AI сервер PCB

ИИ-серверные платы служат фундаментальной электронной платформой, подключающей и поддерживающей процессоры, память, ускорители и системы управления энергией, необходимые для вычислительных нагрузок искусственного интеллекта. В рамках серверов ИИ конструкция PCB учитывает высокоскоростную передачу сигнала, высокую плотность мощности и тепловое управление для удовлетворения требований кластеров GPU / TPU и крупномасштабной обработки данных.

Серверы ИИ в основном включают три ключевые категории продуктов PCB: субстраты GPU обычно используют высокослойные платы, превышающие 20 слоев; компактные модули ускорителя ИИ в основном полагаются на 4-5-слойный HDI для взаимосоединений высокой плотности; в то время как традиционные CPU-материнские платы образуют фундаментальную структуру поддержки. По мере того как серверы ИИ подвергаются итеративным обновлениям, материнские платы GPU постепенно переходят к структурам HDI. Эта тенденция позиционирует передовый HDI как самый быстрорастущий сегмент на рынке PCB серверов ИИ в течение следующих пяти лет, с особенно острым спросом на продукты 4-го слоя и выше.

В серверах ПХД в основном развернуты в таких компонентах, как ускорительные платы, материнские платы, задние платы питания, задние платы жестких дисков, карты сетевого интерфейса и карты подъема. Их основные характеристики проявляются в виде высокого количества слоев, высоких соотношений аспектов, высокой плотности и высоких скоростей передачи. По мере того как серверные платформы подвергаются непрерывной итерации и модернизации, количество слоев ПХД постоянно увеличивается, что налагает более высокие требования к материалам, проектированию и производственным процессам.

Три отношения поставки регулируют серверные ПХБ ИИ:

Комплекты плат GPU полностью разработаны производителями GPU, которые, следовательно, диктуют механизмы поставки PCB.

Комплекты плат процессора придерживаются установленных отношений цепочки поставок производителя сервера. Платы-носители процессора определяются конструктором процессора, в то время как шаблоны процессора и карты расширения для всей системы определяются конечным заказчиком. Для большинства других ПХД, оснащенных чипами, заказчик представляет требования к проектированию производителям функциональных компонентов, которые затем самостоятельно определяют закупку ПХД.

• Аксессуары: аксессуары обычно покупаются непосредственно клиентами у установленных производителей модулей. В некоторых сценариях клиенты могут предложить поставщикам модулей аксессуаров конкретные требования к проектированию, хотя это не влияет на автономию поставщика модуля в решениях о закупке ПХД.

При модернизации источника питания сервера ИИ ПХД подвергаются улучшениям в материалах, процессах и других аспектах. В качестве носителя электронных компонентов, ПХД в серверных источниках питания используются в таких модулях, как переключатели питания, фильтры питания, регуляторы напряжения и теплоотводники. По сравнению с серверами общего назначения, ПХД в источниках питания серверов ИИ имеют модернизации материалов, производственных методов и технологий.

1) Повышенная толщина меди для удовлетворения более высоких токов: взаимосоединения ПХД полагаются на чистые медные следы на подложке. Более толстая медная фольга позволяет более высокую несущую способность тока. На медную фольгу приходится примерно 9% сырья для ПХД, в то время как на медные ламинатные материалы приходится более 30%. Медная фольга также является основным сырьем для медных ламинатов, составляющих около 40% их стоимости. Увеличение толщины меди одновременно налагает более высокие требования к таким процессам, как ламинирование препрега между слоями, бурение и галванизация, значительно повышая стоимость продуктов ПХД.

2) Встроенные модули мощности для повышения плотности мощности: технология встроенного модуля мощности PCB обладает огромным потенциалом производительности. По сравнению с традиционными методами упаковки, встроенные в ПХД модули мощности могут увеличить пропускную способность тока на полупроводник примерно на 40% или сократить использование полупроводников на треть для эквивалентного выхода тока. При одинаковых условиях выхода мощности стоимость материалов модулей электроэнергии, как ожидается, снизится на 20%. Общие потери переключения инвертора снижаются до одной трети обычных инверторных продуктов. Следовательно, увеличение потерь переключения в результате более высоких частот переключения уменьшается на две трети по сравнению с традиционными инверторами.

3) Тепловое управление использует материалы с превосходной теплопроводностью: Высшая теплопроводность в материалах подложки PCB повышает рассеивание тепла. Как правило, смолы демонстрируют плохую теплопроводность, в то время как следы медной фольги и vias выступают в качестве отличных теплопроводников. Следовательно, ключевые стратегии управления теплом включают увеличение количества остатков меди, увеличение количества тепловых протоколов и увеличение толщины меди внутри них, а также встраивание медных блоков или керамических пластин. Одновременно рациональная конструкция маршрутизации предотвращает концентрацию горячих точек на ПХД.

Ключевые препятствия, с которыми сталкиваются ПХБ серверов ИИ:

Проблемы в целостности высокоскоростного сигнала: серверы ИИ требуют высокоскоростных возможностей взаимосоединения (таких как интерфейсы PCIe 5.0/6.0, CXL, HBM и т. д.). Во время высокоскоростной дифференциальной передачи сигнала на ПХД легко возникают такие проблемы, как перекрестный разговор, отражения, задержки и потери. Более того, по мере увеличения количества слоев ПХД и интенсификации плотности маршрутизации поддержание целостности сигнала и обеспечение низкой задержки становится все более сложным.

Экзорбитантные материалы и производственные затраты: ПХД серверов ИИ обычно требуют высокопроизводительных субстратов, таких как высокоскоростные материалы с низкой диэлектрической константой (Dk) и низким коэффициентом потерь (Df), или даже гибридные материалы. Они также требуют сверхвысокого количества слоев (20 слоев и выше) и используют точный HDI и слепые / погребенные через процессы. Это не только значительно увеличивает производственные затраты, но и затрудняет гарантию урожайности, что ограничивает экономическую эффективность при крупномасштабном развертывании.

Возможности развития промышленности:

Возможности, обусловленные спросом на высокоскоростное взаимосоединение: Для достижения высокоскоростных вычислений и передачи данных с большой пропускной способностью серверы ИИ налагают более высокие требования к PCB. К ним относятся многослойные конструкции, превосходная целостность высокоскоростного сигнала и использование материалов с низкими потерями, таких как высокочастотные, высокоскоростные подложки с ультранизкой диэлектрической константой (Dk) и низким коэффициентом потерь (Df). Это представляет возможности роста для передовых ПХД, таких как HDI, Пакет, подобный субстрату (SLP), модифицированный полуаддитивный процесс (mSAP) и ПХД с произвольным слоем взаимосоединения.

Несмотря на проблемы, связанные с целостностью сигнала и затратами, развитие ПХП серверов ИИ стимулируется требованиями к высокоскоростному взаимосоединению и модернизацией технологии питания. Это ускоряет проникновение передовых продуктов, с перспективами увеличения доли рынка за счет баланса производительности и затрат в будущем.