Печатные платы для серверов с искусственным интеллектом: типы, рекомендации по проектированию и основные характеристики.

Стремительный рост искусственного интеллекта привел к значительному увеличению спроса на поддерживающее его оборудование, включая печатные платы для серверов ИИ. По мере роста объемов задач ИИ серверам необходимо обрабатывать большие объемы данных, поддерживать более мощные ускорители и более быструю передачу данных. Поэтому печатные платы для серверов ИИ должны быть спроектированы и изготовлены с учетом этих высоких требований. В этой статье рассматриваются особенности печатных плат для серверов ИИ, различные типы печатных плат, используемых в вычислительных системах ИИ, и основные рекомендации по проектированию печатных плат для серверов ИИ.

Что такое печатная плата сервера искусственного интеллекта?

Печатная плата для серверов искусственного интеллекта — это печатная плата, специально разработанная для поддержки высокопроизводительных вычислительных задач в области искусственного интеллекта. Она служит основой для подключения и питания критически важных компонентов, таких как графические процессоры (GPU), центральные процессоры (CPU), высокоскоростная память (HBM), сетевые устройства и системы питания. По сравнению с обычными серверными платами, печатные платы для серверов искусственного интеллекта требуют более сложных структур трассировки, более эффективного теплового и энергоконтроля, современных материалов и большего количества слоев.

Плата сервера с искусственным интеллектом против стандартной платы сервера: ключевые различия.

Хотя серверы с искусственным интеллектом имеют схожую системную архитектуру со стандартными серверами, к используемым печатным платам к ним предъявляются гораздо более высокие требования. Печатные платы для серверов с искусственным интеллектом более точны и сложны, способны обрабатывать больше данных и, конечно же, дороже, чем печатные платы стандартных серверов.

В таблице ниже приведено сравнение основных различий между печатной платой сервера AI и стандартной печатной платой сервера:

7 основных типов печатных плат, встречающихся в серверах искусственного интеллекта.

Сервер для искусственного интеллекта обычно содержит несколько типов печатных плат, каждая из которых выполняет определенные функции, обеспечивая вычисления, связь, хранение данных, подачу питания и управление системой. Вот 7 основных типов печатных плат, встречающихся в серверах для искусственного интеллекта:

1. Материнская плата для графического процессора (Unit Baseboard / UBB)

Плата графического процессора служит платформой для установки модулей графического процессора, прокладки высокоскоростных соединений NVLink и обеспечения интерфейсов хоста PCIe. Как правило, такие печатные платы состоят из ламинатов со сверхнизкими потерями, таких как Megtron 7, с 24-32 слоями, и требуют строгого контроля импеданса для обеспечения экстремальных требований к целостности сигнала для рабочих нагрузок ИИ 112G/224G PAM4.

2. Плата модуля графического ускорителя (OAM/SXM)

Эта плата объединяет в себе графический процессор, стеки памяти HBM и встроенные модули управления питанием (VRM). Для изготовления печатной платы модуля требуется сверхплотная 16-20-слойная конструкция HDI со сверхтонкой шириной и расстоянием между дорожками.

3. Материнская плата сервера (плата центрального процессора)

Материнская плата сервера, используемая в серверах искусственного интеллекта, является центральным узлом, соединяющим процессоры хоста, системную память, интерфейсы PCIe и BMC. Такая печатная плата обычно имеет от 16 до 24 слоев и должна обеспечивать высокую целостность сигнала в случае высокой плотности каналов памяти DDR5 и высокой скорости передачи данных. PCIe Gen5Автобусы 6-го поколения.

4. Плата питания / печатная плата блока питания

Эти платы используются для преобразования переменного тока в постоянный и обеспечения питания по высокоэффективной сети питания 48 В (PDN). Они отличаются толстым слоем меди (обычно 2–3 унции или больше), высоковольтной изоляцией и хорошим теплоотводом, что позволяет надежно подавать тысячи ватт на процессорный блок.

5. Плата NVSwitch (тканевый лоток)

Платы NVSwitch используются для управления маршрутизацией NVLink между графическими процессорами в стоечных системах. Они отличаются чрезвычайно большим количеством слоев, обычно от 32 до 40 и даже больше. Благодаря конструкции Any-Layer HDI / ELIC и использованию высококачественных материалов со сверхнизкими потерями, они способны поддерживать качество сигнала в массивных, плотных межсоединительных сетях.

6. Сетевая карта (NIC / DPU)

Это используется для поддержки сверхскоростных кластерных сетей на основе архитектур ConnectX или BlueField. Эти печатные платы разработаны для интерфейсов PCIe Gen5/Gen6 и передачи данных со скоростью от 400 до 800 Гбит/с, что позволяет серверам ИИ отправлять и получать большие объемы данных на высоких скоростях.

7. Правление (BMC)

По сравнению с другими печатными платами серверов с поддержкой ИИ, плата управления имеет меньшее количество слоев, обычно 6–10, и большинство из них изготовлены из стандартных материалов FR4. Однако она позволяет администраторам отслеживать состояние оборудования, показатели энергопотребления и температуру независимо от основного процессора, поскольку обеспечивает функции внеполосного управления сервером.

Основные характеристики печатных плат серверов искусственного интеллекта

Платы серверов с поддержкой искусственного интеллекта разработаны для удовлетворения широкого спектра высоких технических требований. Ниже перечислены ключевые особенности, отличающие их от стандартных серверных плат:

• Высокая численность стай

Печатные платы для серверов с искусственным интеллектом имеют больше слоев, чем стандартные серверные печатные платы, поскольку они должны поддерживать более высокую плотность трассировки, обрабатывать более сложные сети распределения питания и обеспечивать более быструю передачу данных. Многослойная конструкция необходима для выполнения этих требований.

• Высокоскоростная передача сигнала

Серверам ИИ необходимо передавать огромные объемы данных между центральными процессорами, графическими процессорами, памятью и сетевыми устройствами. Поэтому печатные платы серверов ИИ должны поддерживать высокоскоростную передачу сигналов для обеспечения быстрой и надежной работы системы.

• Материалы с низкими потерями

По мере увеличения объёма данных потери на входе становятся всё большей проблемой. Поэтому печатные платы для серверов искусственного интеллекта обычно изготавливаются из материалов с низкими потерями, таких как Megtron 6, Megtron 7, Tachyon 100G и других ламинатов со сверхнизкими потерями.

• Требования к передаче высокой мощности

Ускорители ИИ потребляют значительно больше энергии, чем традиционные серверные компоненты; поэтому печатные платы серверов ИИ обычно изготавливаются с надежными системами электропитания для обеспечения стабильной и эффективной работы системы.

• Расширенное управление температурным режимом

Печатные платы для серверов с искусственным интеллектом отличаются усовершенствованной системой теплоотвода. Для достижения оптимального рассеивания тепла эти платы имеют теплоотводящие переходные отверстия, обширные медные слои и оптимизированное размещение компонентов.

• Структуры ИРЧП

Для многих серверных приложений ИИ требуются технологии HDI (высокоплотная разводка) для поддержки корпусов с малым шагом выводов и плотной трассировки. Микропереходы, глухие переходные отверстия, скрытые переходные отверстия и методы последовательного ламинирования обычно используются для достижения плотности трассировки, необходимой для современных конструкций графических процессоров и ускорителей.

Дополнительная литература: Слепой и скрытый проходы: в чем разница?

Рекомендации по проектированию печатных плат для серверов искусственного интеллекта 

Разработка печатных плат для серверов с искусственным интеллектом гораздо сложнее, чем разработка обычных серверных плат. На протяжении всего процесса разработки необходимо учитывать несколько ключевых принципов проектирования.

Планируйте накопление заранее.

Печатные платы серверов ИИ оснащены многочисленными высокоскоростными интерфейсами и сложной системой распределения питания, поэтому планирование структуры слоев следует начинать на ранних этапах проектирования. Высокоскоростные сигналы следует размещать во внутренних слоях; необходимо поддерживать сбалансированную структуру слоев и стратегически располагать силовые и заземляющие плоскости для повышения качества сигнала и снижения помех.

Оптимизация высокоскоростной маршрутизации

Тщательная трассировка каналов PCIe, памяти DDR и высокоскоростных сетей необходима. Для поддержания наилучшего качества сигнала во всей системе разработчики печатных плат должны учитывать такие аспекты, как контролируемое сопротивление, согласование длины, снижение перекрестных помех и многое другое.

Создайте низкоимпедансную сеть распределения электроэнергии.

Потребности в энергии графических процессоров и ускорителей ИИ постоянно растут, поэтому обеспечение целостности питания является ключевым аспектом проектирования. Для достижения этой цели в процессе проектирования печатных плат серверов ИИ необходимы оптимизированные силовые плоскости, правильное размещение развязывающих конденсаторов и эффективные пути протекания тока.

Оптимизация управления температурным режимом

Еще одним важным фактором, который следует учитывать при проектировании печатных плат для серверов ИИ, является тепло, выделяемое высокопроизводительными графическими процессорами и ускорителями ИИ. Для улучшения теплоотвода и уменьшения зон перегрева можно использовать теплоотводящие переходные отверстия, медные плоскости и размещение компонентов.

Используйте технологии HDI

Современные печатные платы для серверов с искусственным интеллектом обычно используют устройства с большим количеством выводов и передовые корпуса, что делает необходимой плотную трассировку. Для повышения эффективности трассировки часто используются технологии HDI, такие как микропереходы, глухие переходы, скрытые переходы и последовательное ламинирование, что позволяет создавать более сложные конструкции печатных плат.

Минимизировать эффекты заглушек

Для обеспечения надежной высокоскоростной передачи данных в серверных приложениях ИИ важно сократить длину переходных отверстий. Для этого используются такие методы, как... обратное бурение Для этой цели обычно используются оптимизированные переходные структуры.

Проектирование для надежности

Ожидается, что серверные платформы для ИИ будут работать непрерывно в течение длительных периодов времени. Выбор материалов, тепловая конструкция и качество изготовления должны обеспечивать долговременную надежность и стабильную работу.

Возможности компании MOKO Technology в области производства печатных плат для серверов с искусственным интеллектом

При выборе производителя печатных плат для серверов с искусственным интеллектом крайне важно найти профессионала, опытного и компетентного специалиста. Компания MOKO Technology, имеющая 20-летний опыт работы в индустрии печатных плат, предоставляет услуги по изготовлению и производству печатных плат. Услуги по сборке печатных плат для передовых вычислительных и серверных приложений на основе искусственного интеллекта. Наши возможности включают:

• Производство печатных плат с большим количеством слоев — до 40 слоев, поддержка сложной многослойной трассировки для архитектур серверов искусственного интеллекта.
• HDI Печатные платыизготовление с использованием точно просверленных лазером микроотверстий
• Обработка материалов с низкими потерями для обеспечения целостности высокочастотных и высокоскоростных сигналов.
• Производство с контролируемым импедансом подтверждено методом TDR-тестирования.
• Сборка BGAс более чем 1000 паяными соединениями
• Комплексная система обеспечения качества, включающая AOI, 3D AXI рентгеновский контроль, ICT и функциональное тестирование.

Независимо от того, идет ли речь о прототипе или крупносерийном производстве, компания MOKO Technology предоставляет комплексные решения для печатных плат, разработанные с учетом требований к производительности, надежности и целостности сигнала, предъявляемых серверными приложениями искусственного интеллекта. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить бесплатную квоту.

Часто задаваемые вопросы о печатной плате сервера ИИ

1. Что такое печатная плата сервера искусственного интеллекта?

Печатная плата для серверов искусственного интеллекта — это печатная плата, специально разработанная для таких серверов. По сравнению со стандартными серверными печатными платами, она обеспечивает более высокую вычислительную мощность, более быструю передачу данных и меньшее энергопотребление.

2. Сколько слоев обычно имеет печатная плата сервера искусственного интеллекта?

Как правило, печатные платы для серверов с искусственным интеллектом имеют от 28 до 40 слоев. Однако для более сложных конструкций может потребоваться еще большее количество слоев.

3. Почему для печатных плат серверов ИИ требуются материалы с низкими потерями?

Материалы с низкими потерями могут уменьшить затухание сигнала и сохранить его целостность, что крайне важно для печатных плат серверов ИИ, поскольку они должны поддерживать высокоскоростные интерфейсы, такие как PCIe 5.0, PCIe 6.0, и передовые сетевые технологии.

4. Каковы основные проблемы проектирования печатных плат для серверов с искусственным интеллектом?

Ключевые проблемы включают целостность сигнала, целостность питания, теплоотвод, плотность маршрутизации, надежность и постоянно растущую скорость передачи данных.

5. Какие технологии производства обычно используются при изготовлении печатных плат для серверов с искусственным интеллектом?

В процессе изготовления печатных плат для серверов с искусственным интеллектом обычно используются такие технологии, как технология HDI-печати, последовательное ламинирование, обратное сверление и производство с контролируемым импедансом.