El rápido crecimiento de la inteligencia artificial ha impulsado una demanda significativa de hardware compatible, incluyendo placas de circuito impreso (PCB) para servidores de IA. A medida que las cargas de trabajo de IA aumentan, los servidores necesitan procesar mayores cantidades de datos y admitir aceleradores más potentes y una transmisión de datos más rápida. Por lo tanto, las PCB para servidores de IA deben diseñarse y fabricarse para cumplir con estos exigentes requisitos. Este artículo profundiza en las características de las PCB para servidores de IA, los diferentes tipos de PCB utilizados en sistemas de computación de IA y las directrices esenciales para su diseño.
¿Qué es una placa de circuito impreso (PCB) para servidores de IA?
Una placa de circuito impreso (PCB) para servidores de IA está diseñada específicamente para soportar los requisitos de computación de alto rendimiento de las cargas de trabajo de inteligencia artificial. Sirve como base para conectar y alimentar componentes críticos como GPU, CPU, memoria de alto ancho de banda (HBM), dispositivos de red y sistemas de suministro de energía. En comparación con las placas de servidor convencionales, las PCB para servidores de IA requieren estructuras de enrutamiento más complejas, mayor capacidad de control térmico y de potencia, materiales avanzados y un mayor número de capas.
Placa de circuito impreso para servidor de IA frente a placa de circuito impreso para servidor estándar: diferencias clave
Aunque los servidores de IA tienen arquitecturas de sistema similares a las de los servidores estándar, sus requisitos para las placas de circuito impreso (PCB) son mucho más exigentes. Las PCB de los servidores de IA son más precisas y complejas, tienen mayor capacidad para gestionar datos y, por supuesto, son más caras que las PCB de los servidores estándar.
La siguiente tabla compara las principales diferencias entre la placa de circuito impreso del servidor de IA y la placa de circuito impreso del servidor estándar:
| Elemento | PCB estándar para servidor | PCB del servidor de IA |
| Recuento de capas | Generalmente de 8 a 24 capas | Generalmente entre 28 y 46 capas. |
| Espesor del tablero | 2mm-5mm | 4mm-5mm |
| Relación de aspecto | Hasta 15: 1 | Hasta 20: 1 |
| Velocidad de datos | PCIe 4.0 (16 GT/s) | PCIe 5.0/6.0, redes de 112G/224G |
| Materiales | Materiales FR4 estándar o de pérdida media | Materiales de baja y muy baja pérdida |
| Densidad de poder | Moderado | Extremadamente alto |
| Requisitos Térmicos | Soluciones de refrigeración convencionales | Gestión térmica avanzada |
| Complejidad de PCB | Media | Muy alto |
7 tipos principales de PCB que se encuentran en los servidores de IA
Un servidor de IA generalmente contiene varios tipos de PCB, cada uno de los cuales realiza funciones específicas para permitir la computación, la comunicación, el almacenamiento, el suministro de energía y la administración del sistema. Estos son los 7 tipos principales de PCB que se encuentran en los servidores de IA:
1. Placa base de la GPU (Placa base de la unidad / UBB)
La placa base de la GPU actúa como plataforma para montar módulos de GPU, enrutar conexiones NVLink de alta velocidad y proporcionar interfaces de host PCIe. Normalmente, este tipo de PCB están compuestas de laminados de ultrabaja pérdida, como Megtron 7, con 24 a 32 capas, y también requieren un control estricto de la impedancia para cumplir con los requisitos extremos de integridad de la señal para cargas de trabajo de IA PAM4 de 112G/224G.
2. PCB del módulo acelerador de GPU (OAM/SXM)
Esta placa integra el paquete de GPU, las pilas de memoria HBM y la gestión de energía integrada (VRM). La PCB del módulo requiere una construcción HDI ultradensa de 16 a 20 capas con un ancho y espaciado de pistas ultrafinos.
3. Placa base del servidor (Placa base principal de la CPU)
La placa base del servidor utilizada en el servidor de IA es el centro neurálgico que conecta las CPU del host, la memoria del sistema, las interfaces PCIe y el BMC. Este tipo de PCB suele estar construida con entre 16 y 24 capas, y necesita proporcionar una sólida integridad de la señal en el caso de canales de memoria DDR5 de alta densidad y alta velocidad. PCIe Gen5Autobuses Gen6.
4. Placa de alimentación / PCB de la fuente de alimentación
Estas placas se utilizan para gestionar la conversión de CA a CC y suministrar energía a través de una red de distribución de energía (PDN) de 48 V de alta eficiencia. Cuentan con una gruesa capa de cobre (normalmente de 2 a 3 onzas o más), aislamiento de alto voltaje y una buena gestión térmica para suministrar de forma fiable miles de vatios al conjunto de procesadores.
5. Tablero NVSwitch (Bandeja de tela)
Las tarjetas NVSwitch se utilizan para gestionar el enrutamiento NVLink de malla completa entre GPU en sistemas de escala de rack. Se caracterizan por un número de capas extremadamente alto, generalmente de 32 a 40 capas o incluso más. Fabricadas con tecnología HDI/ELIC de cualquier capa y materiales de ultrabaja pérdida de primera calidad, pueden mantener la calidad de la señal en redes de interconexión masivas y densas.
6. Tarjeta de interfaz de red (NIC / DPU)
Esto se utiliza para admitir redes de clúster de ultra alta velocidad basadas en arquitecturas ConnectX o BlueField. Estas placas de circuito están diseñadas para interfaces PCIe Gen5/Gen6 y transferencia de datos de 400G a 800G, lo que permite a los servidores de IA enviar y recibir grandes cantidades de datos a gran velocidad.
7. Junta Directiva (BMC)
En comparación con otras placas de circuito impreso para servidores de IA, la placa de gestión tiene un menor número de capas, normalmente entre 6 y 10, y la mayoría están fabricadas con materiales FR4 estándar. Sin embargo, permite a los administradores supervisar el estado del hardware, los parámetros de consumo energético y la temperatura de forma independiente de la CPU principal, ya que proporciona funciones de gestión de servidor fuera de banda.
Características clave de las placas de circuito impreso (PCB) para servidores de IA
Las placas de circuito impreso (PCB) para servidores de IA están diseñadas para cumplir con una amplia gama de exigentes requisitos técnicos. A continuación, se detallan las características clave que las distinguen de las placas de servidor estándar:
- Alto número de capas
Las placas de circuito impreso (PCB) para servidores de IA tienen más capas que las PCB estándar para servidores, ya que necesitan admitir una mayor densidad de enrutamiento, gestionar redes de distribución de energía más complejas y permitir una transmisión de datos más rápida. La construcción multicapa es esencial para cumplir con estos requisitos.
- Transmisión de señal de alta velocidad
Los servidores de IA necesitan transferir grandes cantidades de datos entre CPU, GPU, memoria y dispositivos de red. Por lo tanto, las placas de circuito impreso (PCB) de los servidores de IA deben admitir la transmisión de señales de alta velocidad para garantizar un rendimiento del sistema rápido y fiable.
- Materiales de baja pérdida
A medida que aumenta el volumen de datos, la pérdida de inserción se convierte en una preocupación mayor. Por lo tanto, las placas de circuito impreso (PCB) de los servidores de IA suelen estar fabricadas con materiales de baja pérdida, como Megtron 6, Megtron 7, Tachyon 100G y otros laminados de ultrabaja pérdida.
- Requisitos de suministro de alta potencia
Los aceleradores de IA consumen mucha más energía que los componentes de servidor tradicionales; por lo tanto, las placas de circuito impreso (PCB) de los servidores de IA suelen estar fabricadas con capacidades de suministro de energía robustas para garantizar un funcionamiento estable y eficiente del sistema.
- Gestión térmica avanzada
Las placas de circuito impreso para servidores de IA incorporan una gestión térmica avanzada. Para lograr una disipación de calor óptima, estas placas están diseñadas con vías térmicas, amplios planos de cobre y una disposición optimizada de los componentes.
- Estructuras IDH
Muchas aplicaciones de servidores de IA requieren tecnologías HDI para admitir encapsulados de paso fino y requisitos de enrutamiento de alta densidad. Las microvías, las vías ciegas, las vías enterradas y las técnicas de laminación secuencial se utilizan comúnmente para lograr la densidad de enrutamiento requerida por los diseños modernos de GPU y aceleradores.
Otras lecturas: Vía ciega y vía enterrada: ¿cuál es la diferencia?
Directrices de diseño de PCB para servidores de IA
El diseño de placas de circuito impreso para servidores de IA es mucho más complejo que el diseño de placas para servidores convencionales. Se deben tener en cuenta varios principios de diseño clave durante todo el proceso de desarrollo.
Planifica la acumulación con anticipación
Las placas de circuito impreso para servidores de IA cuentan con numerosas interfaces de alta velocidad y un complejo sistema de distribución de energía; por lo tanto, la planificación de la configuración de capas debe comenzar en las primeras etapas del diseño. Las señales de alta velocidad deben ubicarse en las capas internas; se debe mantener una estructura de capas equilibrada y disponer estratégicamente los planos de alimentación y tierra para mejorar la calidad de la señal y reducir las interferencias.
Optimizar el enrutamiento de alta velocidad
Es necesario un enrutamiento cuidadoso de los canales PCIe, de memoria DDR y de redes de alta velocidad. Para mantener la mejor calidad de señal en todo el sistema, los diseñadores de PCB deben considerar aspectos como la impedancia controlada, la adaptación de longitud, la reducción de la diafonía y otros factores.
Construya una red de distribución de energía de baja impedancia.
Las necesidades energéticas de las GPU y los aceleradores de IA son cada vez mayores, lo que convierte la integridad de la alimentación en un aspecto clave del diseño. Para lograrlo, es necesario optimizar los planos de alimentación, colocar correctamente los condensadores de desacoplamiento y garantizar rutas de corriente eficientes durante el proceso de diseño de la placa de circuito impreso del servidor de IA.
Optimizar la gestión térmica
Otro factor crítico a considerar al diseñar placas de circuito impreso para servidores de IA es el calor generado por las GPU de alto rendimiento y los aceleradores de IA. Las vías térmicas, los planos de cobre y la ubicación de los componentes pueden utilizarse para mejorar la disipación del calor y reducir los puntos calientes.
Utilice tecnologías HDI
Las placas de circuito impreso (PCB) de los servidores de IA modernos suelen utilizar dispositivos con un elevado número de pines y encapsulados avanzados, lo que hace necesario un enrutamiento denso. Para mejorar la eficiencia del enrutamiento, se suelen utilizar tecnologías HDI como microvías, vías ciegas, vías enterradas y laminación secuencial para dar soporte a diseños de PCB más complejos.
Minimizar mediante efectos de stub
Para mantener una transmisión de datos de alta velocidad confiable en aplicaciones de servidores de IA, es importante reducir la longitud del stub de vía. Técnicas como retroperforación y optimizadas mediante estructuras que se utilizan comúnmente para este propósito.
Diseño para la confiabilidad
Se espera que las plataformas de servidores de IA funcionen de forma continua durante períodos prolongados. La selección de materiales, el diseño térmico y la calidad de fabricación deben garantizar la fiabilidad a largo plazo y un funcionamiento estable.
Capacidades de PCB para servidores de IA de MOKO Technology
Al elegir fabricantes de PCB para servidores de IA, es fundamental asegurarse de encontrar uno que sea profesional, experimentado y capaz. MOKO Technology, con 20 años de experiencia en la industria de PCB, ofrece fabricación de PCB y Servicios de montaje de PCB para aplicaciones de servidores de computación avanzada e IA. Nuestras capacidades incluyen:
- Fabricación de PCB de alta densidad de capas (hasta 40 capas), compatible con enrutamiento multicapa complejo para arquitecturas de servidores de IA.
- HDI PCBfabricación con microvías perforadas con láser de precisión
- Procesamiento de materiales de baja pérdida para una integridad de señal de alta frecuencia y alta velocidad.
- Producción de impedancia controlada verificada mediante pruebas TDR.
- Montaje BGAcon más de 1000 puntos de soldadura
- Garantía de calidad integral que incluye inspección óptica automatizada (AOI), inspección por rayos X 3D AXI, pruebas de circuitos integrados (ICT) y pruebas funcionales.
Ya se trate de un prototipo o de la fabricación en grandes volúmenes, MOKO Technology ofrece soluciones de PCB integrales diseñadas para cumplir con los requisitos de rendimiento, fiabilidad e integridad de la señal de las aplicaciones de servidores de IA. Comuníquese con nosotros hoy para obtener una cotización gratis
Preguntas frecuentes sobre la placa de circuito impreso del servidor de IA
1. ¿Qué es una placa de circuito impreso (PCB) para servidor de IA?
Una placa de circuito impreso (PCB) para servidores de IA está diseñada específicamente para este fin. En comparación con las PCB estándar para servidores, admite mayor potencia de cálculo, transmisión de datos más rápida y un mayor consumo de energía.
2. ¿Cuántas capas suele tener una placa de circuito impreso (PCB) para un servidor de IA?
Por lo general, las placas de circuito impreso (PCB) para servidores de IA tienen entre 28 y 40 capas. Sin embargo, los diseños más sofisticados pueden requerir incluso un mayor número de capas.
3. ¿Por qué las placas de circuito impreso de los servidores de IA requieren materiales de baja pérdida?
Los materiales de baja pérdida pueden reducir la atenuación de la señal y mantener su integridad, lo cual es esencial para las placas de circuito impreso de los servidores de IA, ya que necesitan ser compatibles con interfaces de alta velocidad como PCIe 5.0, PCIe 6.0 y tecnologías de red avanzadas.
4. ¿Cuáles son los principales desafíos en el diseño de PCB para servidores de IA?
Los principales desafíos incluyen la integridad de la señal, la integridad de la alimentación, la gestión térmica, la densidad de enrutamiento, la fiabilidad y las velocidades de transmisión de datos cada vez mayores.
5. ¿Qué tecnologías de fabricación se utilizan habitualmente en las placas de circuito impreso (PCB) de los servidores de IA?
Durante el proceso de fabricación de placas de circuito impreso (PCB) para servidores de IA, se suelen utilizar tecnologías como la fabricación HDI, la laminación secuencial, el taladrado posterior y la fabricación de impedancia controlada.
