Build Your Own Home-LAB Part 1. Introduction & Hard Ware

0x01 什么是 Home-LAB？

Home Lab（家用实验室）是指个人或小型团队在自家环境中搭建的实验性计算环境，通常用于学习、实验、开发和测试各种技术、工具和服务。其历史可以追溯到计算机和网络技术的发展以来。

0x02 如何正确选择 Home-LAB 设备

0x02-01 Home-LAB 的组成

$\text{I}$ 网络

上面是一个理想的网络拓扑图

• 超高网络带宽需求（如 NAS，搭配高性能 SSD 可以轻松突破 2.5 Gbps）：建议搭配光纤以太网。虽然对于预算有限的用户来说可能遥不可及，但在资金充足的情况下是最佳选择。
• 一般网络需求：可以考虑电口以太网。
• 无线网络：如果家中没有布设网线，WLAN 也可以作为后备选择。

$\text{II}$ 存储

• NAS 存储：
  • 建议购买单盘大容量的硬盘至少两块，组成 RAID 阵列提高数据安全性。以 RAID 1 为例，仅需两块硬盘，即便其中一块损坏，数据也不会丢失。不过，这种配置会将可用存储空间减半。
  • 在量大管饱的机械硬盘基础上，至少应当购买一块 NVMe 或 M.2 接口的 SSD 作为系统盘，保证操作系统运行的流畅性。
  • 提示：存储不规范，恢复两行泪。
• 计算用途：
  • 可以考虑更大的 SSD 和一块稍小的机械硬盘，但最好不小于 1TB。

$\text{III}$ 电力

• 电源选择：在购买电源时最好留出 $100$ ~ $200 \text W$ 的冗余，方便后期添加设备（如 GPU）。
• UPS 电源：如果所在地区的电力不大稳定，建议购买一台 UPS，保证停电瞬间电力稳定，留足时间让 Home Lab 正常关闭。中到高端产品价格大概在 200 RMB 左右。

血的教训：存储不规范，恢复两行泪

$\text{IV}$ 计算

• 低访问量任务（如低访问量的 Web 服务、挂挂下载）：
  • 选择低功耗、低发热的瘦客户机 CPU，如 Intel Atom 或 Celeron 系列。这类 CPU 性能和功耗都十分优秀，价格也相对较低，非常适合新手。
  • 提示：可以尝试一些性价比高的 CPU，如 Intel N100 或 N150。
• 复杂任务（如搭建 Minecraft 服务器）：
  • 考虑购买单核性能更强的 CPU，虽然功耗较高、发热更大，但为性能带来了质的飞跃。
• 高性能需求：
  • 使用服务器 CPU 也不是不可以。通常，服务器 CPU 的核心数可以达到 50 核心，在这类 CPU 上运行多线程爬虫，宛如开挂般顺滑。

$\text{V}$ 内存

• 容量选择：
  • 对于低访问量任务，如简单的 Web 服务或文件共享，4GB 或 8GB 的内存通常已经足够。
  • 对于复杂任务，如运行多个虚拟机或进行数据密集型计算，建议选择 16GB 或更高容量的内存。
  • 对于高性能需求，如搭建大型数据库或运行高负载应用，32GB 或更高容量的内存是更好的选择。
• 类型选择：
  • DDR4 vs DDR5：目前市场上主流的内存类型是 DDR4 和 DDR5。DDR5 提供更高的频率和更低的功耗，但价格相对较高。根据预算和主板支持情况选择合适的类型。
  • 频率选择：选择与主板兼容的最高频率内存，可以提升系统的整体性能。例如，如果主板支持 DDR4-3200，选择 DDR4-3200 或更高的内存会更好。
• 品牌选择：
  • 建议选择知名品牌的内存条，如 Kingston、Crucial、Corsair 等，这些品牌的产品质量可靠，兼容性好。

0x02-02 如何购买适合自己的 Home-LAB

准系统 / 整机

ARM / RISC-V 设备

优势

• 体积小巧：信用卡大小的体积让它可以无感存在于任何地方，包括弱电箱。
• 价格便宜：作为一台入门级计算机，仅需 $\text ￥ 500$ 上下就可以获得一台 $8 \text{GB}\ \text{RAM}$ 的树莓派电脑。
• 可扩展性强：与传统 PC 的 PCIE 相似，市面上依托于树莓派的 HAT 标准，出现了许多扩展版，甚至可以接入 FPGA。同时，如果你的能力够强，树莓派自带的 GPIO 也可以玩出花。
• 生态支持好：树莓派有活跃的官方玩家社区，同时第三方软件生态也非常完善。在 $2025$ 年 $3$ 月，第 $155$ 期 The MagPi 杂志正式官宣被收编，改名为《树莓派官方杂志》（Raspberry Pi Official Magazine）。

缺陷

• 算力较低：作为一台以计算机基本操作教学为初衷的单板计算机，树莓派的算力并不强悍，但基本够用。

X86（及 X64）面向消费者的小体积设备

优势

• 性能强劲：相较于 ARM 设备，X86 架构通常提供更强大的计算能力，适合运行更复杂的服务和应用。
• 驱动支持好：X86 设备的操作系统和软件兼容性通常更高，特别是在 Windows 和 Linux 系统下。同时，许多新兴的操作系统（如 飞牛 NAS）对 X86 设备的支持也更完善。
• 扩展性：许多小主机提供了更多的扩展槽和接口，可以安装额外的硬盘和内存，以满足不断增长的需求。

缺陷

• 功耗较高：与 ARM 设备相比，X86 设备通常功耗更高，可能会导致运营成本上升。
• 体积较大：虽然小主机比传统 PC 体积小，但仍然比树莓派等单板计算机要大很多。
• 相对来说价格更高：面向消费者的 X86 主机不会比 Laptop 便宜多少，但这同样也意味着性能上的大幅提升。如果您能够负担得起，那么强烈建议选择这类设备（从根源解决算力不足问题）。

X86（及 X64）面向工业控制的设备

优势

• 高稳定性：工控机通常基于工业级别的组件设计，具备抗震动、抗电磁干扰等特性，能够在恶劣环境下可靠运行。这使得它们非常适合在工厂、矿山和其他工业场所使用，对于家庭环境，更是显得游刃有余。
• 低功耗：许多工控机采用低功耗设计，能够在节能的同时满足高性能需求。这对于需要长时间运行的设备尤为重要，可以显著降低电力成本。
• 灵活的配置：X86 工控机通常支持多种扩展卡和模块，用户可以根据具体应用需求选择合适的配置，保障系统的灵活性和适应性。
• 丰富的接口：工控机配备多种接口，如串口、USB、以太网、GPIO 等，便于与各种传感器、执行器和其他控制设备连接。

缺陷

• 算力一般：作为一款性能介于树莓派和消费级 X86 之间的产品，许多高性价比的工控机会采用 Cell（aka 赛扬） CPU。

X86（及 X64）面向商业机构的设备

1. Dell OptiPlex SFF 系列

• 型号推荐：Dell OptiPlex 3020 SFF / 5040 SFF
• 特点：
  • 采用 Intel Core i3/i5/i7 处理器，性能稳定。
  • 提供丰富的 USB 接口，便于连接外设。
  • 支持多种内存扩展和硬盘更换，便于升级。
  • 体积小巧，平放高度大约 2U。

2. HP ProDesk SFF 系列

• 型号推荐：HP ProDesk 400 G1 SFF / 600 G1 SFF
• 特点：
  • 同样配备 Intel Core i3/i5/i7 处理器，可靠性高。
  • 设计简洁，易于维护和升级。
  • 具备良好的散热性能，适合长时间运行。

3. Lenovo ThinkCentre SFF 系列

• 型号推荐：ThinkCentre M83 SFF / M92p SFF
• 特点：
  • 维护成本低廉，配件购买方便。
  • 内部空间优化，支持扩展和升级。
  • 噪音低，适合安静的办公环境。

其他特殊设计的设备

硬盘

• SSD：
  • 推荐选购一块 NVMe 的 SSD 作为系统盘，国产长江存储颗粒的价格低得惊人（PCIE 3.0 128GB 大概 80R）。如果主板上没有 NVMe 接口，可以购买一个 PCIE 转 NVMe 适配器，价格也不高。
  • 如果资金短缺，可以退而求其次，购买 SATA SSD（仅需 40R），但速度会慢一些。
• HDD：
  • 强烈建议购买正规大厂的机械硬盘，有条件尽量不要买二手，以免买到矿盘等低质量硬盘。
  • 如果 Home Lab 选择 $7 \times 24$ 运行，建议选择西部数据红盘、希捷 Enterprise 或 Toshiba 的 NAS 硬盘，这些硬盘专门设计用于全天候通电的服务器和 NAS，稳定性更强。

• 转速：最好购买 $7.2 \text k$ 转速的硬盘，而非 $5.4 \text k$ 转速的硬盘。
• 存储技术：最好是购买氦气填充而非空气填充的硬盘。
• 缓存：如果发现硬盘的缓存超大，那么很有可能是 SMR 叠瓦盘，存取效率极低。建议前往官网查询其采用的是 CMR（垂直盘）还是 SMR（叠瓦盘）。

0x03 总结