Hacker entwickelt Mod, der ein M1 Mac mini statt über Strom per Ethernet versorgt

 (inferse.com)
6 Punkte von GN⁺ 2023-08-03 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Ein so modifizierter M1 Mac mini, dass er mit dem Power over Ethernet (PoE)-Protokoll arbeitet, kann statt mit dem bisherigen AC-Adapter allein über ein Ethernet-Kabel mit Strom versorgt werden
  • Für den Umbau wurde der Ethernet-Port des M1 Mac mini ausgelötet (de-soldered) und anschließend so verändert, dass er die Stromübertragung unterstützt
  • Mit einem MagJack-Stecker, einigen Bauteilen und einem Standardmodul kommuniziert das System mit einem PoE-Switch und wandelt die Spannung auf 12 V um
  • Die Stromversorgung über den AC-Adapter wurde nicht deaktiviert, daher könnte PoE als zusätzliche Stromquelle genutzt werden
  • Die Energieeffizienz von Apple Silicon schafft geeignete Voraussetzungen für PoE-Tests; zudem richtet sich der Blick auf eine mögliche Ausweitung auf andere Mac-Modelle

Hintergrund des Umbaus

  • Apple setzt strenge Software-Beschränkungen ein, um Änderungen an der Funktionsweise der Hardware zu verhindern
  • Ein Systemingenieur und Hardware-Hacker nahm die Herausforderung selbst an und modifizierte einen M1 Mac mini so, dass er über das PoE-Protokoll betrieben werden kann

Umbauprozess

  • Der Ethernet-Port des M1 Mac mini wurde ausgelötet, danach wurde das kompakte Gehäuse so verändert, dass es die Stromübertragung unterstützt
  • Für den Umbau sind die nötigen Bauteile und ein MagJack-Stecker erforderlich
    • Mit einem Standardmodul (off-the-shelf module) kommunizieren die Komponenten mit dem PoE-Switch
    • Die Stromversorgung wird auf 12 V umgewandelt
  • Der gesamte Umbauprozess soll schriftlich dokumentiert und veröffentlicht werden; anschließend ist auch ein Video geplant
    • Das Projekt erhielt siebenmal mehr Resonanz als erwartet

Redundante Stromversorgung und Grenzen

  • Beim PoE-Betrieb des M1 Mac mini könnten gewisse Einschränkungen bestehen (laut AppleInsider)
  • Deshalb wurde die Stromversorgung über den normalen AC-Adapter nicht deaktiviert
    • Das bedeutet, PoE dürfte als zusätzliche Stromquelle eingesetzt werden

Stromverbrauch und PoE-Durchsatz

  • Dank der Energieeffizienz von Apple Silicon eignet sich der M1 Mac mini gut für PoE-Tests
    • Im Leerlauf verbraucht er nur 6 W
    • Unter Last steigt der Stromverbrauch auf bis zu 40 W
  • Der maximale Durchsatz von Power over Ethernet wurde bei verschiedenen Spannungen mit 15,4 W angegeben; ein Detail, das bei der Veröffentlichung auf Twitter nicht erwähnt wurde

Ausblick

  • Weitere Informationen zum Umbau sollen später veröffentlicht werden
  • Dann könnte sich auch zeigen, wo die Grenzen von PoE liegen und ob andere Mac-Modelle mit Ethernet-Port denselben Umbau unterstützen können

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2023-08-03
Meinungen auf Hacker News

  • Da die Website wegen des HN-Traffics fast zusammengebrochen zu sein scheint, hier ein Cache-Link zum Artikel
    https://web.archive.org/web/20230801195510/https://www.infer...

  • Der M1 Mac mini braucht im Leerlauf 6 W und unter Last bis zu 40 W; da die maximale Leistung des ursprünglichen PoE 15,4 W beträgt, müsste man letztlich wohl auf 802.3bt (PoE++) mit 60 W gehen
    Trotzdem ein cooles Projekt. Ich wollte den Mac Mini M1 schon einmal so umbauen, dass er über USB-C PD läuft; da er denselben PD-IC wie das MacBook verwendet, den CD3217, könnte das möglich sein, und vielleicht ließe er sich am Ende sogar mit einer Powerbank betreiben

    • Kleine Korrektur: 802.3bt hat 51 W (Type 3) bzw. 71 W (Type 4) hinzugefügt. 60 W ist keine standardisierte Leistungsstufe. Einige Switches unterstützen mit PoH bis zu 95 W pro Port
    • Ich frage mich, was das Ziel ist, einen Mac Mini mit einem externen Akku zu betreiben. Es wirkt weniger kosteneffizient, als ein MacBook Air zu kaufen und den Bildschirm nicht zu verwenden
    • Ich habe vor, das mit einem übrig gebliebenen Mac mini und einem POE++-Switch, der die vollen 60 W liefert, auszuprobieren. Schon mit einem ziemlich gewöhnlichen POE-Splitter von POE Texas sollte sich vermutlich tatsächlich 60 W bereitstellen lassen
      Der Injektor, den ich wahrscheinlich verwenden werde, ist dieser hier: https://shop.poetexas.com/collections/splitters/products/gbt...
    • Es wirkt etwas sinnlos, eines der am stärksten abgeschotteten Geräte auf diese Weise umzubauen. Ich frage mich, was an diesem Projekt gut ist. Stört ein zusätzliches Kabel wirklich so sehr?
      Ich habe selbst Projekte, die von außen sinnlos aussehen, die man aber „einfach machen muss“; deshalb frage ich, weil ich es verstehen will, nicht um daran herumzukritteln
    • Wenn PD nicht geht, kann man ein Akkupack bauen, das sich selbst per USB-PD lädt und 12 V ausgibt. Das interne Netzteil des Mini scheint 120/240 V aufzunehmen und nur 12 V auszugeben

  • Ich habe den internen AC-Adapter des Mac Mini M1 umgangen, ihn mit 12 V DC versorgt und ihn in Experimenten mit einem vierbeinigen Roboter eingesetzt
    Details zum Steckverbinder gibt es hier: https://www.ifixit.com/Answers/View/574827/What+PSU+connecto...
    Dieser Beitrag erwähnt den Mac Mini 2018, aber Steckverbinder und Pinbelegung funktionieren auch beim Mac Mini M1 gut

  • In großen Büros habe ich mir schon oft gedacht, dass es eine ziemliche Verbesserung sein könnte, wenn man den Strom vorab umwandelt und verteilt, statt in jeden Computer und jeden Monitor ein Netzteil einzubauen.
    Heutige neue Beleuchtung ist ohnehin komplett LED, und ich frage mich auch, warum man in neuen Häusern nicht die meisten gefährlichen 230-V-Steckdosen durch 12 V ersetzt und 230 V nur noch für Dinge wie Geschirrspüler, Waschmaschine und Trockner nutzt. Ich habe ein paar Jahre Elektrotechnik studiert, kenne mich aber mit Stromverteilung nicht gut aus, und ich glaube, ich verstehe, warum man bei der Fernübertragung zur Verlustreduzierung Höchstspannung verwendet.

    • Bei gleicher Leistung lassen sich Spannung und Stromstärke bis zu einem gewissen Grad umgekehrt proportional anpassen, aber niedrige Spannung bei hoher Stromstärke verursacht Probleme. Es gibt Spannungsabfall, und man braucht dickere Leiter.
      Deshalb verwenden Dinge wie PoE oder Audio-Phantomspeisung oft 48 V statt niedrigerer Spannungen.
    • Viele IP-Telefone nutzen PoE.
      Ubiquiti hat früher auch einmal PoE-Bürobeleuchtung verkauft; interessanterweise ist sie inzwischen eingestellt: https://www.bhphotovideo.com/c/product/1431160-REG/ubiquiti_...
    • Auch im Haushalt gibt es weiterhin viele Anwendungen, die höhere Spannung brauchen. Genau genommen geht es um Leistung, aber vermutlich ist nicht gemeint, bei 12 V mit hohen Strömen zu arbeiten. Dazu zählen Staubsauger, Haartrockner und tragbare Geräte, die Wärme erzeugen.
      Ein Haus hauptsächlich mit Niedervolt-Steckdosen zu bauen, könnte für die Bewohner ziemlich frustrierend sein. Ich frage mich auch, ob die Gefährlichkeit von 230 V heutzutage tatsächlich noch relevant ist. Wie viele Brände oder Verletzungen gäbe es wohl nicht, wenn es Niederspannung wäre?
    • Ich stelle mir eine Zukunft vor, in der alles über USB-C und USB-PD läuft. Schon heute ließe sich das meiste, abgesehen von Dingen wie Kühlschränken und Waschmaschinen in Küche und Bad, mit maximal 240 W betreiben; in Büros dürfte das erst recht gelten.
      Das wäre viel effizienter und sicherer als der heutige Ansatz, aber ich weiß nicht, wie realistisch das ist.
    • In Bürogeräten gibt es heute eigentlich keine „Transformatoren“ mehr, sondern durchweg Schaltnetzteile. Sie arbeiten so, dass sie einen Ausgangspuffer (Kondensator oder Induktivität) haben und einen Schalter schnell ein- und ausschalten, um die Zielspannung zu halten.
      Liegt der Ausgangspuffer unter der Zielspannung, wird der Schalter geschlossen, um die Spannung zu erhöhen; steigt sie über die Zielspannung, wird der Schalter geöffnet, und der Puffer liefert Energie, während die Spannung sinkt. Das passiert tausende bis millionenfach pro Sekunde, und moderne AC/DC- wie DC/DC-Netzteile funktionieren nach demselben Prinzip.
      Das Problem bei diesem Plan ist das Ohmsche Gesetz. Leitungen sind nicht perfekt, sie haben einen Widerstand, und bei V=IR ist der Leitungswiderstand konstant, während V die in der Leitung verlorene Spannung ist. Will man Verluste verringern, muss man den Strom I senken, und um dieselbe Leistung beizubehalten, muss man die Spannung erhöhen.
      Wenn vom zentralen Transformator bis zum Computer zwei 14-AWG-Kupferleitungen über 100 Fuß führen, beträgt der Gesamtwiderstand etwa 0,5 Ω. Um einen 120-W-Computer mit 12 V zu versorgen, braucht man 10 A, und der Spannungsverlust in der Leitung beträgt 10 A      0,5 Ω=5 V. Selbst wenn man 12 V einspeist, kommen nur 7 V an, und im Kabel werden 50 W verheizt.
      Um die gewünschten 12 V zu erhalten, müsste man 17 V bei 10 A einspeisen, also 170 W für einen 120-W-Computer. Außerdem hätte man dann das Problem, dass ein Computer mit einem 3-Fuß-Kabel eine viel zu hohe Spannung bekommt.
      Erhöht man die Leitungsspannung auf 120 V und senkt sie im Computer auf 12 V ab, muss nur 1 A fließen, und der Spannungsverlust in der Leitung beträgt 0,5 V, also nur 0,5 W Leistungsverlust. Das ist völlig akzeptabel, und da der Computer die Spannung ohnehin herabsetzt, muss man sich nicht darum kümmern, ob er statt 120 V nur 119,5 V erhält.
      Dann braucht man am Ende aber wieder in jedem Computer ein Netzteil. Man ersetzt im Grunde nur die AC/DC-Netzteile pro Computer durch ähnliche DC/DC-Netzteile und gewinnt nicht viel. Durch die zentrale AC/DC-Wandlung könnte es einen kleinen Vorteil geben, aber in der Praxis ist er wahrscheinlich nicht groß genug, um relevant zu sein. Wertvoll ist das eher dann, wenn die Stromquelle von vornherein DC ist, etwa bei Solaranlagen auf dem Dach.
      Man kann auch dickere Kabel verwenden, aber um bei 10 A denselben Verlust von 0,5 W zu erreichen, bräuchte man eine Leitung mit 0,005 Ω Widerstand. Das entspräche zum Beispiel zwei parallel geführten 0000-AWG-Leitern.

  • Der Artikel enthält so viele Tippfehler, dass es schwer ist, der Aussage zu folgen. Entscheidend ist, was passiert, wenn das Gerät mehr als 15,4 W benötigt.
    Wenn es im realen Einsatz nicht stabil funktioniert, ist es deutlich weniger interessant. Außerdem wäre es spannender, wenn die vollständige Teileliste der im Gerät zusätzlich verbauten Komponenten veröffentlicht würde, die das ermöglichen.
    Nachtrag: Dank @ravetcofx, der erklärt hat, wie man über PoE mehr Leistung übertragen kann, habe ich es verstanden: https://news.ycombinator.com/item?id=36962808

    • Im Twitter-Thread gibt es weitere Details, darunter eine Tabelle der PoE-Standards.
      https://twitter.com/Merocle/status/1686093369322176512
      Wenn das Gerät mehr als 15,4 W benötigt, sinkt die Spannung, und vermutlich stürzt das Gerät ab.
    • Der Artikel spricht von „POE“ und scheint anzunehmen, dass der Ersteller nur das ursprüngliche frühe PoE unterstützt. Tatsächlich hat er wahrscheinlich einen PoE+- oder PoE++-Adapter verwendet, der höhere Leistungen unterstützt.

  • Die eigentliche Quelle, auf die sich der Artikel bezieht, scheint dieser Tweet-Thread zu sein: https://twitter.com/Merocle/status/1686093369322176512

  • Ich habe vor Jahren versehentlich eine aktive 24-V-Passive-PoE-Verbindung in einen Mac Mini von 2012 gesteckt und ihn sofort gegrillt, daher finde ich solche Nachrichten erfreulich.

    • Ich dachte, die meisten Geräte seien heutzutage isoliert.

  • Merocle ist auch der Entwickler des Raspberry Pi Blade.
    https://www.kickstarter.com/projects/uptimelab/compute-blade

  • Ich finde, PoE wird gemessen an dem, was damit möglich wäre, massiv zu wenig genutzt. Es gibt viele Fälle, in denen sowohl Netzwerk als auch Strom benötigt werden; wenn man eine Ein-Kabel-Lösung will, landet man am Ende oft beim Kampf mit Funk
    Heutiges WLAN ist in vielen Situationen ziemlich zuverlässig, hat aber weiterhin Probleme mit Störungen und komplexer Einrichtung. Drahtlose Lautsprechersysteme wie Sonos wirken wie ein offensichtlicher PoE-Anwendungsfall, der noch nicht umgesetzt wurde
    Ivans Projekt ist großartig, besonders beeindruckend ist der stabile und nahtlose Wechsel zwischen AC und PoE[0]
    [0] https://twitter.com/Merocle/status/1686093369322176512

    • Wenn im ganzen Haus oder Gebäude Ethernet-Kabel verlegt sind, ergibt PoE Sinn. Beim Sonos-Beispiel haben aber mehr als 99,9 % der Leute zu Hause keine Ethernet-Kabel in allen Räumen
      Stattdessen gibt es normale Steckdosen und WLAN. Trotzdem bin ich dafür, Ethernet-Verkabelung in jedem Raum zu verlegen, aber das dürfte wohl eher nur bei Neubauten realistisch sein

  • Das scheint die maximale Dauerleistungsangabe von 150 W einfach zu ignorieren. Der Mini kann an jedem Thunderbolt-Port 15 W und über die zwei USB-Ports zusätzlich 15 W liefern
    Selbst ohne den Eigenverbrauch des Mini ist man damit bereits nahe an der für jeden PoE++-Endpunkt garantierten Grenze von 51 W