La croissance rapide de l'intelligence artificielle a engendré une forte demande en matériel informatique, notamment en cartes de circuits imprimés pour serveurs d'IA. Face à l'augmentation constante des charges de travail liées à l'IA, les serveurs doivent traiter des volumes de données toujours plus importants et prendre en charge des accélérateurs plus performants ainsi qu'une transmission de données plus rapide. Par conséquent, la conception et la fabrication des cartes de circuits imprimés pour serveurs d'IA doivent répondre à ces exigences élevées. Cet article explore les caractéristiques de ces cartes, les différents types utilisés dans les systèmes informatiques d'IA et les principes essentiels de leur conception.
Qu'est-ce qu'un circuit imprimé pour serveur d'IA ?
Une carte de circuit imprimé (PCB) pour serveur d'IA est spécialement conçue pour répondre aux exigences de calcul haute performance des charges de travail d'intelligence artificielle. Elle sert de base à la connexion et à l'alimentation de composants critiques tels que les GPU, les CPU, la mémoire à large bande passante (HBM), les périphériques réseau et les systèmes d'alimentation. Comparées aux cartes de serveur classiques, les PCB pour serveurs d'IA nécessitent des structures de routage plus complexes, des capacités de contrôle thermique et énergétique plus performantes, des matériaux avancés et un nombre de couches plus élevé.
PCB serveur IA vs PCB serveur standard : principales différences
Bien que les serveurs d'IA possèdent des architectures système similaires aux serveurs classiques, leurs exigences en matière de circuits imprimés sont bien plus élevées. Les cartes électroniques des serveurs d'IA sont plus précises et complexes, capables de traiter davantage de données et, bien entendu, plus coûteuses que celles des serveurs classiques.
Le tableau ci-dessous compare les principales différences entre le circuit imprimé du serveur IA et le circuit imprimé standard du serveur :
| Fonctionnalité | Carte mère serveur standard | PCB du serveur d'IA |
| Nombre de couches | Généralement 8 à 24 couches | Généralement 28 à 46 couches |
| Épaisseur du panneau | 2mm-5mm | 4mm-5mm |
| Ratio D'aspect | Jusqu'à 15: 1 | Jusqu'à 20: 1 |
| Data Rate | PCIe 4.0 (16 GT/s) | Réseau PCIe 5.0/6.0, 112G/224G |
| Matériel Requis | Matériaux FR4 standard ou matériaux à pertes moyennes | Matériaux à faibles et très faibles pertes |
| La densité de puissance | Modérée | Très haut |
| Exigences thermiques | Solutions de refroidissement conventionnelles | Gestion thermique avancée |
| Complexité des PCB | Moyenne | Très élevé |
Les 7 principaux types de circuits imprimés utilisés dans les serveurs d'IA
Un serveur d'IA contient généralement plusieurs types de cartes de circuits imprimés (PCB), chacune assurant des fonctions spécifiques pour permettre le calcul, la communication, le stockage, l'alimentation électrique et la gestion du système. Voici les 7 principaux types de PCB présents dans les serveurs d'IA :
1. Carte mère GPU (Unit Baseboard / UBB)
La carte mère GPU sert de support aux modules GPU, assure le routage des connexions NVLink haut débit et fournit les interfaces hôtes PCIe. Ces cartes sont généralement composées de stratifiés à très faibles pertes, comme le Megtron 7, avec 24 à 32 couches, et nécessitent un contrôle strict de l'impédance afin de répondre aux exigences extrêmes d'intégrité du signal pour les charges de travail d'IA PAM4 112G/224G.
2. Carte de circuit imprimé du module d'accélération GPU (OAM/SXM)
Cette carte intègre le processeur graphique, les modules de mémoire HBM et la gestion de l'alimentation (VRM). Le circuit imprimé du module nécessite une construction HDI ultra-dense de 16 à 20 couches, avec une largeur et un espacement de pistes extrêmement fins.
3. Carte mère du serveur (carte hôte du processeur)
La carte mère du serveur d'IA est l'élément central qui connecte les processeurs hôtes, la mémoire système, les interfaces PCIe et le BMC. Ce type de circuit imprimé comporte généralement de 16 à 24 couches et doit garantir une forte intégrité du signal, notamment pour les canaux de mémoire DDR5 haute densité et les processeurs à haut débit. PCIe Gen5Bus de 6e génération.
4. Carte d'alimentation / Circuit imprimé du bloc d'alimentation
Ces cartes assurent la conversion AC-DC et l'alimentation via un réseau de distribution d'énergie (PDN) 48 V à haut rendement. Elles sont dotées d'une couche de cuivre épaisse (généralement de 2 à 3 oz ou plus), d'une isolation haute tension et d'une gestion thermique performante, garantissant ainsi une alimentation fiable de plusieurs milliers de watts pour la matrice de processeurs.
5. Tableau NVSwitch (Plateau en tissu)
Les cartes NVSwitch gèrent le routage NVLink maillé complet entre GPU dans les systèmes à l'échelle du rack. Elles se caractérisent par un nombre de couches extrêmement élevé, généralement de 32 à 40, voire plus. Fabriquées avec une architecture Any-Layer HDI/ELIC et des matériaux haut de gamme à très faibles pertes, elles garantissent la qualité du signal sur des réseaux d'interconnexion denses et massifs.
6. Carte d'interface réseau (NIC / DPU)
Ce système permet de prendre en charge les réseaux de clusters ultra-rapides basés sur les architectures ConnectX ou BlueField. Ces cartes de circuits imprimés sont conçues pour les interfaces PCIe Gen5/Gen6 et un transfert de données de 400 à 800 Gbit/s, permettant ainsi aux serveurs d'IA d'envoyer et de recevoir de grandes quantités de données à très haut débit.
7. Conseil d'administration (BMC)
Comparée aux autres cartes de circuits imprimés de serveurs d'IA, la carte de gestion comporte moins de couches (généralement 6 à 10), la plupart étant fabriquées en FR4 standard. Elle permet néanmoins aux administrateurs de surveiller l'état du matériel, la consommation d'énergie et la température indépendamment du processeur principal, grâce à ses fonctions de gestion serveur hors bande.
Caractéristiques principales des cartes de circuits imprimés pour serveurs d'IA
Les cartes de circuits imprimés pour serveurs d'IA sont conçues pour répondre à un large éventail d'exigences techniques pointues. Voici les principales caractéristiques qui les distinguent des cartes de serveurs standard :
- Nombre élevé de couches
Les cartes de circuits imprimés des serveurs d'IA comportent davantage de couches que les cartes de circuits imprimés de serveurs standard, car elles doivent supporter une densité de routage plus élevée, gérer des réseaux de distribution d'énergie plus complexes et permettre une transmission de données plus rapide. Une architecture multicouche est essentielle pour répondre à ces exigences.
- Transmission de signaux à grande vitesse
Les serveurs d'IA doivent transférer d'énormes quantités de données entre les processeurs, les processeurs graphiques, la mémoire et les périphériques réseau. Par conséquent, les cartes de circuits imprimés des serveurs d'IA doivent prendre en charge la transmission de signaux à haut débit afin de garantir des performances système rapides et fiables.
- Matériaux à faibles pertes
Avec l'augmentation du volume de données, les pertes d'insertion deviennent un problème majeur. C'est pourquoi les circuits imprimés des serveurs d'IA sont généralement fabriqués à partir de matériaux à faibles pertes tels que le Megtron 6, le Megtron 7, le Tachyon 100G et d'autres stratifiés à très faibles pertes.
- Exigences de puissance élevée
Les accélérateurs d'IA consomment beaucoup plus d'énergie que les composants de serveurs traditionnels ; par conséquent, les cartes de circuits imprimés des serveurs d'IA sont généralement conçues avec des capacités d'alimentation robustes pour assurer un fonctionnement stable et efficace du système.
- Gestion thermique avancée
Les cartes de circuits imprimés des serveurs d'IA intègrent une gestion thermique avancée. Pour une dissipation thermique optimale, elles sont conçues avec des vias thermiques, de vastes plans de cuivre et un placement optimisé des composants.
- Structures HDI
De nombreuses applications de serveurs d'IA nécessitent des technologies HDI pour prendre en charge les boîtiers à pas fin et les exigences de routage dense. Les microvias, les vias borgnes, les vias enterrés et les techniques de lamination séquentielle sont couramment utilisées pour atteindre la densité de routage requise par les GPU et les accélérateurs modernes.
Pour en savoir plus: Voie aveugle et voie enterrée : quelle est la différence ?
Directives de conception des circuits imprimés pour serveurs d'IA
La conception de cartes de circuits imprimés pour serveurs d'IA est bien plus complexe que celle des cartes de serveurs classiques. Plusieurs principes de conception clés doivent être pris en compte tout au long du processus de développement.
Planifiez l'empilement tôt
Les cartes de circuits imprimés des serveurs d'IA sont dotées de nombreuses interfaces haut débit et d'un système de distribution d'énergie complexe ; par conséquent, la planification de l'empilement doit débuter dès les premières étapes de la conception. Les signaux haut débit doivent être placés dans les couches internes ; il convient de maintenir une structure de couches équilibrée et d'agencer stratégiquement les plans d'alimentation et de masse afin d'améliorer la qualité du signal et de réduire les interférences.
Optimisation du routage à haut débit
Un routage soigné des interfaces PCIe, de la mémoire DDR et des canaux réseau haut débit est indispensable. Afin de garantir une qualité de signal optimale dans l'ensemble du système, les concepteurs de circuits imprimés doivent prendre en compte des aspects tels que le contrôle de l'impédance, l'adaptation des longueurs, la réduction de la diaphonie, etc.
Construire un réseau de distribution d'énergie à faible impédance
Les besoins énergétiques des GPU et des accélérateurs d'IA ne cessent de croître, faisant de l'intégrité de l'alimentation un enjeu de conception crucial. Pour y parvenir, il est indispensable, lors de la conception des circuits imprimés des serveurs d'IA, d'optimiser les plans d'alimentation, de placer correctement les condensateurs de découplage et de garantir des chemins de courant efficaces.
Optimisation de la gestion thermique
Un autre facteur essentiel à prendre en compte lors de la conception de circuits imprimés pour serveurs d'IA est la chaleur générée par les GPU hautes performances et les accélérateurs d'IA. L'utilisation de vias thermiques, de plans de cuivre et d'un positionnement judicieux des composants permet d'améliorer la dissipation de la chaleur et de réduire les points chauds.
Utiliser les technologies HDI
Les cartes de circuits imprimés des serveurs d'IA modernes utilisent généralement des composants à grand nombre de broches et des boîtiers avancés, ce qui rend nécessaire un routage dense. Pour améliorer l'efficacité du routage, des technologies HDI telles que les microvias, les vias borgnes, les vias enterrés et la lamination séquentielle sont souvent utilisées pour prendre en charge des conceptions de cartes de circuits imprimés plus complexes.
Minimiser les effets de stub
Pour garantir une transmission de données fiable et à haut débit dans les applications serveur d'IA, il est important de réduire la longueur des vias. Des techniques telles que… contre-perçage et les structures optimisées via sont couramment utilisées à cette fin.
Conception pour la fiabilité
Les plateformes de serveurs d'IA sont conçues pour fonctionner en continu pendant de longues périodes. Le choix des matériaux, la conception thermique et la qualité de fabrication doivent garantir une fiabilité à long terme et un fonctionnement stable.
Capacités des cartes de circuits imprimés pour serveurs d'IA de MOKO Technology
Lors du choix d'un fabricant de circuits imprimés pour serveurs d'IA, il est essentiel de s'assurer de trouver un professionnel compétent, expérimenté et expérimenté. MOKO Technology, forte de 20 ans d'expérience dans l'industrie des circuits imprimés, propose la fabrication et le support de circuits imprimés. Services d'assemblage de circuits imprimés pour les applications serveur de calcul avancé et d'IA. Nos capacités comprennent :
- Fabrication de circuits imprimés multicouches (jusqu'à 40 couches), prenant en charge le routage multicouche complexe pour les architectures de serveurs d'IA.
- PCB HDIfabrication avec des microvias percées au laser avec précision
- Traitement des matériaux à faibles pertes pour une intégrité des signaux haute fréquence et haute vitesse
- Production d'impédance contrôlée vérifiée par des tests TDR
- Assemblage BGAavec plus de 1000 joints de soudure
- Assurance qualité complète incluant l'inspection optique automatisée (AOI), l'inspection par rayons X 3D AXI, l'ICT et les tests fonctionnels
Qu'il s'agisse d'un prototype ou d'une production en grande série, MOKO Technology fournit des solutions PCB complètes conçues pour répondre aux exigences de performance, de fiabilité et d'intégrité du signal des applications de serveurs d'IA. Contactez-nous pour obtenir un devis gratuit.
FAQ concernant les circuits imprimés des serveurs d'IA
1. Qu'est-ce qu'un PCB de serveur IA ?
Une carte de circuit imprimé pour serveur d'IA est spécialement conçue pour les serveurs d'IA. Comparée à une carte de circuit imprimé standard, elle supporte une puissance de calcul supérieure, une transmission de données plus rapide et une consommation d'énergie plus importante.
2. Combien de couches comporte généralement un circuit imprimé de serveur d'IA ?
Les circuits imprimés des serveurs d'IA comportent généralement entre 28 et 40 couches. Cependant, des conceptions plus sophistiquées peuvent nécessiter un nombre de couches encore plus élevé.
3. Pourquoi les circuits imprimés des serveurs d'IA nécessitent-ils des matériaux à faibles pertes ?
Les matériaux à faibles pertes peuvent réduire l'atténuation du signal et maintenir son intégrité, ce qui est essentiel pour les cartes de circuits imprimés des serveurs d'IA car elles doivent prendre en charge des interfaces à haut débit telles que PCIe 5.0, PCIe 6.0 et des technologies de réseau avancées.
4. Quels sont les principaux défis liés à la conception de circuits imprimés pour serveurs d'IA ?
Les principaux défis comprennent l'intégrité du signal, l'intégrité de l'alimentation électrique, la gestion thermique, la densité de routage, la fiabilité et l'augmentation constante des vitesses de transmission de données.
5. Quelles technologies de fabrication sont couramment utilisées dans les circuits imprimés des serveurs d'IA ?
Lors du processus de fabrication des PCB pour serveurs d'IA, des technologies telles que la fabrication HDI, la lamination séquentielle, le perçage arrière et la fabrication à impédance contrôlée sont couramment utilisées.
