AI 서버 PCB: 종류, 설계 가이드라인 및 주요 특징

인공지능(AI)의 급속한 성장은 AI 서버 PCB를 포함한 AI 지원 하드웨어에 대한 수요를 크게 증가시켰습니다. AI 워크로드가 계속 증가함에 따라 서버는 더 많은 양의 데이터를 처리하고, 더욱 강력한 가속기와 빠른 데이터 전송을 지원해야 합니다. 따라서 AI 서버 PCB는 이러한 까다로운 요구 사항을 충족하도록 설계 및 제조되어야 합니다. 이 글에서는 AI 서버 PCB의 특징, AI 컴퓨팅 시스템에 사용되는 다양한 유형의 PCB, 그리고 필수적인 AI 서버 PCB 설계 가이드라인에 대해 자세히 살펴봅니다.

AI 서버 PCB란 무엇인가요?

AI 서버 PCB는 인공지능 워크로드의 고성능 컴퓨팅 요구 사항을 지원하도록 특별히 설계된 인쇄 회로 기판입니다. GPU, CPU, 고대역폭 메모리(HBM), 네트워킹 장치 및 전력 공급 시스템과 같은 핵심 구성 요소를 연결하고 전원을 공급하는 기반 역할을 합니다. 기존 서버 보드와 비교하여 AI 서버 PCB는 더욱 복잡한 배선 구조, 강력한 열 및 전력 제어 기능, 고급 소재 및 더 높은 레이어 수를 필요로 합니다.

AI 서버 PCB와 일반 서버 PCB의 주요 차이점

AI 서버는 일반 서버와 유사한 시스템 아키텍처를 가지고 있지만, 사용되는 PCB에 대한 요구 사항은 일반 서버보다 훨씬 높습니다. AI 서버용 PCB 보드는 더 정밀하고 복잡하며, 더 많은 데이터를 처리할 수 있고, 당연히 일반 서버용 PCB보다 가격이 더 비쌉니다.

아래 표는 AI 서버 PCB와 표준 서버 PCB의 주요 차이점을 비교합니다.

AI 서버에서 발견되는 7가지 주요 PCB 유형

AI 서버는 일반적으로 여러 종류의 PCB로 구성되며, 각 PCB는 컴퓨팅, 통신, 저장, 전력 공급 및 시스템 관리를 가능하게 하는 특정 기능을 수행합니다. 다음은 AI 서버에서 발견되는 7가지 주요 PCB 유형입니다.

1. GPU 베이스보드(유닛 베이스보드/UBB)

GPU 베이스보드는 GPU 모듈을 장착하고, 고속 NVLink 연결을 라우팅하며, PCIe 호스트 인터페이스를 제공하는 플랫폼 역할을 합니다. 일반적으로 이러한 유형의 PCB는 24~32층의 메그트론 7과 같은 초저손실 적층판으로 구성되며, 112G/224G PAM4 AI 워크로드에 필요한 극도의 신호 무결성 요구 사항을 충족하기 위해 엄격한 임피던스 제어가 필수적입니다.

2. GPU 가속기 모듈 PCB (OAM/SXM)

이 보드는 GPU 패키지, HBM 메모리 스택 및 온보드 전원 관리(VRM)를 통합합니다. 모듈 PCB는 초고밀도 16~20층 HDI 구조와 초미세 트레이스 폭 및 간격을 필요로 합니다.

3. 서버 마더보드(CPU 호스트 보드)

AI 서버에 사용되는 서버 마더보드는 호스트 CPU, 시스템 메모리, PCIe 인터페이스 및 BMC를 연결하는 중앙 허브입니다. 이러한 PCB는 일반적으로 16층에서 24층으로 구성되며, 고밀도 DDR5 메모리 채널과 고속 데이터 전송 시 강력한 신호 무결성을 제공해야 합니다. PCIe Gen5/Gen6 버스.

4. 전원 보드/파워 서플라이 PCB

이 보드는 AC-DC 변환을 처리하고 고효율 48V 전력 공급 네트워크(PDN)를 통해 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 두꺼운 구리층(일반적으로 2~3온스 이상), 고전압 절연 및 우수한 열 관리 기능을 통해 프로세서 어레이에 수천 와트의 전력을 안정적으로 공급합니다.

5. NVSwitch 보드(패브릭 트레이)

NVSwitch 보드는 랙 규모 시스템에서 GPU 간 NVLink 라우팅을 관리하는 데 사용됩니다. 일반적으로 32층에서 40층 이상에 이르는 매우 높은 레이어 수를 특징으로 합니다. Any-Layer HDI/ELIC 구조와 고급 초저손실 소재로 제작되어 대규모의 고밀도 인터커넥트 패브릭에서도 신호 품질을 유지할 수 있습니다.

6. 네트워크 인터페이스 카드(NIC/DPU)

이 제품은 ConnectX 또는 BlueField 아키텍처 기반의 초고속 클러스터 네트워킹을 지원하는 데 사용됩니다. 이 회로 기판은 PCIe Gen5/Gen6 인터페이스와 400G~800G 데이터 전송 속도를 지원하도록 설계되어 AI 서버가 대용량 데이터를 빠른 속도로 송수신할 수 있도록 합니다.

7. 경영 이사회 (BMC)

다른 AI 서버 PCB와 비교했을 때, 관리 보드는 일반적으로 6~10층으로 층수가 적고 대부분 표준 FR4 재질로 제작됩니다. 하지만 이 보드는 대역 외 서버 관리 기능을 제공하여 관리자가 메인 CPU와 독립적으로 하드웨어 상태, 전력 소비량, 온도 등을 모니터링할 수 있도록 해줍니다.

AI 서버 PCB의 주요 특징

AI 서버 PCB는 다양한 까다로운 기술 요구 사항을 충족하도록 설계되었습니다. 아래는 표준 서버 보드와 구별되는 주요 특징입니다.

• 높은 층수

AI 서버용 PCB는 표준 서버용 PCB보다 레이어 수가 더 많습니다. 이는 더 높은 배선 밀도를 지원하고, 더 복잡한 전력 분배 네트워크를 처리하며, 더 빠른 데이터 전송을 가능하게 해야 하기 때문입니다. 이러한 요구 사항을 충족하기 위해서는 다층 구조가 필수적입니다.

• 고속 신호 전송

AI 서버는 CPU, GPU, 메모리 및 네트워크 장치 간에 엄청난 양의 데이터를 전송해야 합니다. 따라서 AI 서버 PCB는 빠르고 안정적인 시스템 성능을 보장하기 위해 고속 신호 전송을 지원해야 합니다.

• 저손실 재료

데이터 양이 증가함에 따라 삽입 손실이 더욱 중요한 문제가 됩니다. 따라서 AI 서버 PCB는 일반적으로 메그트론 6, 메그트론 7, 타키온 100G 및 기타 초저손실 적층재와 같은 저손실 재료로 제작됩니다.

• 높은 전력 공급 요구 사항

AI 가속기는 기존 서버 구성 요소보다 훨씬 더 많은 전력을 소모하므로, AI 서버 PCB는 안정적이고 효율적인 시스템 작동을 지원하기 위해 강력한 전력 공급 기능을 갖추도록 제작되는 것이 일반적입니다.

• 고급 열 관리

AI 서버 PCB는 고급 열 관리 기능을 갖추고 있습니다. 최적의 열 방출을 위해 이러한 회로 기판은 열 비아, 넓은 구리 평면 및 최적화된 부품 배치로 설계되었습니다.

• HDI 구조

많은 AI 서버 애플리케이션은 미세 피치 패키지와 고밀도 배선 요구 사항을 지원하기 위해 HDI 기술을 필요로 합니다. 마이크로비아, 블라인드 비아, 매립형 비아 및 순차 적층 기술은 최신 GPU 및 가속기 설계에 필요한 배선 밀도를 달성하기 위해 일반적으로 사용됩니다.

추가 읽기 : 블라인드 비아와 베리드 비아: 차이점은 무엇인가?

AI 서버 PCB 설계 가이드라인 

AI 서버 PCB 설계는 기존 서버 보드 설계보다 훨씬 복잡합니다. 개발 과정 전반에 걸쳐 몇 가지 핵심 설계 원칙을 고려해야 합니다.

미리 스택 구성을 계획하세요

AI 서버 PCB는 다수의 고속 인터페이스와 복잡한 전력 분배 시스템을 갖추고 있으므로, 설계 초기 단계부터 스택업 계획을 수립해야 합니다. 고속 신호는 내부 레이어에 배치하고, 균형 잡힌 레이어 구조를 유지하며, 신호 품질을 향상시키고 간섭을 줄이기 위해 전원 및 접지면을 전략적으로 배치해야 합니다.

고속 라우팅 최적화

PCIe, DDR 메모리 및 고속 네트워킹 채널의 라우팅은 매우 중요합니다. 시스템 전체에서 최상의 신호 품질을 유지하기 위해 PCB 설계자는 임피던스 제어, 길이 정합, 누화 감소 등을 고려해야 합니다.

저임피던스 전력 분배 네트워크 구축

GPU와 AI 가속기의 전력 요구량은 지속적으로 증가하고 있으며, 이에 따라 전력 안정성은 핵심 설계 고려 사항입니다. 이러한 목표를 달성하기 위해서는 AI 서버 PCB 설계 과정에서 최적화된 전력 평면, 적절한 디커플링 커패시터 배치, 효율적인 전류 경로 확보가 필수적입니다.

열 관리 최적화

AI 서버 PCB를 설계할 때 고려해야 할 또 다른 중요한 요소는 고성능 GPU와 AI 가속기에서 발생하는 열입니다. 열 방출을 개선하고 열 발생 지점을 줄이기 위해 열 비아, 구리 평면 및 부품 배치를 활용할 수 있습니다.

HDI 기술을 활용하세요

최신 AI 서버 PCB는 일반적으로 핀 수가 많은 장치와 고급 패키지를 사용하므로 고밀도 배선이 필수적입니다. 배선 효율을 향상시키기 위해 마이크로비아, 블라인드 비아, 매몰 비아, 순차 적층과 같은 HDI 기술이 복잡한 PCB 설계에 자주 사용됩니다.

스텁 효과를 통해 최소화

AI 서버 애플리케이션에서 안정적인 고속 데이터 전송을 유지하려면 비아 스텁 길이를 줄이는 것이 중요합니다. 다음과 같은 기술들이 사용됩니다. 역시추 그리고 최적화된 구조가 이러한 목적에 일반적으로 사용됩니다.

신뢰성을 위한 디자인

AI 서버 플랫폼은 장기간 연속 작동해야 하므로, 소재 선정, 열 설계 및 제조 품질은 장기적인 신뢰성과 안정적인 작동을 뒷받침해야 합니다.

MOKO Technology의 AI 서버 PCB 기능

AI 서버용 PCB 제조업체를 선택할 때는 전문성, 경험, 그리고 역량을 갖춘 업체를 찾는 것이 매우 중요합니다. 20년 경력의 PCB 제조업체인 MOKO Technology는 PCB 제작 및 공급 서비스를 제공합니다. PCB 조립 서비스 고급 컴퓨팅 및 AI 서버 애플리케이션을 위한 솔루션입니다. 당사의 역량은 다음과 같습니다.

• 최대 40층까지 다층 PCB 제조가 가능하며, AI 서버 아키텍처를 위한 복잡한 다층 라우팅을 지원합니다.
• HDI PCB정밀 레이저 드릴링으로 가공된 마이크로비아를 이용한 제작
• 고주파, 고속 신호 무결성을 위한 저손실 재료 가공
• TDR 테스트를 통해 검증된 제어 임피던스 생성
• BGA 어셈블리1000개 이상의 납땜 접합부가 있는
• AOI, 3D AXI X선 검사, ICT 및 기능 테스트를 포함한 종합적인 품질 보증

MOKO Technology는 시제품 제작이든 대량 생산이든 관계없이 AI 서버 애플리케이션의 성능, 신뢰성 및 신호 무결성 요구 사항을 충족하도록 설계된 엔드 투 엔드 PCB 솔루션을 제공합니다. 오늘 저희에게 연락하십시오 무료 견적을 받으려면.

AI 서버 PCB 관련 FAQ

1. AI 서버 PCB란 무엇입니까?

AI 서버 PCB는 AI 서버를 위해 특별히 설계된 인쇄 회로 기판입니다. 일반 서버 PCB에 비해 더 높은 컴퓨팅 성능, 더 빠른 데이터 전송 속도, 그리고 더 많은 전력 소비를 지원합니다.

2. AI 서버 PCB는 일반적으로 몇 개의 레이어로 구성되어 있습니까?

일반적으로 AI 서버 PCB는 28층에서 40층 사이의 레이어 수를 갖습니다. 하지만 더욱 정교한 설계에는 더 많은 레이어 수가 필요할 수 있습니다.

3. AI 서버 PCB에 저손실 재료가 필요한 이유는 무엇입니까?

저손실 소재는 신호 감쇠를 줄이고 신호 무결성을 유지할 수 있는데, 이는 AI 서버 PCB에 필수적입니다. AI 서버 PCB는 PCIe 5.0, PCIe 6.0 및 고급 네트워킹 기술과 같은 고속 인터페이스를 지원해야 하기 때문입니다.

4. AI 서버 PCB 설계의 주요 과제는 무엇입니까?

주요 과제로는 신호 무결성, 전력 무결성, 열 관리, 라우팅 밀도, 신뢰성 및 지속적으로 증가하는 데이터 전송 속도가 있습니다.

5. AI 서버 PCB에 일반적으로 사용되는 제조 기술은 무엇입니까?

AI 서버 PCB 제작 과정에서는 HDI 제작, 순차 적층, 백드릴링, 임피던스 제어 제조와 같은 기술이 일반적으로 사용됩니다.