Домашній кластер з міні-ПК демонструє, як уживане обладнання може стати основою для повноцінної обчислювальної системи. Компактні міні-комп’ютери Lenovo поєднані у кластер із встановленими Ubuntu Server 22.04 та Kubernetes, створюють стабільне середовище для тестів, навчання та експериментів. Стаття розкриває технічні деталі побудови: підбір компонентів, підключення через мережевий комутатор, організацію живлення та системне налаштування. Такий підхід дозволяє знизити витрати, зберегти тишу й енергоефективність без втрати функціональності.
Наприкінці 2021 року виникла ідея створити невеликий домашній обчислювальний кластер – радше з дослідницького інтересу, ніж із практичної потреби. Подібні кластери можуть використовуватися для експериментів, домашнього хостингу чи просто для задоволення від процесу – у цьому випадку мотивацією стала саме цікавість і бажання реалізувати проєкт власними силами.
Під час вивчення досвіду інших швидко з’ясувалося, що більшість ентузіастів будують свої системи на Raspberry Pi. Однак у той період ціни на «малинки» помітно зросли, тому було вирішено знайти більш доступну альтернативу.
Варіант із повноцінним сервером одразу відпав: занадто висока вартість, великі габарити, шум, надмірне енергоспоживання й потужності, що перевищують реальні потреби. Оптимальним рішенням стали міні ПК – компактні, економні й гнучкі пристрої, які чудово підходять для невеликого домашнього кластера.
Міні ПК мають низку властивостей, що роблять їх ідеальними для побудови обчислювальних систем у домашніх умовах:
Компактність. Пристрої займають мінімум місця та легко розміщуються навіть у тісних просторах.
Низьке енергоспоживання. Працюють цілодобово, майже не нагріваючись і не створюючи значних витрат на електроенергію.
Тиша. Більшість моделей обладнано пасивним або дуже тихим охолодженням.
Практичність. Значно дешевші за сервери та зручні для поступового розширення – додати ще один вузол нескладно.
Портативність. При потребі їх легко перемістити або взяти із собою.
Масштабованість. Кожен новий пристрій збільшує загальну потужність – фактично формується власна «хмара».
Гнучкість конфігурацій. Підтримка SSD, гігабітних і навіть 2.5G-мереж, слотів M.2, двох мережевих адаптерів і достатнього обсягу оперативної пам’яті для роботи з контейнерами чи Kubernetes.
Після аналізу пропозицій на ринку оптимальним варіантом стали Lenovo IdeaCentre Q180 та Q190. Модель Q180, хоч і не здатна виконувати серйозні завдання чи працювати як повноцінний кластер Kubernetes, цілком підходить для базових експериментів, навчальних тестів і легких сервісів.
Конфігурація таких пристроїв: Intel Atom D2500/D2700, 4 ГБ DDR3 та HDD на 240–500 ГБ. Цього достатньо для простих сценаріїв, проте обмеження у 4 ГБ пам’яті та слабкий процесор роблять їх малоефективними для навантажених систем. Проте для створення невеликої тестової інфраструктури цього цілком вистачає — наприклад, для розгортання домашнього сайту на WordPress.
Етапи збирання системи відбувалися поступово:
Придбано комутатор TP-Link LS1005G з 5 портами Gigabit Ethernet. Вартість – 549 грн. Вибір зроблено на користь найбюджетнішого рішення.
Отримано кілька міні ПК Lenovo IdeaCentre:
Q180 – 2 шт. по 1 550 грн;
Q190 – 1 шт. за 1 330 грн.
Один Q180 мав несправність HDMI, проте VGA-вихід працював без проблем.
Разом із раніше придбаним пристроєм утворилася конфігурація з чотирьох вузлів:
Q180 – 3 одиниці;
Q190 – 1 одиниця.
Таким чином було сформовано основу компактного, недорогого та майже безшумного домашнього кластера, який дозволяє експериментувати з розподіленими системами й хмарними технологіями в реальних умовах.
Замовлено стійки та гвинти для кріплення жорстких дисків. Витрати склали 530 грн.
Проведено розрахунок живлення – для стабільної роботи системи потрібен блок потужністю не менше 300 Вт із невеликим запасом, оскільки на корпусах міні ПК зазначено споживання 60 Вт кожен.
Сформовано детальний план робіт:
перевірити вимоги до живлення (з урахуванням підключення комутатора);
переробити виходи під роз’єми 5.5×2.5 мм – чотири штуки;
замінити термопасту та очистити систему охолодження;
встановити плати на стійки;
встановити Ubuntu та налаштувати мережеву інфраструктуру.
Було знайдено старий блок живлення ATX на 800 Вт. Після перевірки підтвердилося, що міні ПК працюють від 12 В, тож їх можна безпечно живити безпосередньо від цього джерела.
Плати встановлено на стійки, визначено орієнтовне компонування майбутнього домашнього кластера.
Перероблено систему живлення: придбано 4 автомобільні шнури-зарядки з роз’ємами 2.5×5.5 мм по 70 грн кожен. Це дозволило організувати зручне та безпечне підключення всіх міні ПК до спільного блока живлення, забезпечивши стабільну роботу системи без перевантажень.
Для комутатора кабель йшов у комплекті.
Виготовлено нижній майданчик корпусу та опори з оргскла. Первісна спроба зварити елементи за допомогою розчинника виявилася невдалою, тому для фіксації використано термоклей – він забезпечив достатню міцність і стабільність конструкції при мінімальних витратах часу.
Вирізано та закріплено верхню кришку з оргскла. Конструкція набрала завершеного вигляду – корпус став жорсткішим, а внутрішні компоненти тепер надійно захищені від пилу й механічних пошкоджень.
Кластер повністю зібрано та запущено. Усі чотири міні ПК працюють стабільно під керуванням Ubuntu Server 22.04, об’єднані в єдину мережу та готові до експериментів із розподіленими обчисленнями й хмарними сервісами.
Одну машину Q180 довелося замінити на Q190, оскільки попередній екземпляр мав застарілий BIOS 2011 року, який не підтримував завантаження Ubuntu. Замість розв’язання проблеми було придбано ще один Q190 за 2 000 грн (2 220 грн із доставкою).
Після встановлення Kubernetes кластер запрацював стабільно, підтвердивши працездатність усіх вузлів і мережевої конфігурації.
Загальні витрати на побудову системи склали 9 670 грн, без урахування вартості оргскла та чотирьох кабелів RJ-45, сума за які не збереглася.
Міні ПК виявилися цілком придатними для створення домашніх кластерів. Оптимальна конфігурація залежить від бюджету та цілей, однак саме міні ПК нині мають суттєві переваги над Raspberry Pi та аналогами – як за вартістю, так і за технічними характеристиками.
Бюджетного б/в блока живлення вистачає для живлення чотирьох міні ПК та одного комутатора, хоча цей параметр багато в чому визначається конкретною моделлю пристроїв. У підсумку отримано тихий, економний і функціональний домашній кластер, який чудово підходить для навчання, експериментів і тестування сучасних технологій контейнеризації.
