français" sur un forum de Hardware.fr animé par une bande de fous furieux. J'ai exposé mon idée, je me suis fait (gentiment) démonter en deux secondes car j'étais complètement à côté de la plaque. Déjà, ça m'a évité de faire fondre mon processeur ...

Puis grâce à l'aide de cette communauté je suis monté en compétences sur le sujet, et j'ai étudié diverses pistes qui m'ont été suggérées, pour finalement retenir celle du tout nouveau boitier HTPC de la société HDPLEX, le H5 2nde génération (tout nouveau).

Donc, pour les curieux, quelques bonnes adresses :



Ma config de bureau Fanless

A titre d'information, j'estime le surcoût lié au fanless à 250 Euros environ dans mon cas. Inutile de dire qu'en valeur relative c'est énorme par rapport au coût initial de ma configuration mais le silence est d'or.

Au final, j'estime que ça vaut le coût car le boitier HTPC répond parfaitement à mon cahier des charges, c'est un très bel objet qui me servira dans la durée, que je pourrais probablement recycler, et qui aura une valeur à la revente.

Le boitier / alimentation électrique

J'ai choisi le boitier HTPC H5 2nde génération, de la société HDPLEX.

Il répond parfaitement à mon cahier des charges. Il permet en théorie de refroidir des processeurs dégageant jusque 95 Watts. 

La lecture des spécifications techniques permet de voir qu'on a affaire à du matériel haut de gamme pensé par des spécialistes. Forcément le prix s'en ressent mais on n'a rien sans rien.

J'ai apprécié la qualité de la documentation, et la possibilité d'échanger avant achat sur le forum dédié à cet appareil : http://www.hd-plex.com/forum/showthread.php?t=2464

Je ne suis pas là pour faire l'article, je vous laisserais le soin de prendre connaissance des spécifications techniques sur le site du constructeur, et je me contenterais de quelques remarques :
  • prenez bien soin de lire les spécifications techniques, et le guide d'installation
  • n'hésitez pas à aller poser des questions sur le forum
  • ne perdez pas de vue que, selon ce que vous voulez faire rentrer dedans, il peut y avoir des surcoûts (dissipateur supplémentaire pour carte graphique, nappe spécifique requise dans certains cas selon l'utilisation que vous faîtes des cartes d'extension PCI-E de la carte mère, cf manuel d'installation)
  • bien sur, n'oubliez pas de choisir une alimentation électrique adaptée


J'ai été un peu perdu au début dans le choix de l'alimentation électrique. 

Jusqu'à présent, j'utilisais des alimentations ATX "classiques", une simple boite qu'on installe dans le boitier PC et d'où partent les câbles pour alimenter la carte mère et autres composants. 

Ici, cette boite est décomposée en deux éléments qu'on doit combiner de façon cohérente :
  • AC/DC : un premier élément convertit le courant alternatif (AC) en courant continu (DC). Il faut le dimensionner en fonction de vos besoins, c'est à dire de la consommation cumulée maximum de l'ensemble de vos composants.
  • DC/ATX : un second élément qui reçoit le courant continu du premier et d'où sortent les câbles habituels pour alimenter la carte mère etc.


La conception du boitier est très modulaire et vous laisse de nombreuses possibilités en terme d'alimentation électrique. Par exemple, le boitier AC/DC peut être interne ou externe. L'intérêt ici est que si vous disposez d'un chargeur d'ordinateur portable en rab, vous pouvez l'utiliser comme boitier externe et faire l'économie d'un élément. Le packaging comprend le nécessaire pour vous permettre de le raccorder. Je n'ai pas creusé cette possibilité mais il est possible de directement relier le boitier à un onduleur pour ceux qui veulent le summum du summum.

Pour ma part, j'ai pris l'option "combo 160W AC/DC + DC/ATX nanoATX". J'ai donc une alimentation interne de 160 W ce qui est parfait dans mon cas car je devrais l'utiliser à environ 50 % de ses capacités ce qui est l'idéal (c'est là qu'il y a le meilleur rendement, c'est à dire que l'énergie perdue en chaleur dégagée est la plus faible par rapport à l'énergie fournie).

Processeur

J'ai pris un core i5-6500 skylake. Son TDP est de 65 Watts.

Le boitier supporte des TDP de 95 Watts et j'aurais pu prendre plus puissant mais d'une part je préfère garder une marge de sécurité, et d'autre part ce processeur sera suffisant pour ma machine de bureau, sachant que dans mon projet pris dans sa globalité, les traitements lourds que je peux faire aujourd'hui et qui justifient un core i7 plus rapide et avec le HT (Hyper Threading), seront déportés sur le NAS (qui aura la CPU qui va bien).

Carte mère

J'ai pris la carte H110M-S2PV DDR3 de GigaByte.

Je n'aurais qu'un SSD à brancher, et quelques ports USB. Du coup, même pas besoin d'un support RAID par le chipset, pas question d'overclocking dans une configuration fanless, pas de carte vidéo bien sur. 

Bref, tout ceci me permet de prendre le chipset H110 le moins puissant et le moins évolué, ainsi qu'une carte d'entrée de gamme destinée au marché des petites configurations de bureau au prix tiré vers le bas. Pour autant, j'ai tapé dans la gamme UltraDurable GigaByte pour ne pas sacrifier la qualité.

J'ai pris la version DDR3 pour pouvoir réutiliser deux barrettes de RAM de mon PC actuel. J'upgraderais éventuellement ultérieurement en 2 x 4 Go avec des barrettes plus performantes mais pour le moment ça devrait bien suffire vu la vocation de la machine.

SSD

Bon là, j'ai un peu craqué, je dois bien l'avouer. Mais vu que je suis descendu en gamme en terme de processeur, je me suis dit autant soigner les I/O. Puis j'ai économisé sur la carte mère, alors ...

J'ai pris un SSD SandDisk Extreme PRO 240 Go. Il est clairement cher, pour le même prix je pourrais avoir un 480 Go ces jours ci (black friday), mais d'une part 240 Go me suffisent largement (le stockage sera sur le NAS), et d'autre part ce SSD se démarque largement dans tous les benchmark que j'ai pu lire en terme de rapidité,le machin est une vraie fusée.

RAM

2 x 2 Go en DDR3, de la PC3-12800 de qualité, de chez Corsair. Spécification ici.


Ma config de NAS

Juste deux mots. Ce ne sera pas une configuration fanless, car avec de nombreux disques ça ne me semble pas raisonnable.

Pour autant, j'ai étudié une configuration la plus silencieuse possible avant de renoncer face au surcoût. Le serveur sera dans une autre pièce que le salon, le bruit ne sera pas un problème.

Ce qui est déjà certain, c'est que je vais recycler de mon PC de bureau actuel :
  • le processeur core i7-3770
  • la carte mère ; elle supporte le RAID sur 4 ports SATA II + 2 ports SATA III
  • l'alimentation électrique (une Seasonic S12 de qualité, bien dimensionnée, 550W de mémoire)
  • un SSD Samsung 830 de 64 Go pour l'OS et le swap Linux
  • un WD Velocirapor 10 000 rpm (j'en ai deux mais je ne pourrais pas brancher les deux)

J'aurais à acheter 32Go de RAM (ouch !), 4 disques NAS pour la grappe RAID (le gros poste de dépense), et un nouveau boitier. En effet, je ne suis pas satisfait par le P180 pour les configurations avec plein de disques. A priori, je prendrais ce boitier Phantek Enthoo Pro qui a un très bon rapport qualité/prix.

Pourquoi 32 Go de RAM ? Parceque je vais utiliser ce serveur en tant que serveur de VM et que c'est une application qui requiert beaucoup de RAM.

En terme de système, je vais me tourner vers une distribution CentOS avec KVM en solution de virtualisation (connecteurs disponibles pour CloudStack, Cloudstack pilotable par Vagrant) ; je dois encore checker le support du RAID semi logiciel par l'OS mais il me semble que c'est OK. Ce choix a été difficile, j'ai envisagé de nombreuses solutions, en particulier FreeNas (FreeBSD) et XPEnology.

Les disques SATAIII seront connectés en SATAII, c'est sans doute dommage mais je n'évalue pas la perte en performance. En outre, ce seront les disques destinés au stockage qui seront branchés dessus. 

En terme de disque, je dois encore réfléchir, c'est un gros poste de dépense. Pour le moment, je pense à des WD Red de 3To (4 x 3 To en RAID 10). Mais mon choix n'est pas arrêté, je pourrais peut être revoir ça pour diminuer le budget (4 WD30EFRX ça fait quand même 500 euros) : moins de disques et un simple RAID 1 + une sauvegarde externe partielle seraient moins cher. Je peux aussi distinguer plus finement mes fichiers entre ceux que je veux absolument préserver en cas de crash et ceux dont je pourrais me passer.

A suivre...

J'ai commandé les pièces. J'attends livraison pour poursuivre cette série d'article, avec la phase d'assemblage, puis la phase de test.