De snelle groei van kunstmatige intelligentie heeft geleid tot een aanzienlijke vraag naar de hardware die deze ondersteunt, waaronder printplaten voor AI-servers. Naarmate de AI-werkbelasting blijft toenemen, moeten servers steeds grotere hoeveelheden data verwerken en krachtigere accelerators en snellere gegevensoverdracht ondersteunen. Daarom moeten printplaten voor AI-servers worden ontworpen en geproduceerd om aan deze hoge eisen te voldoen. Dit artikel gaat dieper in op de kenmerken van printplaten voor AI-servers, de verschillende soorten printplaten die in AI-computersystemen worden gebruikt en essentiële ontwerprichtlijnen voor printplaten voor AI-servers.
Wat is een AI-serverprintplaat?
Een AI-server-PCB is een printplaat die specifiek is ontworpen om te voldoen aan de hoge prestatie-eisen van kunstmatige intelligentie-workloads. Het vormt de basis voor het aansluiten en voeden van cruciale componenten zoals GPU's, CPU's, high-bandwidth memory (HBM), netwerkapparaten en stroomvoorzieningssystemen. In vergelijking met conventionele serverboards vereisen AI-server-PCB's complexere routingstructuren, betere thermische en stroomregeling, geavanceerdere materialen en een hoger aantal lagen.
AI-server-PCB versus standaard server-PCB: belangrijkste verschillen
Hoewel AI-servers een vergelijkbare systeemarchitectuur hebben als standaardservers, stellen ze veel hogere eisen aan de gebruikte printplaten. De printplaten van AI-servers zijn preciezer en complexer, kunnen meer data verwerken en zijn uiteraard duurder dan standaard serverprintplaten.
De onderstaande tabel vergelijkt de belangrijkste verschillen tussen de AI-serverprintplaat en de standaard serverprintplaat:
| Kenmerk | Standaard server-PCB | AI-server-PCB |
| Aantal lagen | Meestal 8-24 lagen | Meestal 28–46 lagen |
| Board Dikte | 2mm-5mm | 4mm-5mm |
| Aspect Ratio | Tot 15: 1 | Tot 20: 1 |
| Datasnelheid | PCIe 4.0 (16 GT/s) | PCIe 5.0/6.0, 112G/224G-netwerken |
| Materialen | Standaard FR4- of materialen met een gemiddeld verlies. | Materialen met lage en zeer lage verliezen |
| Vermogensdichtheid | Gemiddeld | Extreem hoog |
| Thermische vereisten | Conventionele koeloplossingen | Geavanceerd thermisch beheer |
| PCB-complexiteit | Medium | Zeer hoog |
7 belangrijkste PCB-typen die in AI-servers worden aangetroffen
Een AI-server bevat doorgaans verschillende soorten printplaten (PCB's), die elk specifieke functies vervullen voor berekeningen, communicatie, opslag, stroomvoorziening en systeembeheer. Hieronder staan de 7 belangrijkste PCB-typen die in AI-servers voorkomen:
1. GPU-basisbord (Unit Baseboard / UBB)
De GPU-basisplaat fungeert als platform voor het monteren van GPU-modules, het routeren van snelle NVLink-verbindingen en het bieden van PCIe-hostinterfaces. Dit type printplaat bestaat doorgaans uit ultralage-verlies laminaten zoals Megtron 7, met 24-32 lagen, en vereist bovendien strikte impedantiecontrole om te voldoen aan de extreme eisen voor signaalintegriteit bij 112G/224G PAM4 AI-workloads.
2. Printplaat voor GPU-acceleratormodule (OAM/SXM)
Deze printplaat integreert de GPU, HBM-geheugenmodules en het ingebouwde energiebeheer (VRM's). De printplaat van de module vereist een ultradichte HDI-constructie met 16-20 lagen en een ultradunne spoorbreedte en -afstand.
3. Servermoederbord (CPU-hostbord)
Het moederbord dat in AI-servers wordt gebruikt, is de centrale hub die de host-CPU's, het systeemgeheugen, de PCIe-interfaces en de BMC met elkaar verbindt. Dit type printplaat is meestal opgebouwd uit 16 tot 24 lagen en moet een sterke signaalintegriteit bieden in het geval van DDR5-geheugenkanalen met een hoge dichtheid en hoge snelheden. PCIe Gen5/Gen6 bussen.
4. Voedingsprintplaat / PSU-printplaat
Deze printplaten worden gebruikt voor de AC-DC-conversie en de stroomvoorziening via een zeer efficiënt 48V Power Delivery Network (PDN). Ze zijn voorzien van een dikke koperlaag (doorgaans 2-3 gram of meer), hoogspanningsisolatie en een goed thermisch beheer om betrouwbaar duizenden watts aan de processorarray te leveren.
5. NVSwitch Board (stoffen lade)
NVSwitch-kaarten worden gebruikt voor het beheren van full-mesh, GPU-to-GPU NVLink-routing in rack-systemen. Ze kenmerken zich door een extreem hoog aantal lagen, meestal van 32 tot 40 lagen of zelfs meer. Dankzij de Any-Layer HDI/ELIC-constructie en hoogwaardige materialen met ultralaag verlies kunnen ze de signaalkwaliteit behouden over enorme, dichte interconnect-netwerken.
6. Netwerkinterfacekaart (NIC / DPU)
Dit wordt gebruikt ter ondersteuning van ultrasnelle clusternetwerken op basis van ConnectX- of BlueField-architecturen. Deze printplaten zijn ontworpen voor PCIe Gen5/Gen6-interfaces en gegevensoverdrachtssnelheden van 400G tot 800G, waardoor AI-servers grote hoeveelheden data razendsnel kunnen verzenden en ontvangen.
7. Raad van Bestuur (BMC)
Vergeleken met andere AI-server-PCB's heeft de managementkaart een lager aantal lagen, doorgaans 6-10 lagen, en de meeste zijn gemaakt van standaard FR4-materiaal. Het stelt beheerders echter in staat om de hardwarestatus, het stroomverbruik en de temperatuur onafhankelijk van de hoofd-CPU te bewaken, omdat het out-of-band serverbeheerfuncties biedt.
Belangrijkste kenmerken van AI-server-PCB's
AI-server-PCB's worden gebouwd om te voldoen aan een reeks ve veeleisende technische eisen. Hieronder staan de belangrijkste kenmerken die ze onderscheiden van standaard serverboards:
- Hoge lagenaantallen
Printplaten voor AI-servers hebben meer lagen dan standaard serverprintplaten, omdat ze een hogere routingdichtheid moeten ondersteunen, complexere stroomdistributienetwerken moeten verwerken en snellere gegevensoverdracht mogelijk moeten maken. Een meerlaagse constructie is essentieel om aan deze eisen te voldoen.
- Signaaloverdracht met hoge snelheid
AI-servers moeten enorme hoeveelheden data uitwisselen tussen CPU's, GPU's, geheugen en netwerkapparaten. Daarom moeten de printplaten van AI-servers snelle signaaloverdracht ondersteunen om snelle en betrouwbare systeemprestaties te garanderen.
- Materialen met weinig verlies
Naarmate de hoeveelheid data toeneemt, wordt invoegverlies een steeds grotere zorg. Daarom worden printplaten voor AI-servers meestal gemaakt van materialen met een laag verlies, zoals Megtron 6, Megtron 7, Tachyon 100G en andere laminaten met een ultralaag verlies.
- Hoge vermogensafgiftevereisten
AI-acceleratoren verbruiken aanzienlijk meer stroom dan traditionele servercomponenten; daarom zijn printplaten voor AI-servers doorgaans voorzien van robuuste stroomvoorzieningsmogelijkheden om een stabiele en efficiënte werking van het systeem te garanderen.
- Geavanceerd thermisch beheer
De printplaten van AI-servers beschikken over geavanceerd thermisch beheer. Om optimale warmteafvoer te bereiken, zijn deze printplaten ontworpen met thermische via's, uitgebreide koperen vlakken en een geoptimaliseerde componentplaatsing.
- HDI-structuren
Veel AI-servertoepassingen vereisen HDI-technologieën ter ondersteuning van pakketten met een fijne pitch en dichte routing. Microvias, blinde vias, buried vias en sequentiële lamineertechnieken worden vaak gebruikt om de routingdichtheid te bereiken die vereist is voor moderne GPU- en acceleratorontwerpen.
Verder lezen: Blinde via en begraven via: wat is het verschil?
Richtlijnen voor het ontwerp van de printplaat van een AI-server
Het ontwerpen van printplaten voor AI-servers is veel complexer dan het ontwerpen van conventionele serverprintplaten. Tijdens het ontwikkelingsproces moet rekening worden gehouden met verschillende belangrijke ontwerpprincipes.
Plan de stapeling vroegtijdig in.
De printplaten van AI-servers zijn voorzien van talrijke snelle interfaces en een complex stroomdistributiesysteem. Daarom moet de opbouw van de componenten al vroeg in de ontwerpfase worden gepland. Snelle signalen moeten in de binnenste lagen worden geplaatst; zorg voor een evenwichtige lagenstructuur en plaats de voedings- en massavlakken strategisch om de signaalkwaliteit te verbeteren en interferentie te verminderen.
Optimaliseer snelle routering
Zorgvuldige routing van PCIe-, DDR-geheugen- en snelle netwerkkanalen is noodzakelijk. Om de beste signaalkwaliteit in het hele systeem te behouden, moeten PCB-ontwerpers rekening houden met aspecten als gecontroleerde impedantie, lengteaanpassing, overspraakreductie en meer.
Bouw een stroomdistributienetwerk met lage impedantie.
De energiebehoefte van GPU's en AI-acceleratoren neemt voortdurend toe, waardoor een goede stroomvoorziening een cruciale ontwerpvraag is. Om dit te bereiken, zijn geoptimaliseerde voedingsvlakken, een juiste plaatsing van ontkoppelingscondensatoren en efficiënte stroompaden essentieel tijdens het ontwerpproces van de printplaat voor AI-servers.
Optimaliseer het thermisch beheer.
Een andere cruciale factor om rekening mee te houden bij het ontwerpen van printplaten voor AI-servers is de warmte die wordt gegenereerd door krachtige GPU's en AI-acceleratoren. Thermische via's, koperen vlakken en de plaatsing van componenten kunnen worden gebruikt om de warmteafvoer te verbeteren en thermische hotspots te verminderen.
Gebruik HDI-technologieën
Moderne printplaten voor AI-servers maken doorgaans gebruik van componenten met een groot aantal pinnen en geavanceerde behuizingen, waardoor een dichte routing noodzakelijk is. Om de routingefficiëntie te verbeteren, worden vaak HDI-technologieën zoals microvias, blinde vias, buried vias en sequentiële laminering gebruikt ter ondersteuning van complexere printplaatontwerpen.
Minimaliseren via stub-effecten
Om betrouwbare, snelle gegevensoverdracht in AI-servertoepassingen te garanderen, is het belangrijk de lengte van de via-stub te verkorten. Technieken zoals terugboren En geoptimaliseerde via-structuren worden hiervoor vaak gebruikt.
Ontwerp voor betrouwbaarheid
Van AI-serverplatformen wordt verwacht dat ze gedurende langere perioden continu in bedrijf zijn. Materiaalkeuze, thermisch ontwerp en productiekwaliteit moeten allemaal bijdragen aan betrouwbaarheid en stabiele werking op de lange termijn.
De mogelijkheden van MOKO Technology op het gebied van AI-server-PCB's
Bij de keuze van een fabrikant van printplaten voor AI-servers is het cruciaal om een professionele, ervaren en bekwame fabrikant te vinden. MOKO Technology, met 20 jaar ervaring in de printplaatindustrie, biedt printplaatfabricage en -productie. PCB-assemblagediensten: voor geavanceerde computer- en AI-servertoepassingen. Onze mogelijkheden omvatten:
- Productie van printplaten met een hoog aantal lagen (tot 40 lagen), ter ondersteuning van complexe meerlaagse routing voor AI-serverarchitecturen.
- HDI PCBfabricage met nauwkeurig lasergeboorde microvias
- Verwerking van verliesarme materialen voor signaalintegriteit bij hoge frequenties en hoge snelheden
- Gecontroleerde impedantieproductie geverifieerd door TDR-testen
- BGA montagemet meer dan 1000 soldeerverbindingen
- Uitgebreide kwaliteitsborging, inclusief AOI, 3D AXI röntgeninspectie, ICT en functionele testen.
Of het nu gaat om een prototype of massaproductie, MOKO Technology levert complete PCB-oplossingen die zijn ontworpen om te voldoen aan de prestatie-, betrouwbaarheids- en signaalintegriteitseisen van AI-servertoepassingen. Contacteer ons vandaag om een gratis offerte te krijgen.
Veelgestelde vragen over de AI Server PCB
1. Wat is een AI-serverprintplaat?
Een AI-server-PCB is een printplaat die speciaal is ontworpen voor AI-servers. In vergelijking met een standaard server-PCB biedt deze een hogere rekenkracht, snellere gegevensoverdracht en een hoger energieverbruik.
2. Hoeveel lagen heeft een printplaat van een AI-server doorgaans?
Doorgaans hebben printplaten voor AI-servers 28 tot 40 lagen. Complexere ontwerpen vereisen echter mogelijk een nog hoger aantal lagen.
3. Waarom vereisen printplaten voor AI-servers materialen met een laag verlies?
Materialen met een laag verlies kunnen signaalverzwakking verminderen en de signaalintegriteit behouden, wat essentieel is voor printplaten van AI-servers omdat deze snelle interfaces zoals PCIe 5.0, PCIe 6.0 en geavanceerde netwerktechnologieën moeten ondersteunen.
4. Wat zijn de belangrijkste uitdagingen bij het ontwerpen van printplaten voor AI-servers?
De belangrijkste uitdagingen zijn onder meer signaalintegriteit, stroomvoorzieningsintegriteit, thermisch beheer, routeringsdichtheid, betrouwbaarheid en steeds hogere gegevensoverdrachtssnelheden.
5. Welke productietechnologieën worden doorgaans gebruikt bij de productie van printplaten voor AI-servers?
Tijdens het fabricageproces van printplaten voor AI-servers worden technologieën zoals HDI-fabricage, sequentiële laminering, backdrilling en controlled impedance manufacturing veelvuldig gebruikt.
