Na era atual de desenvolvimento acelerado da inteligência artificial, os servidores de IA, como principais transportadores da computação inteligente, têm um impacto direto no desempenho das aplicações de IA. E o PCB, o componente fundamental em dispositivos eletrônicos, é crucial em servidores de IA.
Os rigorosos requisitos de desempenho dos servidores de IA para placas de circuito impressoRequisitos de transmissão de dados em alta velocidade
Os servidores de IA são responsáveis pelo processamento de grandes quantidades de dados e pela execução de tarefas computacionais complexas, tornando a velocidade de transmissão de dados um indicador-chave de desempenho. Tomando como exemplo o treinamento de modelos de IA, uma grande quantidade de dados precisa ser trocada frequentemente entre chips, memória e dispositivos de armazenamento em um curto período de tempo. Neste ponto, a PCB precisa garantir que o sinal de dados seja estável e preciso durante a transmissão de alta-frequência e alta{3}}velocidade, evitando atenuação e distorção do sinal. Para atingir esse objetivo, as placas de circuito impresso precisam ter características de baixa constante dielétrica e baixo fator de perda para reduzir as perdas de transmissão de sinal. Enquanto isso, o controle preciso da impedância é indispensável. Somente garantindo a correspondência de impedância do caminho de transmissão do sinal é que a reflexão do sinal pode ser evitada e a transmissão de dados pode ser garantida como precisa e livre de erros.
Requisitos eficientes de dissipação de calor
Os vários chips de alto-desempenho no servidor de IA geram uma quantidade significativa de calor durante a operação. Se a dissipação de calor não for oportuna, a alta temperatura do chip levará à degradação do desempenho e até mesmo a danos ao hardware. Por exemplo, ao trabalhar em um cluster de GPU, vários chips de GPU funcionando juntos podem fazer com que as temperaturas locais subam acima de 120 graus. Portanto, as placas de circuito impresso precisam assumir a responsabilidade pela dissipação eficiente de calor. Isto requer o uso de materiais de alta condutividade térmica, como substratos de alumínio (com uma condutividade térmica de até 2,0 W/m·K) ou blocos de cobre incorporados para melhorar a capacidade de dissipação de calor. Ao mesmo tempo, através de canais de dissipação de calor razoáveis, como a criação de orifícios de dissipação de calor, camadas de dissipação de calor, etc., o calor é rapidamente guiado para o dissipador de calor para manter a operação estável do chip a uma temperatura adequada.
Requisitos de layout de circuito de alta densidade
Com o desenvolvimento da tecnologia de IA, a integração de componentes eletrônicos em servidores de IA continua a aumentar. as placas de circuito impresso devem obter layouts de circuito mais densos dentro de um espaço limitado para atender às demandas de aumento no número de componentes e complexidade funcional. Isso é como planejar mais estradas e edifícios dentro de um espaço urbano limitado, garantindo um layout compacto e a não{2}}interferência entre várias linhas e componentes. Por exemplo, pequenos módulos aceleradores de IA geralmente usam tecnologia HDI de ordem 4-5, o que aumenta muito a densidade da fiação, reduz o tamanho da placa de circuito e garante a estabilidade da transmissão do sinal através de microfuros, furos cegos e furos enterrados.
O papel fundamental do PCB em servidores de IA
Plataforma de suporte físico e conexão elétrica
pcb fornece suporte físico sólido para vários componentes eletrônicos em servidores de IA, assim como a fundação de um edifício. Ao mesmo tempo, ele constrói uma rede de conexão elétrica entre os componentes, conectando firmemente os principais componentes, como CPU, GPU, memória e armazenamento, para permitir que trabalhem juntos. De uma perspectiva macro, a transmissão do sinal de dados, a distribuição de energia e o gerenciamento entre vários componentes do servidor dependem do PCB. Diferentes componentes têm diferentes requisitos para transmissão de sinal, e as placas de circuito impresso atendem a essas diversas necessidades por meio de layout cuidadoso de circuitos e caminhos de transmissão de sinal, garantindo a operação coordenada de todo o sistema do servidor.
Transmissão de sinal de dados e gerenciamento de energia
Em termos de transmissão de sinal de dados, o PCB é responsável por transmitir com precisão e rapidez os sinais de dados gerados por diferentes componentes para o componente alvo. Por exemplo, os dados processados pela CPU precisam ser transmitidos para armazenamento de memória através do PCB ou para a GPU para cálculos adicionais. Durante este processo, a placa deve garantir a integridade e estabilidade do sinal. Em termos de gerenciamento de energia, o PCB é responsável por distribuir energia de forma estável para vários componentes, garantindo que cada componente receba tensão e corrente adequadas. Ao mesmo tempo, ao organizar razoavelmente as camadas de energia e de aterramento, o ruído de energia e a interferência eletromagnética podem ser reduzidos, criando um bom ambiente elétrico para a transmissão do sinal.
Materiais e tecnologias avançadas que atendem à demanda
Materiais e processos para transmissão-de alta velocidade
Para atender à demanda de servidores de IA para transmissão de placas de circuito impresso em alta-velocidade, a indústria adotou uma série de materiais avançados. Os materiais de enchimento de politetrafluoretileno e cerâmica são escolhas ideais para aplicações de alta-frequência devido às suas excelentes características de baixa constante dielétrica e baixo fator de perda. No entanto, o alto custo desses materiais limita sua aplicação em-grande escala. Para esse fim, alguns fabricantes desenvolveram substratos híbridos, como a combinação de FR-4 com PTFE, usando material FR-4 de baixo custo em camadas de sinal não críticas e PTFE em camadas de sinal críticas, o que reduz efetivamente os custos e ao mesmo tempo garante o desempenho. Em termos de tecnologia, a tecnologia de perfuração a laser tem sido amplamente utilizada. A perfuração mecânica tradicional é propensa a produzir rebarbas ao processar aberturas abaixo de 0,2 mm, o que pode afetar a condutividade e a transmissão do sinal dos furos passantes. A tecnologia de perfuração a laser CO ₂ pode atingir processamento de microfuros de 0,15 mm, com rugosidade da parede do furo menor ou igual a 15 μm, melhorando significativamente a eficiência da transmissão de sinal de alta frequência. Além disso, processos avançados de gravação podem alcançar uma fabricação de circuitos mais refinada e atender aos requisitos de fiação de alta densidade.
Tecnologia de dissipação de calor e otimização estrutural
Para superar o problema de dissipação de calor, além de utilizar materiais de alta condutividade térmica, os fabricantes continuam inovando na otimização da estrutura do PCB. Por exemplo, o uso da tecnologia de placa de cobre com 6 onças de espessura pode reduzir a resistência térmica em 30% e melhorar efetivamente a dissipação de calor. Em algumas-placas de circuitos impressos de servidores de IA de ponta, também são incorporadas placas de calor uniformes ou tubos de calor, que utilizam sua condutividade térmica eficiente para dissipar rapidamente o calor gerado pelo chip para toda a placa de circuito impresso e, em seguida, usam dispositivos externos de dissipação de calor, como dissipadores de calor, para dissipá-lo. Ao mesmo tempo, otimize o layout da placa de circuito impresso concentrando-componentes de alta potência em áreas com boa dissipação de calor e aumentando o número e a densidade dos orifícios de dissipação de calor para melhorar ainda mais a eficiência da dissipação de calor. Através da aplicação abrangente dessas tecnologias de dissipação de calor, é garantido que a temperatura do chip do servidor de IA permaneça dentro de uma faixa segura sob operação de alta carga-de longo prazo, garantindo a operação estável do servidor.
Avanço tecnológico em fiação de alta-densidade
Para obter cabeamento de alta-densidade, a tecnologia HDI se tornou popular. O HDI consegue conexões elétricas mais estreitas entre diferentes camadas, criando pequenas vias (microfuros, furos cegos e furos enterrados) na camada interna da placa de circuito impresso. Em algumas placas-mãe de servidores de IA que exigem espaço extremamente grande, a tecnologia HDI aumenta a densidade da fiação várias vezes mais do que as placas de circuito impresso tradicionais. Ao mesmo tempo, placas de circuitos impressos multi{4}}camadas estão em constante desenvolvimento, proporcionando mais espaço para layout de circuitos, aumentando o número de camadas, que podem acomodar mais componentes e circuitos mais complexos. Por exemplo, as camadas PCB de alguns servidores de IA ultrapassaram 18 camadas e chegaram até a 32 camadas. Em placas de circuitos impressos multi{9}}camadas, o planejamento razoável do layout das camadas de energia, aterramento e sinal reduz efetivamente a interferência eletromagnética e a diafonia do sinal, melhora a integridade do sinal e atende aos requisitos de alto-desempenho dos servidores de IA.