O rápido crescimento da inteligência artificial impulsionou uma demanda significativa por hardware que a suporte, incluindo placas de circuito impresso (PCBs) para servidores de IA. À medida que as cargas de trabalho de IA continuam a aumentar, os servidores precisam processar maiores quantidades de dados e suportar aceleradores mais potentes e transmissão de dados mais rápida. Portanto, as PCBs para servidores de IA devem ser projetadas e fabricadas para atender a esses requisitos exigentes. Este artigo explora as características das PCBs para servidores de IA, os diferentes tipos de PCBs usados em sistemas de computação de IA e as diretrizes essenciais para o projeto de PCBs para servidores de IA.
O que é uma placa de circuito impresso (PCB) para servidor de IA?
Uma placa de circuito impresso (PCB) para servidor de IA é projetada especificamente para suportar os requisitos de computação de alto desempenho de cargas de trabalho de inteligência artificial. Ela serve como base para conectar e alimentar componentes críticos, como GPUs, CPUs, memória de alta largura de banda (HBM), dispositivos de rede e sistemas de fornecimento de energia. Comparadas às placas de servidor convencionais, as PCBs para servidores de IA exigem estruturas de roteamento mais complexas, capacidades de controle térmico e de energia mais robustas, materiais avançados e maior número de camadas.
Placa de circuito impresso para servidor com IA vs. placa de circuito impresso para servidor padrão: principais diferenças
Embora os servidores de IA possuam arquiteturas de sistema semelhantes aos servidores padrão, eles têm requisitos muito mais elevados para as placas de circuito impresso (PCBs) utilizadas. As placas de circuito impresso para servidores de IA são mais precisas e complexas, mais capazes de lidar com dados e, naturalmente, mais caras do que as PCBs de servidores padrão.
A tabela abaixo compara as principais diferenças entre a placa de circuito impresso (PCB) do servidor de IA e a PCB do servidor padrão:
| Característica | Placa de circuito impresso padrão para servidor | PCB do servidor de IA |
| Contagem de Camadas | Normalmente 8-24 camadas | Geralmente de 28 a 46 camadas |
| Espessura da placa | 2mm-5mm | 4mm-5mm |
| Proporção da tela | Até 15: 1 | Até 20: 1 |
| Taxa de dados | PCIe 4.0 (16 GT/s) | PCIe 5.0/6.0, redes 112G/224G |
| Materiais | Materiais FR4 padrão ou de perda média | Materiais de baixa e baixíssima perda |
| Densidade de potência | Moderado | Extremamente alto |
| Requisitos térmicos | Soluções de refrigeração convencionais | Gerenciamento térmico avançado |
| Complexidade do PCB | Suporte: | Muito alto |
7 tipos principais de PCBs encontrados em servidores de IA
Um servidor de IA normalmente contém vários tipos de PCBs, cada um desempenhando funções específicas para viabilizar computação, comunicação, armazenamento, fornecimento de energia e gerenciamento do sistema. Aqui estão os 7 principais tipos de PCBs encontrados em servidores de IA:
1. Placa-mãe da GPU (Placa-mãe da unidade / UBB)
A placa-mãe da GPU funciona como uma plataforma para montar módulos de GPU, rotear conexões NVLink de alta velocidade e fornecer interfaces de host PCIe. Normalmente, esses tipos de PCBs são compostos de laminados de baixíssima perda, como o Megtron 7, com 24 a 32 camadas, e também exigem um controle de impedância rigoroso para atender aos requisitos extremos de integridade de sinal para cargas de trabalho de IA PAM4 de 112G/224G.
2. Placa de circuito impresso do módulo acelerador de GPU (OAM/SXM)
Esta placa integra o pacote da GPU, os módulos de memória HBM e o gerenciamento de energia integrado (VRMs). A placa de circuito impresso do módulo requer uma construção HDI ultradensa de 16 a 20 camadas com largura e espaçamento de trilhas extremamente finos.
3. Placa-mãe do servidor (placa de host da CPU)
A placa-mãe do servidor usada em servidores de IA é o hub central que conecta as CPUs do host, a memória do sistema, as interfaces PCIe e o BMC. Esse tipo de PCB geralmente é construído com 16 a 24 camadas e precisa fornecer alta integridade de sinal em casos de canais de memória DDR5 de alta densidade e alta velocidade. PCIe Gen5/Ônibus Gen6.
4. Placa de alimentação / PCB da fonte de alimentação
Essas placas são usadas para realizar a conversão CA-CC e fornecer energia através de uma rede de distribuição de energia (PDN) de 48 V de alta eficiência. Elas apresentam uma camada espessa de cobre (normalmente de 2 a 3 onças ou mais), isolamento de alta tensão e bom gerenciamento térmico para fornecer milhares de watts de forma confiável ao conjunto de processadores.
5. Placa NVSwitch (Bandeja de Tecido)
As placas NVSwitch são usadas para gerenciar o roteamento NVLink de GPU para GPU em malha completa em sistemas de escala de rack. Elas são caracterizadas por uma contagem extremamente alta de camadas, geralmente de 32 a 40 camadas ou até mais. Fabricadas com a tecnologia Any-Layer HDI/ELIC e materiais premium de baixíssima perda, elas conseguem manter a qualidade do sinal em interconexões densas e massivas.
6. Placa de Interface de Rede (NIC / DPU)
Isso é usado para suportar redes de cluster de altíssima velocidade baseadas nas arquiteturas ConnectX ou BlueField. Essas placas de circuito são projetadas para interfaces PCIe Gen5/Gen6 e transferência de dados de 400G a 800G, o que permite que servidores de IA enviem e recebam grandes quantidades de dados em alta velocidade.
7. Conselho de Administração (BMC)
Em comparação com outras placas de circuito impresso (PCBs) de servidores de IA, a placa de gerenciamento possui um número menor de camadas, tipicamente de 6 a 10, e a maioria delas é feita de materiais FR4 padrão. No entanto, ela permite que os administradores monitorem a integridade do hardware, as métricas de energia e a temperatura independentemente da CPU principal, pois fornece funções de gerenciamento de servidor fora da banda.
Principais características das placas de circuito impresso (PCBs) para servidores de IA
As placas de circuito impresso (PCBs) para servidores de IA são projetadas para atender a uma série de requisitos técnicos exigentes. Abaixo estão os principais recursos que as diferenciam das placas de servidor padrão:
- Alto número de camadas
As placas de circuito impresso (PCBs) para servidores de IA possuem mais camadas do que as PCBs de servidores padrão, pois precisam suportar maior densidade de roteamento, lidar com redes de distribuição de energia mais complexas e permitir transmissão de dados mais rápida. A construção multicamadas é essencial para atender a esses requisitos.
- Transmissão de sinal de alta velocidade
Servidores de IA precisam transferir grandes quantidades de dados entre CPUs, GPUs, memória e dispositivos de rede. Portanto, as placas de circuito impresso (PCBs) de servidores de IA devem suportar transmissão de sinal de alta velocidade para garantir um desempenho rápido e confiável do sistema.
- Materiais de baixa perda
Com o aumento do volume de dados, a perda de inserção torna-se uma preocupação crescente. Portanto, as placas de circuito impresso (PCBs) para servidores de IA são geralmente fabricadas com materiais de baixa perda, como Megtron 6, Megtron 7, Tachyon 100G e outros laminados de baixíssima perda.
- Requisitos de fornecimento de alta potência
Os aceleradores de IA consomem substancialmente mais energia do que os componentes de servidor tradicionais; portanto, as placas de circuito impresso (PCBs) de servidores de IA geralmente são fabricadas com recursos robustos de fornecimento de energia para suportar uma operação estável e eficiente do sistema.
- Gerenciamento térmico avançado
As placas de circuito impresso (PCBs) para servidores de IA apresentam gerenciamento térmico avançado. Para alcançar a dissipação de calor ideal, essas placas são projetadas com vias térmicas, extensas áreas de cobre e posicionamento otimizado dos componentes.
- Estruturas HDI
Muitas aplicações de servidores de IA exigem tecnologias HDI para suportar encapsulamentos de passo fino e requisitos de roteamento denso. Microvias, vias cegas, vias enterradas e técnicas de laminação sequencial são comumente usadas para atingir a densidade de roteamento exigida pelos projetos modernos de GPUs e aceleradores.
Leitura adicional: Via cega e via enterrada: qual é a diferença?
Diretrizes de projeto de PCB para servidores de IA
Projetar PCBs para servidores de IA é muito mais complexo do que projetar placas de servidor convencionais. Vários princípios de projeto fundamentais devem ser considerados ao longo do processo de desenvolvimento.
Planeje o acúmulo de tarefas com antecedência.
As placas de circuito impresso (PCBs) de servidores de IA são equipadas com inúmeras interfaces de alta velocidade e um sistema complexo de distribuição de energia; portanto, o planejamento da estrutura das camadas deve começar cedo na fase de projeto. Os sinais de alta velocidade devem ser posicionados nas camadas internas; mantenha uma estrutura de camadas equilibrada e organize os planos de alimentação e terra estrategicamente para melhorar a qualidade do sinal e reduzir a interferência.
Otimizar roteamento de alta velocidade
É necessário um roteamento cuidadoso dos canais PCIe, de memória DDR e de rede de alta velocidade. Para manter a melhor qualidade de sinal em todo o sistema, os projetistas de PCBs devem considerar aspectos como impedância controlada, casamento de comprimento, redução de diafonia e outros.
Construir uma rede de distribuição de energia de baixa impedância
As demandas de energia das GPUs e aceleradores de IA estão em constante crescimento, tornando a integridade da energia uma preocupação fundamental no projeto. Para atingir esse objetivo, planos de alimentação otimizados, posicionamento adequado de capacitores de desacoplamento e caminhos de corrente eficientes são necessários durante o processo de projeto da placa de circuito impresso (PCB) do servidor de IA.
Otimize o gerenciamento térmico.
Outro fator crítico a ser considerado no projeto de PCBs para servidores de IA é o calor gerado por GPUs de alto desempenho e aceleradores de IA. Vias térmicas, planos de cobre e posicionamento de componentes podem ser usados para melhorar a dissipação de calor e reduzir pontos quentes.
Utilize as tecnologias HDI
As placas de circuito impresso (PCBs) de servidores de IA modernos geralmente utilizam dispositivos com alta contagem de pinos e encapsulamentos avançados, o que torna necessário um roteamento denso. Para melhorar a eficiência do roteamento, tecnologias HDI, como microvias, vias cegas, vias enterradas e laminação sequencial, são frequentemente utilizadas para suportar projetos de PCB mais complexos.
Minimizar por meio de efeitos de esboço
Para manter a transmissão de dados confiável e em alta velocidade em aplicações de servidores de IA, é importante reduzir o comprimento do stub da via. Técnicas como perfuração e estruturas otimizadas são comumente usadas para esse propósito.
Design para confiabilidade
Espera-se que as plataformas de servidores de IA operem continuamente por longos períodos. A seleção de materiais, o projeto térmico e a qualidade de fabricação devem garantir confiabilidade a longo prazo e operação estável.
Capacidades da placa de circuito impresso (PCB) do servidor de IA da MOKO Technology
Ao escolher fabricantes de PCBs para servidores de IA, é fundamental garantir que você encontre um profissional, experiente e competente. A MOKO Technology, com 20 anos de experiência no setor de PCBs, oferece serviços de fabricação de PCBs e Serviços de montagem de PCB Para aplicações avançadas de computação e servidores de IA. Nossas capacidades incluem:
- Fabricação de PCBs com alta contagem de camadas (até 40 camadas), suportando roteamento multicamadas complexo para arquiteturas de servidores de IA.
- PCB HDIfabricação com microvias perfuradas a laser de forma precisa
- Processamento de materiais com baixa perda para integridade de sinal de alta frequência e alta velocidade
- Produção de impedância controlada verificada por teste TDR
- Montagem BGAcom mais de 1000 juntas de solda
- Garantia de qualidade abrangente, incluindo inspeção óptica automatizada (AOI), inspeção por raios X 3D AXI, teste de interação com a internet (ICT) e testes funcionais.
Seja para protótipos ou produção em larga escala, a MOKO Technology oferece soluções completas de PCBs projetadas para atender aos requisitos de desempenho, confiabilidade e integridade de sinal de aplicações de servidores de IA. Entre em contato conosco hoje mesmo para obter um orçamento gratuito.
Perguntas frequentes sobre a placa de circuito impresso do servidor de IA
1. O que é uma placa de circuito impresso (PCB) para servidor de IA?
Uma placa de circuito impresso (PCB) para servidor de IA é uma placa especialmente projetada para servidores de IA. Comparada a uma PCB de servidor padrão, ela suporta maior poder de processamento, transmissão de dados mais rápida e maior consumo de energia.
2. Quantas camadas normalmente possui uma placa de circuito impresso (PCB) de um servidor de IA?
Normalmente, as placas de circuito impresso (PCBs) de servidores de IA possuem entre 28 e 40 camadas. No entanto, projetos mais sofisticados podem exigir um número ainda maior de camadas.
3. Por que as placas de circuito impresso (PCBs) de servidores de IA exigem materiais de baixa perda?
Materiais de baixa perda podem reduzir a atenuação do sinal e manter sua integridade, o que é essencial para PCBs de servidores de IA, pois precisam suportar interfaces de alta velocidade, como PCIe 5.0, PCIe 6.0 e tecnologias de rede avançadas.
4. Quais são os principais desafios no projeto de PCBs para servidores de IA?
Os principais desafios incluem integridade de sinal, integridade de energia, gerenciamento térmico, densidade de roteamento, confiabilidade e velocidades de transmissão de dados cada vez maiores.
5. Quais tecnologias de fabricação são comumente usadas em PCBs para servidores de IA?
Durante o processo de fabricação de PCBs para servidores de IA, tecnologias como fabricação HDI, laminação sequencial, perfuração traseira e fabricação com impedância controlada são comumente utilizadas.
