PCB serveur AI

Les PCB serveurs d’IA servent de plateforme électronique fondamentale, connectant et prenant en charge les processeurs, la mémoire, les accélérateurs et les systèmes de gestion de l’énergie nécessaires pour les charges de travail informatiques d’intelligence artificielle. Au sein des serveurs AI, la conception de PCB répond à la transmission de signal à grande vitesse, à la densité de puissance élevée et à la gestion thermique pour répondre aux exigences des grappes GPU / TPU et du traitement de données à grande échelle.

Les serveurs AI impliquent principalement trois catégories de produits clés de PCB: les substrats GPU utilisent généralement des cartes à couche haute dépassant 20 couches; les modules d'accélérateur d'IA compacts reposent principalement sur le HDI de 4 à 5 couches pour les interconnexions à haute densité; tandis que les cartes mères CPU traditionnelles forment la structure de support fondamentale. Alors que les serveurs AI subissent des mises à niveau itératives, les cartes mères GPU transitent progressivement vers des structures HDI. Cette tendance positionne HDI avancé comme le segment à la croissance la plus rapide sur le marché des PCB serveurs AI au cours des cinq prochaines années, avec une demande particulièrement urgente de produits de 4e couche et supérieurs.

Au sein des serveurs, les PCB sont principalement déployés dans des composants tels que les cartes accélérateurs, les cartes mères, les backplanes d'alimentation, les backplanes de disques durs, les cartes d'interface réseau et les cartes ascendantes. Leurs caractéristiques fondamentales se manifestent en nombre élevé de couches, rapports d'aspect élevés, densité élevée et taux de transmission élevés. Alors que les plateformes serveurs subissent une itération et des mises à niveau continues, le nombre de couches de PCB augmente constamment, imposant des exigences plus élevées sur les matériaux, la conception et les processus de fabrication.

Trois relations d'approvisionnement régissent les PCB serveur AI:

Les assemblages de cartes GPU sont entièrement conçus par les fabricants de GPU, qui dictent par conséquent les arrangements d'alimentation des PCB.

Les assemblages de cartes CPU adhèrent aux relations établies de la chaîne d'approvisionnement des fabricants de serveurs. Les cartes porteuses de CPU sont déterminées par le concepteur de CPU, tandis que les modèles de CPU et les cartes d'expansion pour le système complet sont spécifiés par le client final. Pour la plupart des autres PCB équipés de puces, le client présente les exigences de conception aux fabricants de composants fonctionnels, qui déterminent ensuite indépendamment l'achat des PCB.

• Accessoires: Les accessoires sont généralement achetés directement par les clients auprès de fabricants de modules établis. Dans certains scénarios, les clients peuvent proposer des exigences de conception spécifiques aux fournisseurs de modules d'accessoires, bien que cela n'affecte pas l'autonomie du fournisseur de modules dans les décisions d'achat de PCB.

Dans les mises à niveau d'alimentation des serveurs AI, les PCB subissent des améliorations dans les matériaux, les processus et d'autres aspects. En tant que porteur de composants électroniques, les PCB des sources d'alimentation serveurs sont utilisés dans des modules tels que les interrupteurs d'alimentation, les filtres d'alimentation, les régulateurs de tension et les dissipateurs de chaleur. Par rapport aux serveurs à usage général, les PCB des alimentations de serveurs AI présentent des améliorations dans les matériaux, les techniques de fabrication et la technologie.

1) Épaisseur de cuivre accrue pour accueillir des courants plus élevés: les interconnexions PCB reposent sur des traces de cuivre pur sur le substrat. Une feuille de cuivre plus épaisse permet une capacité de transport de courant plus élevée. La feuille de cuivre représente environ 9 % des matières premières en amont des PCB, tandis que les matériaux stratifiés recouverts de cuivre représentent plus de 30 %. La feuille de cuivre est également une matière première pour les stratifiés recouverts de cuivre, représentant environ 40% de leur coût. L'augmentation de l'épaisseur du cuivre impose simultanément des exigences plus élevées sur des procédés tels que la stratification préimprégnée entre les couches, le forage et l'électroplastage, augmentant considérablement la valeur des produits PCB.

2) Incorporation de modules de puissance pour améliorer la densité de puissance: la technologie de module de puissance intégré PCB détient un potentiel de performance immense. Par rapport aux méthodes d'emballage traditionnelles, les modules de puissance intégrés aux PCB peuvent augmenter la capacité de transport de courant par semi-conducteur d'environ 40%, ou réduire l'utilisation des semi-conducteurs d'un tiers pour une sortie de courant équivalente. Dans des conditions de sortie de puissance identiques, le coût matériel des modules de puissance devrait diminuer de 20 %. Les pertes globales de commutation de l'onduleur sont réduites à un tiers des produits d'onduleur classiques. Par conséquent, l'augmentation des pertes de commutation résultant de fréquences de commutation plus élevées est réduite de deux tiers par rapport aux onduleurs traditionnels.

3) La gestion thermique emploie des matériaux avec une conductivité thermique supérieure: une conductivité thermique plus élevée dans les matériaux de substrat de PCB améliore la dissipation de chaleur. En général, les résines présentent une faible conductivité thermique, tandis que les traces de feuille de cuivre et les vias agissent comme d'excellents conducteurs thermiques. Par conséquent, les stratégies clés de gestion thermique comprennent l'augmentation des taux de résidus de cuivre, l'augmentation du nombre de vias thermiques et l'amélioration de l'épaisseur du cuivre à l'intérieur d'eux, et l'intégration de blocs de cuivre ou de plaques céramiques. En même temps, la conception rationnelle du routage empêche la concentration des points chauds sur le PCB.

Les principaux obstacles rencontrés par les PCB serveur AI :

Défis en matière d'intégrité du signal à grande vitesse : les serveurs d'IA nécessitent des capacités d'interconnexion à grande vitesse (telles que les interfaces PCIe 5.0/6.0, CXL, HBM, etc.). Lors de la transmission de signal différentiel à grande vitesse sur les PCB, des problèmes tels que le crosstalk, les réflexions, les retards et les pertes émergent facilement. De plus, à mesure que le nombre de couches de PCB augmente et que la densité de routage s'intensifie, le maintien de l'intégrité du signal et l'assurance d'une faible latence deviennent progressivement plus difficiles.

Matériaux exorbitants et coûts de fabrication: les PCB serveurs AI nécessitent généralement des substrats à haute performance, tels que des matériaux à grande vitesse avec une constante diélectrique faible (Dk) et un facteur de perte faible (Df), ou même des matériaux hybrides. Ils exigent également des comptes de couches ultra-élevés (20 couches et plus) et utilisent des procédés de précision HDI et aveugle / enterré. Cela non seulement augmente considérablement les coûts de fabrication, mais rend également les taux de rendement difficiles à garantir, limitant ainsi l'efficacité des coûts lors d'un déploiement à grande échelle.

Opportunités de développement industriel :

Opportunités tirées de la demande d'interconnexion à grande vitesse: Pour réaliser des calculs à grande vitesse et la transmission de données à grande bande passante, les serveurs d'IA imposent des exigences accrues aux PCB. Ceux-ci comprennent des conceptions multi-couches, une intégrité supérieure du signal à haute vitesse et l'utilisation de matériaux à faible perte tels que des substrats à haute fréquence et à haute vitesse présentant une constante diélectrique ultra-basse (Dk) et un facteur de perte faible (Df). Cela présente des opportunités de croissance pour les PCB avancés tels que le HDI, le Substrate-Like Package (SLP), le processus semi-additif modifié (mSAP) et les PCB à interconnexion à couche arbitraire.

Malgré les défis liés à l'intégrité du signal et aux coûts, le développement des PCB serveurs AI est propulsé par les exigences d'interconnexion à grande vitesse et les mises à niveau de la technologie d'alimentation électrique. Cela accélère la pénétration de produits avancés, avec des perspectives d'accroissement de la part de marché en équilibrant les performances et les coûts à l'avenir.