In het huidige tijdperk van bloeiende ontwikkeling van kunstmatige intelligentie hebben AI-servers, als de belangrijkste drager van intelligent computergebruik, een directe impact op de prestaties van AI-toepassingen. En pcb, het fundamentele onderdeel van elektronische apparaten, is cruciaal in AI-servers.
De strenge prestatie-eisen van AI-servers voor printplaten. Hoge eisen aan gegevensoverdracht
AI-servers zijn verantwoordelijk voor het verwerken van enorme hoeveelheden gegevens en het uitvoeren van complexe computertaken, waardoor de snelheid van gegevensoverdracht een belangrijke prestatie-indicator is. Als we AI-modeltraining als voorbeeld nemen: er moet in korte tijd regelmatig een grote hoeveelheid gegevens worden uitgewisseld tussen chips, geheugen en opslagapparaten. Op dit punt moet de printplaat ervoor zorgen dat het datasignaal stabiel en nauwkeurig is tijdens transmissie met hoge- frequentie en hoge- snelheid, waarbij signaalverzwakking en vervorming wordt vermeden. Om dit doel te bereiken moeten printplaten een lage diëlektrische constante en lage verliesfactorkarakteristieken hebben om signaaltransmissieverliezen te verminderen. Ondertussen is nauwkeurige impedantiecontrole onmisbaar. Alleen door te zorgen voor impedantie-aanpassing van het signaaloverdrachtspad kan signaalreflectie worden voorkomen en kan worden gegarandeerd dat de gegevensoverdracht nauwkeurig en foutvrij is.
Efficiënte warmteafvoervereisten
De talrijke hoogwaardige-chips in de AI-server genereren tijdens bedrijf een aanzienlijke hoeveelheid warmte. Als de warmteafvoer niet op tijd plaatsvindt, zal de hoge temperatuur van de chip leiden tot prestatievermindering en zelfs hardwareschade. Wanneer u bijvoorbeeld in een GPU-cluster werkt, kunnen meerdere GPU-chips die samen werken ervoor zorgen dat de lokale temperatuur boven de 120 graden stijgt. Daarom moeten printplaten de verantwoordelijkheid op zich nemen voor een efficiënte warmteafvoer. Dit vereist het gebruik van materialen met een hoge thermische geleidbaarheid, zoals aluminiumsubstraten (met een thermische geleidbaarheid tot 2,0 W/m · K), of ingebedde koperen blokken om de warmteafvoercapaciteiten te verbeteren. Tegelijkertijd wordt via redelijke warmtedissipatiekanalen, zoals het opzetten van warmtedissipatiegaten, warmtedissipatielagen, enz., de warmte snel naar het koellichaam geleid om een stabiele werking van de chip op een geschikte temperatuur te behouden.
Vereisten voor circuitlay-out met hoge dichtheid
Met de ontwikkeling van AI-technologie blijft de integratie van elektronische componenten in AI-servers toenemen. Printplaten moeten binnen een beperkte ruimte dichtere circuitlay-outs realiseren om te voldoen aan de eisen van het toenemende aantal componenten en de functionele complexiteit. Dit is hetzelfde als het plannen van meer wegen en gebouwen binnen een beperkte stedelijke ruimte, waarbij zowel een compacte lay-out als -interferentie tussen verschillende lijnen en componenten wordt gegarandeerd. Kleine AI-acceleratormodules maken bijvoorbeeld vaak gebruik van 4-5 orde HDI-technologie, die de bedradingsdichtheid aanzienlijk vergroot, de printplaatgrootte verkleint en de stabiliteit van de signaaloverdracht garandeert via microgaten, blinde gaten en ondergrondse gaten.
De sleutelrol van pcb in AI-servers
Fysieke ondersteuning en elektrisch verbindingsplatform
pcb biedt solide fysieke ondersteuning voor verschillende elektronische componenten in AI-servers, net als de fundering van een gebouw. Tegelijkertijd bouwt het een elektrisch verbindingsnetwerk op tussen componenten, waarbij belangrijke componenten zoals CPU, GPU, geheugen en opslag nauw met elkaar worden verbonden, zodat ze kunnen samenwerken. Vanuit macro-perspectief zijn de datasignaaloverdracht, de stroomverdeling en het beheer tussen verschillende componenten binnen de server allemaal afhankelijk van de printplaat. Verschillende componenten hebben verschillende vereisten voor signaaloverdracht, en printplaten voldoen aan deze uiteenlopende behoeften door middel van een zorgvuldige circuitindeling en signaaloverdrachtspaden, waardoor de gecoördineerde werking van het hele serversysteem wordt gegarandeerd.
Gegevenssignaaloverdracht en energiebeheer
In termen van datasignaaloverdracht is pcb verantwoordelijk voor het nauwkeurig en snel verzenden van datasignalen gegenereerd door verschillende componenten naar de doelcomponent. De gegevens die door de CPU worden verwerkt, moeten bijvoorbeeld via de pcb of naar de GPU naar de geheugenopslag worden verzonden voor verdere berekening. Tijdens dit proces moet de printplaat de integriteit en stabiliteit van het signaal waarborgen. Op het gebied van energiebeheer is pcb verantwoordelijk voor het stabiel distribueren van stroom naar verschillende componenten, waarbij ervoor wordt gezorgd dat elke component de juiste spanning en stroom ontvangt. Tegelijkertijd kunnen door de stroom- en aardlagen redelijk te rangschikken, stroomruis en elektromagnetische interferentie worden verminderd, waardoor een goede elektrische omgeving voor signaaloverdracht ontstaat.
Geavanceerde materialen en technologieën die aan de vraag voldoen
Materialen en processen voor hoge-transmissie
Om tegemoet te komen aan de vraag van AI-servers voor hoge-transmissie van printplaten heeft de industrie een reeks geavanceerde materialen toegepast. Polytetrafluorethyleen en keramische vulmaterialen zijn ideale keuzes voor hoog-toepassingen vanwege hun uitstekende lage diëlektrische constante en lage verliesfactorkarakteristieken. De hoge kosten van deze materialen beperken echter de grootschalige toepassing ervan. Voor dit doel hebben sommige fabrikanten hybride substraten ontwikkeld, zoals het combineren van FR-4 met PTFE, waarbij gebruik wordt gemaakt van goedkoop FR-4-materiaal in niet-kritische signaallagen, en PTFE in kritische signaallagen, waardoor de kosten effectief worden verlaagd en de prestaties worden gewaarborgd. Qua technologie wordt laserboortechnologie op grote schaal gebruikt. Traditioneel mechanisch boren is gevoelig voor het ontstaan van bramen bij het bewerken van openingen kleiner dan 0,2 mm, wat de geleidbaarheid en signaaloverdracht van doorgaande gaten kan beïnvloeden. De CO₂-laserboortechnologie kan microgatverwerking van 0,15 mm bereiken, met een gatwandruwheid van minder dan of gelijk aan 15 μm, waardoor de efficiëntie van hoogfrequente signaaloverdracht aanzienlijk wordt verbeterd. Bovendien kunnen geavanceerde etsprocessen een fijnere circuitfabricage bereiken en voldoen aan bedradingsvereisten met hoge dichtheid.
Warmtedissipatietechnologie en structurele optimalisatie
Om het warmtedissipatieprobleem te overwinnen, blijven fabrikanten, naast het gebruik van materialen met een hoge thermische geleidbaarheid, innoveren op het gebied van de optimalisatie van de printplaatstructuur. Het gebruik van 6oz dikke koperplaattechnologie kan bijvoorbeeld de thermische weerstand met 30% verminderen en de warmteafvoer effectief verbeteren. In sommige hoogwaardige printplaten voor AI-servers zijn ook uniforme warmteplaten of warmtepijpen ingebed, die hun efficiënte thermische geleidbaarheid gebruiken om de door de chip gegenereerde warmte snel naar de hele printplaat af te voeren, en vervolgens externe apparaten voor warmteafvoer gebruiken, zoals koellichamen om deze af te voeren. Optimaliseer tegelijkertijd de printplaatindeling door componenten met hoog-vermogen te concentreren in gebieden met een goede warmteafvoer, en door het aantal en de dichtheid van de warmteafvoergaten te vergroten om de efficiëntie van de warmteafvoer verder te verbeteren. Door de uitgebreide toepassing van deze technologieën voor warmteafvoer wordt ervoor gezorgd dat de chiptemperatuur van de AI-server binnen een veilig bereik blijft bij gebruik op lange- termijn met hoge belasting, waardoor een stabiele werking van de server wordt gegarandeerd.
Technologische doorbraak in bedrading met hoge-dichtheid
Om bedrading met een hoge- dichtheid te realiseren, is HDI-technologie mainstream geworden. HDI bereikt nauwere elektrische verbindingen tussen verschillende lagen door kleine via's (microgaten, blinde gaten en ondergrondse gaten) in de binnenste laag van de printplaat te creëren. In sommige AI-servermoederborden die extreem veel ruimte nodig hebben, verhoogt HDI-technologie de bedradingsdichtheid die vele malen hoger is dan bij traditionele printplaten. Tegelijkertijd zijn er voortdurend meer-laagse printplaten in ontwikkeling, die meer ruimte bieden voor de lay-out van circuits door het aantal lagen te vergroten, waardoor meer componenten en complexere circuits kunnen worden ondergebracht. De pcb-lagen van sommige AI-servers hebben bijvoorbeeld de 18 lagen overschreden en zelfs 32 lagen bereikt. Bij meerlaagse printplaten vermindert een redelijke planning van de lay-out van stroom-, aarde- en signaallagen effectief de elektromagnetische interferentie en signaaloverspraak, verbetert de signaalintegriteit en voldoet aan de hoge- prestatie-eisen van AI-servers.