La rapida crescita dell'intelligenza artificiale ha generato una domanda significativa di hardware a supporto di essa, comprese le schede PCB per server di IA. Con l'aumento dei carichi di lavoro dell'IA, i server devono elaborare maggiori quantità di dati e supportare acceleratori più potenti e trasmissioni dati più veloci. Pertanto, le schede PCB per server di IA devono essere progettate e prodotte per soddisfare questi requisiti stringenti. Questo articolo approfondisce le caratteristiche delle schede PCB per server di IA, le diverse tipologie di schede utilizzate nei sistemi di calcolo per l'IA e le linee guida essenziali per la progettazione di tali schede.
Che cos'è una scheda PCB per server AI?
Una scheda PCB per server AI è una scheda a circuito stampato progettata specificamente per supportare i requisiti di calcolo ad alte prestazioni dei carichi di lavoro di intelligenza artificiale. Funge da base per la connessione e l'alimentazione di componenti critici come GPU, CPU, memoria ad alta larghezza di banda (HBM), dispositivi di rete e sistemi di alimentazione. Rispetto alle schede server convenzionali, le schede PCB per server AI richiedono strutture di routing più complesse, maggiori capacità di controllo termico e di alimentazione, materiali avanzati e un numero maggiore di strati.
Scheda PCB per server AI vs. scheda PCB per server standard: differenze principali
Sebbene i server AI abbiano architetture di sistema simili ai server standard, presentano requisiti molto più elevati per i PCB utilizzati. I PCB dei server AI sono più precisi e complessi, più capaci di gestire i dati e, naturalmente, più costosi dei PCB dei server standard.
La tabella seguente confronta le principali differenze tra la scheda PCB del server AI e la scheda PCB del server standard:
| Caratteristica | Scheda PCB server standard | PCB del server AI |
| Conteggio strati | Tipicamente 8-24 strati | Generalmente da 28 a 46 strati |
| Spessore della scheda | 2mm-5mm | 4mm-5mm |
| Aspect Ratio | Fino a 15: 1 | Fino a 20: 1 |
| Data Rate | PCIe 4.0 (16 GT/s) | PCIe 5.0/6.0, rete 112G/224G |
| Materiali Necessari | Materiali FR4 standard o a media perdita | Materiali a bassa perdita e a bassissima perdita |
| Densità di potenza | Moderato | Estremamente alto |
| Requisiti termici | Soluzioni di raffreddamento convenzionali | Gestione termica avanzata |
| Complessità del PCB | Medio | Molto alto |
7 principali tipologie di PCB presenti nei server AI
Un server AI in genere contiene diversi tipi di PCB, ognuno dei quali svolge funzioni specifiche per consentire l'elaborazione, la comunicazione, l'archiviazione, l'alimentazione e la gestione del sistema. Ecco i 7 principali tipi di PCB presenti nei server AI:
1. Scheda base GPU (Unit Baseboard / UBB)
La scheda base della GPU funge da piattaforma per il montaggio dei moduli GPU, l'instradamento delle connessioni NVLink ad alta velocità e la fornitura di interfacce host PCIe. Tipicamente, questi tipi di PCB sono costituiti da laminati a bassissima perdita come il Megtron 7, con 24-32 strati, e richiedono inoltre un rigoroso controllo dell'impedenza per soddisfare gli elevati requisiti di integrità del segnale per i carichi di lavoro AI PAM4 a 112G/224G.
2. PCB del modulo acceleratore GPU (OAM/SXM)
Questa scheda integra il package GPU, gli stack di memoria HBM e la gestione dell'alimentazione integrata (VRM). Il PCB del modulo richiede una costruzione HDI ad altissima densità, a 16-20 strati, con una larghezza e una spaziatura delle tracce estremamente ridotte.
3. Scheda madre del server (scheda host della CPU)
La scheda madre del server utilizzata nei server AI è l'hub centrale che collega le CPU host, la memoria di sistema, le interfacce PCIe e il BMC. Questo tipo di PCB è solitamente costruito con 16 o 24 strati e deve fornire una forte integrità del segnale nel caso di canali di memoria DDR5 ad alta densità e ad alta velocità. PCIe Gen5Autobus di sesta generazione.
4. Scheda di alimentazione / PCB dell'alimentatore
Queste schede vengono utilizzate per gestire la conversione CA-CC e fornire alimentazione attraverso una rete di distribuzione dell'energia (PDN) a 48 V ad alta efficienza. Sono caratterizzate da uno spesso strato di rame (in genere 2-3 once o più), un elevato isolamento di tensione e una buona gestione termica per fornire in modo affidabile migliaia di watt all'array di processori.
5. Scheda NVSwitch (Vassoio in tessuto)
Le schede NVSwitch vengono utilizzate per gestire il routing NVLink full-mesh da GPU a GPU in sistemi rack. Sono caratterizzate da un numero di strati estremamente elevato, solitamente da 32 a 40 strati o anche di più. Realizzate con la tecnologia Any-Layer HDI/ELIC e materiali premium a bassissima perdita, sono in grado di mantenere la qualità del segnale anche su interconnessioni dense e di grandi dimensioni.
6. Scheda di interfaccia di rete (NIC / DPU)
Questa soluzione è utilizzata per supportare reti cluster ad altissima velocità basate su architetture ConnectX o BlueField. Queste schede a circuito stampato sono progettate per interfacce PCIe Gen5/Gen6 e trasferimenti dati da 400G a 800G, consentendo ai server AI di inviare e ricevere grandi quantità di dati a velocità elevate.
7. Consiglio di amministrazione (BMC)
Rispetto ad altri PCB per server AI, la scheda di gestione presenta un numero inferiore di strati, in genere da 6 a 10, e la maggior parte di essi è realizzata con materiali FR4 standard. Tuttavia, consente agli amministratori di monitorare lo stato dell'hardware, i parametri di alimentazione e le temperature indipendentemente dalla CPU principale, poiché fornisce funzioni di gestione del server fuori banda.
Caratteristiche principali delle schede PCB per server AI
Le schede PCB per server AI sono progettate per soddisfare una serie di requisiti tecnici esigenti. Di seguito sono elencate le caratteristiche principali che le distinguono dalle schede server standard:
- Elevato numero di strati
I PCB per server AI hanno più strati rispetto ai PCB per server standard, poiché devono supportare una maggiore densità di routing, gestire reti di distribuzione dell'alimentazione più complesse e consentire una trasmissione dati più veloce. La costruzione multistrato è essenziale per soddisfare questi requisiti.
- Trasmissione del segnale ad alta velocità
I server AI devono trasferire enormi quantità di dati tra CPU, GPU, memoria e dispositivi di rete. Pertanto, i PCB dei server AI devono supportare la trasmissione di segnali ad alta velocità per garantire prestazioni di sistema rapide e affidabili.
- Materiali a bassa perdita
Con l'aumento dei dati, la perdita di inserzione diventa un problema sempre più rilevante. Pertanto, i PCB dei server AI sono generalmente realizzati con materiali a bassa perdita come Megtron 6, Megtron 7, Tachyon 100G e altri laminati a bassissima perdita.
- Requisiti di erogazione ad alta potenza
Gli acceleratori AI consumano molta più energia rispetto ai componenti server tradizionali; pertanto, i PCB dei server AI sono generalmente realizzati con robuste capacità di alimentazione per garantire un funzionamento stabile ed efficiente del sistema.
- Gestione termica avanzata
Le schede PCB per server AI sono dotate di un sistema di gestione termica avanzato. Per ottenere una dissipazione del calore ottimale, queste schede sono progettate con vie termiche, ampie superfici di rame e un posizionamento ottimizzato dei componenti.
- Strutture ISU
Molte applicazioni server basate sull'intelligenza artificiale richiedono tecnologie HDI per supportare package a passo fine e requisiti di instradamento ad alta densità. Microvias, vie cieche, vie interrate e tecniche di laminazione sequenziale sono comunemente utilizzate per ottenere la densità di instradamento richiesta dai moderni progetti di GPU e acceleratori.
Ulteriori letture: Via cieca e via interrata: qual è la differenza?
Linee guida per la progettazione di PCB per server AI
La progettazione di PCB per server basati sull'intelligenza artificiale è molto più complessa rispetto alla progettazione di schede server convenzionali. Diversi principi di progettazione fondamentali devono essere presi in considerazione durante l'intero processo di sviluppo.
Pianifica l'accumulo in anticipo
Le schede PCB dei server AI sono dotate di numerose interfacce ad alta velocità e di un complesso sistema di distribuzione dell'alimentazione; pertanto, la pianificazione della stratificazione dovrebbe iniziare già nelle prime fasi di progettazione. I segnali ad alta velocità devono essere posizionati negli strati interni; è importante mantenere una struttura a strati bilanciata e disporre strategicamente i piani di alimentazione e di massa per migliorare la qualità del segnale e ridurre le interferenze.
Ottimizzazione del routing ad alta velocità
È necessario un instradamento accurato dei canali PCIe, della memoria DDR e delle reti ad alta velocità. Per mantenere la migliore qualità del segnale in tutto il sistema, i progettisti di PCB devono considerare aspetti quali l'impedenza controllata, l'adattamento della lunghezza, la riduzione della diafonia e altro ancora.
Realizzare una rete di distribuzione di energia a bassa impedenza
Il fabbisogno energetico delle GPU e degli acceleratori AI è in continua crescita, rendendo l'integrità dell'alimentazione una preoccupazione fondamentale nella progettazione. Per raggiungere questo obiettivo, durante il processo di progettazione dei PCB per server AI sono necessari piani di alimentazione ottimizzati, un corretto posizionamento dei condensatori di disaccoppiamento e percorsi di corrente efficienti.
Ottimizza la gestione termica
Un altro fattore critico da considerare nella progettazione di PCB per server AI è il calore generato dalle GPU ad alte prestazioni e dagli acceleratori AI. Vias termiche, piani di rame e posizionamento dei componenti possono essere utilizzati per migliorare la dissipazione del calore e ridurre i punti caldi.
Utilizzare le tecnologie HDI
I moderni PCB per server AI utilizzano solitamente dispositivi con un elevato numero di pin e package avanzati, rendendo necessario un instradamento denso. Per migliorare l'efficienza dell'instradamento, vengono spesso utilizzate tecnologie HDI come microvias, vie cieche, vie interrate e laminazione sequenziale per supportare progetti di PCB più complessi.
Minimizza tramite effetti stub
Per mantenere una trasmissione dati affidabile ad alta velocità nelle applicazioni server AI, è importante ridurre la lunghezza dello stub via. Tecniche come backdrilling e le strutture ottimizzate tramite sono comunemente utilizzate a questo scopo.
Progettare per l'affidabilità
Le piattaforme server basate sull'intelligenza artificiale devono funzionare ininterrottamente per lunghi periodi. La selezione dei materiali, la progettazione termica e la qualità della produzione devono garantire affidabilità a lungo termine e un funzionamento stabile.
Capacità di MOKO Technology nella realizzazione di PCB per server AI
Quando si scelgono i produttori di PCB per server AI, è fondamentale assicurarsi di trovarne uno professionale, esperto e capace. MOKO Technology, con 20 anni di esperienza nel settore dei PCB, fornisce la fabbricazione di PCB e Servizi di assemblaggio PCB per applicazioni server di calcolo avanzato e intelligenza artificiale. Le nostre competenze includono:
- Produzione di PCB ad alto numero di strati, fino a 40 strati, con supporto per instradamenti multistrato complessi per architetture di server AI.
- PCB HDIfabbricazione con microvias realizzate con precisione mediante foratura laser
- Elaborazione dei materiali a bassa perdita per l'integrità del segnale ad alta frequenza e alta velocità.
- Produzione di impedenza controllata verificata tramite test TDR
- Assemblaggio BGAcon oltre 1000 punti di saldatura
- Controllo qualità completo che include AOI, ispezione a raggi X 3D AXI, ICT e test funzionali.
Che si tratti di un prototipo o di una produzione su larga scala, MOKO Technology offre soluzioni PCB complete, progettate per soddisfare i requisiti di prestazioni, affidabilità e integrità del segnale delle applicazioni server basate sull'intelligenza artificiale. Contattaci oggi per ottenere un preventivo gratuito.
Domande frequenti sul PCB del server AI
1. Cos'è una scheda PCB per server AI?
Una scheda PCB per server AI è una scheda a circuito stampato progettata specificamente per i server di intelligenza artificiale. Rispetto alle schede PCB per server standard, supporta una maggiore potenza di calcolo, una trasmissione dati più veloce e un maggiore consumo energetico.
2. Quanti strati ha in genere un PCB per server AI?
In genere, i PCB dei server AI hanno un numero di strati che varia da 28 a 40. Tuttavia, i progetti più sofisticati possono richiedere un numero di strati ancora maggiore.
3. Perché i PCB dei server AI richiedono materiali a bassa perdita?
I materiali a bassa perdita possono ridurre l'attenuazione del segnale e mantenerne l'integrità, aspetto essenziale per i PCB dei server AI, poiché devono supportare interfacce ad alta velocità come PCIe 5.0, PCIe 6.0 e tecnologie di rete avanzate.
4. Quali sono le principali sfide nella progettazione di PCB per server AI?
Le principali sfide includono l'integrità del segnale, l'integrità dell'alimentazione, la gestione termica, la densità di instradamento, l'affidabilità e le velocità di trasmissione dei dati in continua crescita.
5. Quali tecnologie di produzione vengono comunemente utilizzate nei PCB dei server AI?
Durante il processo di fabbricazione dei PCB per server AI, vengono comunemente utilizzate tecnologie come la fabbricazione HDI, la laminazione sequenziale, la foratura posteriore e la produzione a impedenza controllata.
