V současné době rozmachu vývoje umělé inteligence mají servery s umělou inteligencí jako hlavní nositel inteligentních počítačů přímý dopad na výkon aplikací umělé inteligence. A PCB, základní součást elektronických zařízení, je pro servery AI zásadní.
Přísné požadavky na výkon serverů AI pro desky s plošnými spoji Požadavky na vysokorychlostní přenos dat
Servery s umělou inteligencí jsou zodpovědné za zpracování obrovského množství dat a provádění složitých výpočetních úloh, díky čemuž je rychlost přenosu dat klíčovým ukazatelem výkonu. Vezmeme-li jako příklad trénink modelu umělé inteligence, je třeba často vyměňovat velké množství dat mezi čipy, pamětí a úložnými zařízeními v krátkém časovém období. V tomto okamžiku musí PCB zajistit, že datový signál je stabilní a přesný během vysoko-frekvenčního a{3}}rychlostního přenosu, aby nedocházelo k útlumu a zkreslení signálu. K dosažení tohoto cíle musí mít desky plošných spojů nízkou dielektrickou konstantu a nízký ztrátový činitel, aby se snížily ztráty přenosu signálu. Přesná kontrola impedance je přitom nezbytná. Pouze zajištěním impedančního přizpůsobení přenosové cesty signálu lze zabránit odrazu signálu a zajistit, aby přenos dat byl přesný a bezchybný.
Požadavky na efektivní odvod tepla
Četné-výkonné čipy na serveru AI generují během provozu značné množství tepla. Pokud není odvod tepla včasný, vysoká teplota čipu povede ke snížení výkonu a dokonce k poškození hardwaru. Například při práci v clusteru GPU může více čipů GPU, které běží společně, způsobit, že místní teploty stoupnou nad 120 stupňů. Desky plošných spojů proto musí nést odpovědnost za účinný odvod tepla. To vyžaduje použití materiálů s vysokou tepelnou vodivostí, jako jsou hliníkové substráty (s tepelnou vodivostí až 2,0 W/m · K) nebo zapuštěné měděné bloky pro zlepšení schopností odvodu tepla. Současně je teplo pomocí přiměřených kanálů pro odvod tepla, jako je nastavení otvorů pro odvod tepla, vrstvy pro odvod tepla atd., rychle vedeno do chladiče, aby se udržoval stabilní provoz čipu při vhodné teplotě.
Požadavky na uspořádání obvodu s vysokou hustotou
S rozvojem technologie AI se integrace elektronických komponent do serverů AI stále zvyšuje. desky s plošnými spoji musí dosáhnout hustšího rozložení obvodů na omezeném prostoru, aby splnily požadavky na rostoucí počet součástek a funkční složitost. Je to jako naplánovat více silnic a budov v omezeném městském prostoru, zajistit jak kompaktní uspořádání, tak-nekolidování mezi různými liniemi a komponenty. Například malé moduly akcelerátoru AI často používají technologii HDI 4-5 řádů, která výrazně zvyšuje hustotu kabeláže, zmenšuje velikost obvodové desky a zajišťuje stabilitu přenosu signálu mikrootvory, slepými otvory a zakopanými otvory.
Klíčová role PCB v AI serverech
Fyzická podpora a platforma elektrického připojení
PCB poskytuje solidní fyzickou podporu pro různé elektronické komponenty v serverech AI, stejně jako základy budovy. Zároveň buduje elektrickou propojovací síť mezi komponenty, těsně propojující klíčové komponenty, jako je CPU, GPU, paměť a úložiště, aby mohly spolupracovat. Z makro pohledu závisí přenos datových signálů, distribuce energie a správa mezi různými komponentami v rámci serveru na PCB. Různé komponenty mají různé požadavky na přenos signálu a desky s plošnými spoji splňují tyto různorodé potřeby díky pečlivému rozvržení obvodů a cest přenosu signálu, což zajišťuje koordinovaný provoz celého serverového systému.
Přenos datového signálu a řízení spotřeby
Pokud jde o přenos datových signálů, PCB je zodpovědná za přesný a rychlý přenos datových signálů generovaných různými součástmi do cílové součásti. Například data zpracovaná CPU je třeba přenést do paměti přes PCB nebo do GPU pro další výpočty. Během tohoto procesu musí PCB zajistit integritu a stabilitu signálu. Pokud jde o správu napájení, PCB je zodpovědná za stabilní distribuci energie do různých komponent, což zajišťuje, že každá komponenta přijímá odpovídající napětí a proud. Současně lze rozumným uspořádáním napájecí a zemní vrstvy snížit výkonový šum a elektromagnetické rušení a vytvořit tak dobré elektrické prostředí pro přenos signálu.
Pokročilé materiály a technologie splňující poptávku
Materiály a procesy pro vysokorychlostní{0}}přenos
Aby bylo možné uspokojit poptávku serverů s umělou inteligencí po vysoko{0}}rychlostním přenosu desek plošných spojů, přijalo toto odvětví řadu pokročilých materiálů. Polytetrafluorethylen a keramické výplňové materiály jsou ideální volbou pro vysokofrekvenční aplikace díky jejich vynikající nízké dielektrické konstantě a nízkému ztrátovému faktoru. Vysoká cena těchto materiálů však omezuje jejich rozsáhlé-použití. Za tímto účelem někteří výrobci vyvinuli hybridní substráty, jako je kombinace FR-4 s PTFE s použitím levného-materiálu FR-4 v nekritických signálových vrstvách a PTFE v kritických signálových vrstvách, což efektivně snižuje náklady a zároveň zajišťuje výkon. Z hlediska technologie byla široce používána technologie laserového vrtání. Tradiční mechanické vrtání je náchylné k vytváření otřepů při zpracování otvorů pod 0,2 mm, které mohou ovlivnit vodivost a přenos signálu průchozími otvory. Technologie vrtání CO ₂ laserem může dosáhnout opracování 0,15 mm mikrootvorů s drsností stěny otvoru menší nebo rovnou 15 μm, což výrazně zlepšuje účinnost přenosu vysokofrekvenčního signálu. Kromě toho mohou pokročilé procesy leptání dosáhnout jemnější výroby obvodů a splnit požadavky na kabeláž s vysokou hustotou.
Technologie odvodu tepla a konstrukční optimalizace
Aby se překonal problém s rozptylem tepla, kromě použití materiálů s vysokou tepelnou vodivostí výrobci pokračují v inovacích v optimalizaci struktury desek plošných spojů. Například použití technologie měděné desky o tloušťce 6 oz může snížit tepelný odpor o 30 % a účinně zlepšit odvod tepla. V některých špičkových-serverových deskách s tištěnými spoji s umělou inteligencí jsou také zabudovány jednotné tepelné desky nebo tepelné trubice, které využívají svou účinnou tepelnou vodivost k rychlému rozptýlení tepla generovaného čipem do celé desky plošných spojů a k jeho rozptýlení pak používají externí zařízení pro odvod tepla, jako jsou chladiče. Zároveň optimalizujte rozvržení desky plošných spojů soustředěním vysoce výkonných komponentů do oblastí s dobrým odvodem tepla a zvýšením počtu a hustoty otvorů pro odvod tepla, abyste dále zlepšili účinnost odvodu tepla. Díky komplexní aplikaci těchto technologií pro odvod tepla je zajištěno, že teplota čipu serveru AI zůstane v bezpečném rozsahu při dlouhodobém-provozu s vysokou zátěží, což zajišťuje stabilní provoz serveru.
Technologický průlom ve-vysokohustotní elektroinstalaci
K dosažení vysoké{0}}hustoty kabeláže se technologie HDI stala hlavním proudem. HDI dosahuje těsnějších elektrických spojení mezi různými vrstvami vytvořením malých prokovů (mikrootvory, slepé otvory a zakopané otvory) ve vnitřní vrstvě desky plošných spojů. V některých základních deskách serverů s umělou inteligencí, které vyžadují extrémně velký prostor, zvyšuje technologie HDI hustotu zapojení několikrát více než tradiční desky s plošnými spoji. Současně se neustále vyvíjejí vícevrstvé desky s plošnými spoji, které poskytují více prostoru pro uspořádání obvodů zvýšením počtu vrstev, které mohou pojmout více součástek a složitější obvody. Například vrstvy PCB některých serverů AI přesáhly 18 vrstev a dokonce dosáhly 32 vrstev. U více-vrstvých desek plošných spojů rozumné plánování rozmístění vrstev napájení, uzemnění a signálu účinně snižuje elektromagnetické rušení a přeslechy signálu, zlepšuje integritu signálu a splňuje{10}}vysoké požadavky na výkon serverů AI.