Máy chủ AI PCB

PCB máy chủ AI đóng vai trò là nền tảng điện tử cơ bản, kết nối và hỗ trợ bộ xử lý, bộ nhớ, gia tốc và hệ thống quản lý năng lượng cần thiết cho khối lượng công việc tính toán trí tuệ nhân tạo. Trong máy chủ AI, thiết kế PCB giải quyết truyền tín hiệu tốc độ cao, mật độ công suất cao và quản lý nhiệt để đáp ứng nhu cầu của các cụm GPU / TPU và xử lý dữ liệu quy mô lớn.

Máy chủ AI chủ yếu liên quan đến ba loại sản phẩm PCB chính: chất nền GPU thường sử dụng các bảng lớp cao vượt quá 20 lớp; các mô-đun gia tốc AI nhỏ gọn chủ yếu dựa vào HDI 4-5 lớp cho các kết nối mật độ cao; trong khi các bảng chủ CPU truyền thống tạo thành cấu trúc hỗ trợ cơ bản. Khi máy chủ AI trải qua nâng cấp lặp đi lặp lại, các bảng chủ GPU đang chuyển đổi dần dần sang cấu trúc HDI. Xu hướng này đặt HDI tiên tiến là phân khúc phát triển nhanh nhất trong thị trường PCB máy chủ AI trong năm năm tới, với nhu cầu đặc biệt khẩn cấp cho các sản phẩm lớp 4 và cao hơn.

Trong máy chủ, PCB chủ yếu được triển khai trong các thành phần như bảng gia tốc, bảng chủ, backplanes cung cấp điện, backplanes ổ cứng, thẻ giao diện mạng và thẻ riser. Đặc điểm cốt lõi của chúng thể hiện như số lớp cao, tỷ lệ khía cạnh cao, mật độ cao và tỷ lệ truyền tải cao. Khi các nền tảng máy chủ trải qua lặp lại và nâng cấp liên tục, số lớp PCB liên tục tăng lên, đặt ra yêu cầu cao hơn đối với vật liệu, thiết kế và quy trình sản xuất.

Ba mối quan hệ cung cấp quản lý PCB máy chủ AI:

Các lắp ráp bảng GPU được thiết kế hoàn toàn bởi các nhà sản xuất GPU, do đó quyết định các sắp xếp cung cấp PCB.

Các bộ phận bảng CPU tuân thủ các mối quan hệ chuỗi cung ứng của nhà sản xuất máy chủ được thiết lập. Các bảng mang CPU được xác định bởi nhà thiết kế CPU, trong khi các mẫu CPU và các bảng thẻ mở rộng cho hệ thống hoàn chỉnh được xác định bởi khách hàng cuối. Đối với hầu hết các PCB được trang bị chip khác, khách hàng trình bày yêu cầu thiết kế cho các nhà sản xuất thành phần chức năng, sau đó xác định độc lập mua sắm PCB.

• Phụ kiện: Phụ kiện thường được khách hàng mua trực tiếp từ các nhà sản xuất mô-đun thành lập. Trong một số kịch bản, khách hàng có thể đề xuất các yêu cầu thiết kế cụ thể cho các nhà cung cấp mô-đun phụ kiện, mặc dù điều này không ảnh hưởng đến sự tự chủ của nhà cung cấp mô-đun trong các quyết định mua sắm PCB.

Trong nâng cấp nguồn cung cấp máy chủ AI, PCB trải qua cải tiến về vật liệu, quy trình và các khía cạnh khác. Là máy vận chuyển cho các thành phần điện tử, PCB trong nguồn cung cấp điện máy chủ được sử dụng trong các mô-đun như công tắc điện, bộ lọc điện, bộ điều chỉnh điện áp và bộ rửa nhiệt. So với máy chủ mục đích chung, PCB trong nguồn cung cấp điện máy chủ AI có các nâng cấp về vật liệu, kỹ thuật sản xuất và công nghệ.

1) Tăng độ dày đồng để phù hợp với dòng chảy cao hơn: Kết nối PCB dựa vào dấu vết đồng tinh khiết trên chất nền. Foil đồng dày hơn cho phép khả năng mang dòng cao hơn. Giấy đồng chiếm khoảng 9% nguyên liệu thô PCB thượng lưu, trong khi vật liệu lớp phủ đồng chiếm hơn 30%. Giấy đồng cũng là nguyên liệu thô chính cho các lớp phủ đồng, chiếm khoảng 40% chi phí của chúng. Tăng độ dày đồng đồng thời đặt ra yêu cầu cao hơn đối với các quy trình như laminating prepreg giữa các lớp, khoan và mạ điện, làm tăng đáng kể giá trị của các sản phẩm PCB.

2) Nhúng mô-đun điện để tăng mật độ điện: Công nghệ mô-đun điện nhúng PCB giữ tiềm năng hiệu suất to lớn. So với các phương pháp đóng gói truyền thống, các mô-đun công suất nhúng PCB có thể tăng khả năng mang dòng điện cho mỗi chất bán dẫn khoảng 40%, hoặc giảm việc sử dụng chất bán dẫn một phần ba cho đầu ra dòng điện tương đương. Trong điều kiện đầu ra công suất giống nhau, chi phí vật liệu của các mô-đun điện dự kiến ​​sẽ giảm 20%. Mất tổng thể chuyển đổi của bộ biến tần được giảm xuống một phần ba của các sản phẩm bộ biến tần thông thường. Do đó, sự gia tăng tổn thất chuyển đổi do tần số chuyển đổi cao hơn giảm 2/3 so với bộ biến tần truyền thống.

3) Quản lý nhiệt sử dụng vật liệu có độ dẫn nhiệt cao hơn: Độ dẫn nhiệt cao hơn trong vật liệu nền PCB tăng cường sự tiêu tan nhiệt. Nói chung, nhựa thể hiện độ dẫn nhiệt kém, trong khi dấu vết và đường dẫn đồng hoạt động như các chất dẫn nhiệt tuyệt vời. Do đó, các chiến lược quản lý nhiệt chính bao gồm tăng tỷ lệ dư lượng đồng, tăng số lượng đường nhiệt và tăng độ dày đồng bên trong chúng, và nhúng các khối đồng hoặc tấm gốm. Đồng thời, thiết kế định tuyến hợp lý ngăn chặn sự tập trung điểm nóng trên PCB.

Những trở ngại chính đối mặt với PCB máy chủ AI:

Thách thức trong tính toàn vẹn tín hiệu tốc độ cao: Máy chủ AI yêu cầu khả năng kết nối tốc độ cao (chẳng hạn như giao diện PCIe 5.0/6.0, CXL, HBM, v.v.). Trong quá trình truyền tín hiệu chênh lệch tốc độ cao trên PCB, các vấn đề như crosstalk, phản xạ, chậm trễ và mất mát dễ dàng xuất hiện. Hơn nữa, khi số lớp PCB tăng và mật độ định tuyến tăng cường, duy trì tính toàn vẹn tín hiệu và đảm bảo độ trễ thấp ngày càng trở nên thách thức hơn.

Chi phí sản xuất và vật liệu thoát quỹ đạo: PCB máy chủ AI thường yêu cầu chất nền hiệu suất cao, chẳng hạn như vật liệu tốc độ cao với hằng số dielectric thấp (Dk) và yếu tố mất mát thấp (Df), hoặc thậm chí vật liệu lai. Họ cũng yêu cầu số lớp siêu cao (20 lớp trở lên) và sử dụng HDI chính xác và mù / chôn qua các quy trình. Điều này không chỉ làm tăng đáng kể chi phí sản xuất mà còn làm cho tỷ lệ năng suất khó đảm bảo, do đó hạn chế hiệu quả chi phí trong quá trình triển khai quy mô lớn.

Cơ hội phát triển công nghiệp:

Cơ hội được thúc đẩy bởi nhu cầu kết nối tốc độ cao: Để đạt được tính toán tốc độ cao và truyền dữ liệu băng thông lớn, máy chủ AI áp đặt yêu cầu cao hơn trên PCB. Chúng bao gồm các thiết kế đa lớp, tính toàn vẹn tín hiệu tốc độ cao vượt trội và việc sử dụng vật liệu mất mát thấp như tần số cao, chất nền tốc độ cao có hằng số dielectric siêu thấp (Dk) và yếu tố mất mát thấp (Df). Điều này cung cấp cơ hội tăng trưởng cho các PCB tiên tiến như HDI, Substrate-Like Package (SLP), quy trình bán phụ gia sửa đổi (mSAP) và PCB kết nối lớp tùy ý.

Mặc dù phải đối mặt với những thách thức về tính toàn vẹn tín hiệu và chi phí, sự phát triển của PCB máy chủ AI đang được thúc đẩy bởi nhu cầu kết nối tốc độ cao và nâng cấp công nghệ cung cấp điện. Điều này đang đẩy nhanh sự thâm nhập của các sản phẩm tiên tiến, với triển vọng mở rộng thị phần bằng cách cân bằng hiệu suất và chi phí trong tương lai.