В нынешнюю эпоху бурного развития искусственного интеллекта серверы ИИ, как основной носитель интеллектуальных вычислений, оказывают прямое влияние на производительность приложений ИИ. А печатная плата, фундаментальный компонент электронных устройств, имеет решающее значение для серверов искусственного интеллекта.
Жесткие требования к производительности AI-серверов для печатных плат. Требования к скорости передачи данных.
Серверы искусственного интеллекта отвечают за обработку огромных объемов данных и выполнение сложных вычислительных задач, поэтому скорость передачи данных является ключевым показателем производительности. Если взять в качестве примера обучение модели ИИ, то между чипами, памятью и устройствами хранения необходимо часто обмениваться большими объемами данных за короткий период времени. На этом этапе печатная плата должна обеспечить стабильность и точность сигнала данных во время высокочастотной и высокоскоростной передачи, избегая затухания и искажения сигнала. Для достижения этой цели печатные платы должны иметь низкую диэлектрическую проницаемость и низкий коэффициент потерь для снижения потерь при передаче сигнала. Между тем, необходим точный контроль импеданса. Только обеспечив согласование импедансов тракта передачи сигнала, можно предотвратить отражение сигнала и обеспечить точную и безошибочную передачу данных.
Требования к эффективному отводу тепла
Многочисленные высокопроизводительные-чипы внутри сервера искусственного интеллекта выделяют значительное количество тепла во время работы. Если отвод тепла не будет своевременным, высокая температура чипа приведет к снижению производительности и даже повреждению оборудования. Например, при работе в кластере графических процессоров совместная работа нескольких чипов графического процессора может привести к тому, что локальная температура превысит 120 градусов. Следовательно, печатные платы должны нести ответственность за эффективное рассеивание тепла. Это требует использования материалов с высокой теплопроводностью, таких как алюминиевые подложки (с теплопроводностью до 2,0 Вт/м · К) или встроенных медных блоков для улучшения возможностей рассеивания тепла. В то же время, через разумные каналы рассеивания тепла, такие как отверстия для рассеивания тепла, слои рассеивания тепла и т. д., тепло быстро направляется к радиатору для поддержания стабильной работы чипа при подходящей температуре.
Требования к компоновке схемы высокой плотности
С развитием технологий искусственного интеллекта интеграция электронных компонентов в серверы искусственного интеллекта продолжает расти. Печатные платы должны иметь более плотную компоновку в ограниченном пространстве, чтобы соответствовать требованиям растущего количества компонентов и функциональной сложности. Это похоже на планирование большего количества дорог и зданий на ограниченном городском пространстве, обеспечивающее как компактную планировку, так и отсутствие-вмешательства между различными линиями и компонентами. Например, в небольших модулях ускорителя искусственного интеллекта часто используется технология HDI 4-5 порядка, которая значительно увеличивает плотность проводки, уменьшает размер печатной платы и обеспечивает стабильность передачи сигнала через микроотверстия, глухие отверстия и заглубленные отверстия.
Ключевая роль печатной платы в серверах искусственного интеллекта
Платформа физической поддержки и электрического подключения
pcb обеспечивает надежную физическую поддержку различных электронных компонентов серверов искусственного интеллекта, как фундамент здания. В то же время он создает сеть электрических соединений между компонентами, тесно соединяя ключевые компоненты, такие как ЦП, графический процессор, память и хранилище, чтобы они могли работать вместе. С макроэкономической точки зрения передача сигнала данных, распределение мощности и управление между различными компонентами сервера — все это зависит от печатной платы. Различные компоненты предъявляют разные требования к передаче сигнала, а печатные платы удовлетворяют эти разнообразные потребности за счет тщательной компоновки схемы и путей передачи сигналов, обеспечивая скоординированную работу всей серверной системы.
Передача сигнала данных и управление питанием
Что касается передачи сигналов данных, печатная плата отвечает за точную и быструю передачу сигналов данных, генерируемых различными компонентами, к целевому компоненту. Например, данные, обработанные ЦП, необходимо передать в память через печатную плату или в графический процессор для дальнейших вычислений. Во время этого процесса печатная плата должна обеспечить целостность и стабильность сигнала. Что касается управления питанием, печатная плата отвечает за стабильное распределение мощности между различными компонентами, гарантируя, что каждый компонент получит соответствующее напряжение и ток. В то же время, разумно расположив слои питания и заземления, можно уменьшить энергетический шум и электромагнитные помехи, создавая хорошую электрическую среду для передачи сигнала.
Передовые материалы и технологии, отвечающие спросу
Материалы и процессы для высокоскоростной-передачи данных
Чтобы удовлетворить потребности серверов искусственного интеллекта в высокоскоростной-передаче печатных плат, отрасль внедрила ряд передовых материалов. Политетрафторэтилен и керамические наполнители являются идеальным выбором для высокочастотных применений благодаря их превосходной низкой диэлектрической проницаемости и низкому коэффициенту потерь. Однако высокая стоимость этих материалов ограничивает их широкомасштабное-применение. С этой целью некоторые производители разработали гибридные подложки, например сочетание FR-4 с ПТФЭ, использование недорогого-материала FR-4 в некритических сигнальных слоях и ПТФЭ в критических сигнальных слоях, что эффективно снижает затраты, обеспечивая при этом производительность. С технической точки зрения широкое распространение получила технология лазерного сверления. Традиционное механическое сверление склонно к образованию заусенцев при обработке отверстий размером менее 0,2 мм, что может повлиять на проводимость и передачу сигнала через отверстия. Технология лазерного сверления CO₂ позволяет добиться обработки микроотверстий диаметром 0,15 мм с шероховатостью стенок отверстий менее или равной 15 мкм, что значительно повышает эффективность передачи высокочастотного сигнала. Кроме того, усовершенствованные процессы травления позволяют добиться более точного изготовления схем и удовлетворить требования к проводке высокой плотности.
Технология отвода тепла и структурная оптимизация
Чтобы решить проблему рассеивания тепла, помимо использования материалов с высокой теплопроводностью, производители продолжают внедрять инновации в оптимизации структуры печатных плат. Например, использование технологии медных пластин толщиной 6 унций может снизить тепловое сопротивление на 30% и эффективно улучшить рассеивание тепла. В некоторые высокопроизводительные печатные платы серверов AI также встроены однородные тепловые пластины или тепловые трубки, которые используют свою эффективную теплопроводность для быстрого рассеивания тепла, выделяемого чипом, по всей печатной плате, а затем используют внешние устройства рассеивания тепла, такие как радиаторы, для его рассеивания. В то же время оптимизируйте компоновку печатной платы, сосредоточив-мощные компоненты в областях с хорошим отводом тепла и увеличив количество и плотность отверстий для отвода тепла для дальнейшего повышения эффективности отвода тепла. Благодаря комплексному применению этих технологий рассеивания тепла обеспечивается сохранение температуры чипа AI-сервера в безопасном диапазоне при длительной-работе с высокой нагрузкой, что обеспечивает стабильную работу сервера.
Технологический прорыв в области-прокладки проводов высокой плотности
Чтобы добиться высокой-плотности проводки, широкое распространение получила технология HDI. HDI обеспечивает более плотные электрические соединения между различными слоями за счет создания крошечных переходных отверстий (микроотверстий, глухих и скрытых отверстий) во внутреннем слое печатной платы. В некоторых материнских платах серверов AI, которым требуется очень много места, технология HDI увеличивает плотность проводки в несколько раз выше, чем традиционные печатные платы. В то же время многослойные печатные платы постоянно развиваются, предоставляя больше места для размещения схем за счет увеличения количества слоев, на которых можно разместить больше компонентов и более сложные схемы. Например, количество слоев печатной платы некоторых серверов AI превысило 18 и даже достигло 32 слоев. В многослойных печатных платах разумное планирование расположения слоев питания, земли и сигналов эффективно снижает электромагнитные помехи и перекрестные помехи, улучшает целостность сигнала и соответствует высоким-требованиям к производительности серверов искусственного интеллекта.