Thuisserver bouwen met tot 108 TB aan opslagruimte

Wil je niet afhankelijk zijn van clouddiensten?  Je kunt zelf een compacte thuisserver bouwen met tot 108 TB aan opslagruimte en 64 GB ECC-geheugen. De basis configuratie (vanaf 400 euro) pas je flexibel aan je wensen aan. 

Zelf een compacte thuisserver bouwen is een spannend maar uitdagend project. Veel eisen zijn fundamenteel verschillend van die van normale pc’s, terwijl andere hetzelfde zijn. Ons bouwvoorstel is daarom een compromis dat zoveel mogelijk eisen kan afdekken, maar niet elke denkbare niche vult.

De basisconfiguratie heeft idle slechts ongeveer 12 watt nodig en is fluisterstil. Zelfs met vier harde schijven (in slaapstand) is het nog lang geen ratelbak. Dankzij de Baseboard Management Controller (BMC) kan de server volledig op afstand worden geconfigureerd en onafhankelijk van het besturingssysteem bediend worden.

We kiezen voor de compacte behuizing Node 304 van Fractal Design die makkelijk ergens te plaatsen is. Hij is afgerond 38 × 25 × 22 cm groot (diepte × breedte × hoogte) en relatief goedkoop (circa 75 euro). Standaard zijn drie ventilatoren aanwezig en een ventilatorbediening die van buitenaf kan worden ingesteld via een drietraps schuifregelaar. De ventilatoren genereren een luchtstroom van de voorkant via de gemonteerde harde schijven naar de achterkant en blijven op de laagste en middelste instelling lekker stil.

Behalve een moederbord in mini-ITX formaat en voeding in standaard ATX-formaat, passen in de Node 304 tot zes 3,5-inch harde schijven, ontkoppeld via rubberen ringen. De ruimte boven de cpu-socket is vrij van onderdelen en ligt in de directe aanzuiging van de achterste ventilator. Bij gebruik van een sterkere cpu kan ook een stille koeler tot 18 centimeter hoog worden gebruikt, zoals de Alpenföhn Ben Nevis (Advanced).

Bovenaanzicht: de luchtstroom van de behuizingsventilatoren gaat tussen de harde schijven en de koelribben van de cpu-koeler door. Daardoor is voor de Celeron G4900 geen aparte koeler nodig (met de ribben parallel aan de luchtstroom).

De technische basis is het Supermicro-moederbord X11SCL-IF met de 1151v2-socket (circa 170 euro). Daarin kunnen zowel Intel-processors van de Core-i 8000/9000-generatie als varianten van de Coffee Lake (refresh) generatie: ­Celeron G4000, Pentium G5000 en Xeon-E2100/2200 met een nominale TDP van maximaal 95 watt.

De Supermicro-website vermeldt officieel maximaal zes cores met Hyper-Threading. Bij de test werkte de acht-core Xeon E-2288G met HT ook, maar dan raakten de spanningsregelaars oververhit. Met de hexacore Xeon E-2226G, die tot 80 watt TDP mag, liep het systeem snel en toch stil met de Ben Nevis.

Een PCIe-x16-slot is beschikbaar voor uitbreidingsopties: de mogelijkheden lopen van extra SATA-­poorten voor meer dan vier harde schijven of een RAID-controller tot dual-slot grafische kaarten met een lengte van 31 cm. Er zit tevens een USB 3.0 ­type-A-aansluiting op het moederbord.

Met een eenvoudige SATA-controller van circa 25 euro kun je twee extra harde schijven aansluiten. Dat werkt probleemloos met Windows 10, Ubuntu 20.04 LTS en VMWare ESXi.

Remote beheer via BMC/IPMI

Een belangrijk aspect voor de keuze van het moederbord was het beheer op afstand via BMC/IPMI. Dat geeft niet alleen toegang geeft tot het draaiende besturingssysteem via een speciale netwerkaansluiting en een vast ip-adres, maar ook volledige controle over de server, inclusief instellen van BIOS-opties, het installeren van besturingssystemen of in- en uitschakelen van de server. De geïntegreerde videotranscoder Intel Quicksync is daarbij echter inactief.

Op het ATX-paneel van het moederbord zijn twee USB-A-poorten beschikbaar, een andere is intern aangebracht en twee andere zijn beschikbaar via een 19-pins connector voor het frontpaneel. Daarnaast zijn er drie RJ45-netwerkaansluitingen, een VGA-connector voor grafische uitvoer en een seriële poort.

De processor van ons bouwvoorstel is een Celeron G4900 met twee kernen met een 3,1GHz-klokfrequentie, maar zonder Hyper-Threading (circa 60 euro). Dat is voldoende als bestandsserver, zeker omdat zelfs de entry-level processors AES-encryptie met hardwareversnelling bieden en daarmee de cpu-kernen ontlasten.

Aangezien Intel alleen een fabrieksgarantie geeft op de boxed-versies van de processors, moet je geen tray-versie kiezen, zelfs al gebruik je de bijgeleverde koeler niet. Aangezien de Celeron G4900 de energievretende AVX-­instructiesetuitbreiding niet ondersteunt, is een passief aluminiumblok (Arctic Cooling Alpine 12) genoeg om de cpu-temperatuur in het veilige bereik onder 80 graden celsius te houden, zelfs bij continue volle belasting.

Meer dan opslag

Als je meer cpu-kracht nodig hebt, bijvoorbeeld als je een thuisserver bouwen wilt die ook wordt gebruikt voor het transcoderen van video’s of om virtuele machines te draaien onder VMWare ESXi, dan kun je een Xeon E-2100/2200 met maximaal zes kernen gebruiken. Een goedkoper alternatief is de quadcore Core i3-9100F. Die heeft geen geïntegreerde grafische kaart, maar kan wel overweg met ECC-RAM. De duurdere desktopprocessors Core i5, i7 en i9 kunnen dat niet.

De twee geheugenslots accepteren DDR4 ­UDIMM’s met ECC-foutcorrectie en tot 32 GB per geheugenmodule. We hebben gekozen voor één enkele module van 8 GB als instapniveau (KSM26ES8/8ME, circa 50 euro). Dat voldoet voor de basistaken en kan indien nodig eenvoudig worden uitgebreid naar 16 GB. Als je meerdere virtuele machines parallel wilt laten draaien, kun je tot 2 × 32 GB gebruiken. Maar dan moet je ook kiezen voor een processor met meer kernen.

Geheugenmodules met extra DRAM-chips voor Error Correction Code (ECC) kunnen bitfouten herkennen en vaak ook corrigeren.

Het besturingssysteem van ons bouwvoorstel staat op een M.2 NVMe-ssd van het type Kingston A2000 met 250 GB (SA2000M8/250G, circa 50 euro). Daardoor kunnen de optionele harde ­schijven in de slaapstand gaan als ze niet in gebruik zijn, wat het geluidsniveau en het energieverbruik vermindert. Dankzij het NVMe-protocol blijven alle vier de SATA­-poorten beschikbaar voor grote harde schijven.

Als je extra ruimte op het bootmedium wilt hebben, bijvoorbeeld omdat hij meerdere besturingssystemen of images naast elkaar moet gebruiken, dan kun je ook kiezen voor de grotere versies van de A2000 met 500 GB of één TB. De prijzen daarvan zijn per gigabyte lager dan van de kleine instapversie.

Tot 108 TB opslagruimte

De eisen qua opslagruimte lopen sterk uiteen, zodat we voor de basisconfiguratie geen specifieke harde schijf toevoegen. Het mini-ITX-moederbord heeft vier SATA-poorten. Met de huidige capaciteit van 3,5-inch harde schijven is daarmee tot 72 TB opslagruimte mogelijk, wat genoeg zou moeten zijn voor de meeste (thuis)toepassingen. Hoewel desktopschijven de beste prijs-prestatieverhouding hebben, raden we speciale NAS-schijven aan voor servers.

Voor onze schijftests hebben we vier stuks Seagate Ironwolf van 8 TB gebruikt en die als optie uitgebreid met twee 10TB-modellen via een Delock SATA-controller van 25 euro (type 90431) in het PCIe-slot. Er waren geen opvallende zaken. We konden ook onder VMWare ESXi 6.7 zonder problemen opslagruimtes aanmaken en combineren. Geen enkele betrokken controller vertraagde de snelheid van de harde schijven.

RAID

We hebben ons geconcentreerd op opslagruimtes (Windows Storage Spaces, VMWare VMFS Data­stores). Als je de RAID-functie van de C242-chipset wilt gebruiken, kun je die optie vinden in het BIOS (op te roepen via de Delete-toets) onder ‘Advanced / SATA And RSTe Configuration’. Daar stel je de SATA Mode Selection in op RAID en de Storage Option ROM/UEFI Driver op UEFI. Een herstart verder is de Intel VROC-optie voor het instellen van een RAID 0/1/5 of 10 beschikbaar in het menu Advanced. Als je echter slechts één besturings­systeem gebruikt, is RAID configureren binnen dat besturingssysteem eenvoudiger en kun je daarbij ook extra schijven integreren via een extra controller. We hebben geen merkbaar prestatievoordeel gevonden bij de chipset-RAID.

De stroomvoorziening wordt verzorgd door de goedkope en zuinige be quiet! Systempower B9 300W (BN206, circa 40 euro). Een minpunt daarvan is wel de aanwezigheid van maar vier SATA-stekkers en het ontbreken van een PCIe 6- of 8-pins voedingsstekker. Bij meer dan vier harde schijven raden we aan om adapterkabels te gebruiken voor meer SATA-­stekkers. Bouw je een grafische kaart in die één of twee PCIe-stekkers vereist, dan kun je het beste meteen kiezen voor de 450W-versie van die voeding, die over de benodigde stekkers beschikt.

Houd bij de voeding ook rekening met het aantal stekkers dat je nodig hebt om alle schijven (en andere componenten) aan te sluiten.

De thuisserver bouwen is niet helemaal zonder gereedschap mogelijk: de behuizing, het moederbord en de harddisk-houders worden vastgezet met kruiskop­schroeven. Eerst moet je de drie harddisk-houders, die elk met drie schroeven zijn vastgezet, verwijderen om een betere toegang te krijgen tot de bodem van de behuizing. Daar sluit je eerst de voeding aan op de interne doorluskabel van de voedingsconnector en vervolgens monteer je hem met de voedingsconnector naar rechts (vanaf de voorkant van de behuizing gezien). De kabel moet met enige kracht om de stekker gebogen worden, maar past wel. Plaats vervolgens vanaf de binnenkant het ATX-paneel voor het moederbord in de uitsparing van de behuizing.

De processor, de koeler, de geheugenmodule en de NVMe-ssd moeten op het moederbord worden geïnstalleerd voordat dat gemonteerd wordt. Sluit de SATA-kabels ook al volgens je configuratie aan – de ruimte eromheen wordt later krap. Plaats het geheel vervolgens onder een lichte hoek ten opzichte van het eerder geplaatste ATX-paneel en kantel het voorzichtig in een horizontale positie. Schroef het moederbord dan vast en leid de ATX- en 12V-ATX-connector tussen de cpu-koeler en de voeding langs het bord naar de connectoren.

Sluit de twee-aderige kabels aan voor de aan-uitknop, de voedings- en schijfled en eventueel de 19-pins connector voor de usb-poorten aan de voorzijde. Zet vervolgens de 3,5-inch harde schijven met elk drie schroeven door de rubberen ringen vast en sluit de voedings- en SATA-kabels aan. Als laatste, maar daarom niet minder belangrijk, sluit je de driepins-ventilatorstekkers aan op de ventilatorcontroller aan de achterzijde en die op zijn beurt op een Molex-­connector van de voeding. Doe het deksel erop en je bent klaar.

Het opstartproces duurt wat langer – dat is typisch voor servers, dus maak je geen zorgen. Druk op Del om het BIOS op te roepen of F11 om het opstart­menu te openen. Voor de BMC vind je een Unique-ID sticker met een individuele gebruikers-ID bij de netwerkpoort. Je kunt die gebruiken om verbinding te maken met de server in hetzelfde (virtuele) netwerk. Als dat niet werkt, biedt Supermicro met de tool IPMICFG een hulpmiddel voor het resetten van het wachtwoord. In tegenstelling tot de informatie in de gebruikershandleiding heeft dat echter ook invloed op de gebruikersnaam, zodat het klassiek onveilige ADMIN/ADMIN weer van toepassing is.

Tijdens het gebruik hadden we in eerste instantie het probleem dat de installatie van de Intel-chipsetdriver eindigde in een crash als eerder het niet-WHQL-­gecertificeerde ASpeed-stuurprogramma 1.11 voor de geïntegreerde graphics van het BMC geïnstalleerd was. Met de Intel-chipsetdriver als eerste geïnstalleerd en de ASpeed Graphics Windows Server WHQL Driver 1.10 trad het probleem niet op.

Ubuntu

Onder Ubuntu 20.04 LTS kwamen we een bug tegen bij de interactie met de grafische gebruikersinterface en het displayserverprotocol Wayland. De gebruikersinterface die door de Aspeed AST2500 werd weergegeven, bevroor regelmatig nog vóór het inloggen. Het verwijderen van de commentaartekens (#) voor #WaylandEnable=false in /etc/gdm3/custom.conf loste dat probleem op. De consoleversie van Ubuntu had daar geen last van.

Blijf op de hoogte van bouwvoorstellen, reviews en tips!
Schrijf je in voor de nieuwsbrief:

Bij de basisconfiguratie zonder harde schijven hadden we, ondanks de permanent actieve baseboardmanagementcontroller onder Ubuntu 20.04 LTS, een energieverbruik van iets minder dan 12 watt. Met harde schijven in slaapstand was het slechts een goede 14 watt. Dat is nog minder dan bij veel NAS-apparaten.

Alternatieven voor een thuisserver bouwen zijn misschien kleiner, maar niet per se zuiniger.

Dankzij de passieve cpu-koeler was de server nauwelijks hoorbaar op de laagste stand van de ventilatorcontroller. Tijdens gebruik waren de vier harde schijven met 1,2 sone niet langer fluisterstil, maar voor een server is dat heel acceptabel. Alleen bij volle ventilatorsnelheid werd het geheel iets te luid met 2.0 sone.

De vier voor de test geselecteerde harde schijven haalden een goede 900 MB/s gecombineerde leesprestatie als een RAID-0-groep, waarbij met een vijfde en zesde harde schijf meer dan 1 GB/s mogelijk was. Maar daarbij had de server ongeveer 63 watt nodig als hij werd aangesproken, waarvan de processor nog het minst verbruikte. Bij netwerkbelasting hebben we ongeveer 57 watt gemeten met draaiende schijven.

Ons bouwvoorstel voor een kleine thuisserver bouwen biedt aanzienlijk meer upgrademogelijkheden en een vrije keuze van een besturingssysteem in vergelijking met een kant-en-klare NAS. Bovendien kan de basisconfiguratie al een enorme hoeveelheid gegevens aan met maximaal vier harde schijven (en een M.2-ssd).

Met een dikkere processor en meer werkgeheugen is hij ook geschikt voor meer rekenintensieve toepassingen, van databases tot videotranscodering. Bovendien werkt hij in de basisconfiguratie zowel in ruststand als in gebruik stil en zuinig.

Bekijk hier aanvullende informatie voor de thuisserver bouwen en deel je ervaringen.

(informatie afkomstig uit het artikel van Carsten Spille en Marco den Teuling, c’t magazine 11/2020, p. 102