10 geruzako AI zerbitzariaren PCB ingeniaritza azeleragailu hardwarearentzat

«AI zerbitzari PCB» sistemaren deskribapena da, ez fabrikazio klase bat. Terminoak oinarri-plaka, azeleragailu gehigarri txartel, CXL memoria gailu, birtenporizadore txartela, sare interfazea, modulu optikoen euskarria, kudeaketa kontrolatzailea, energia banaketa plaka edo likido hozte azpisistema baten barruko kontrol plaka txiki bat adieraz dezake. Produktu hauek ez dute geruza kopuru, laminatu, inpedantzia tolerantzia, HDI eraikuntza edo fidagarritasun plan bat partekatzen.

Hamar geruzako eraikuntza egokia izan daiteke IA azpiegiturako plaka hautatuetarako, baina ez litzateke goi-mailako azeleragailu-plaka edo etengailu-sistemetarako plataforma unibertsal gisa iragarri behar. Geruza-kopuru zuzena osagaien ihesaren, kanal-kopuruaren, erreferentzia-planoaren beharren, potentzia-banaketaren, konektorearen topologiaren, lodiera mekanikoaren eta kualifikazio-eskakizunen araberakoa da. Kasu askotan, hamabi, hamasei edo geruza gehiagoko ohiko plaka bat arrisku txikiagoa da hainbat HDI ziklo sekuentzial eta potentzia-plano zatikatu hamar geruzatan behartzea baino.

Gida honek hamar geruza teknikoki sinesgarriak non diren eta zer eman behar den fabrikazioa baino lehen azaltzen du. Nahita saihesten ditu "Takioia sei hazbetekoa da", "0.4 mm-ko BGAk beti 3+4+3 behar du" edo "AI plaka guztiek 3. klasea behar dute" bezalako baieztapen finkoak. Erabaki horiek kaleratutako kanal ereduari, pakete ihes azterketari eta erosketa dokumentuei dagozkie. Eraikuntzaren gida orokorra 10 geruzako PCB ingeniaritzako ikuspegi orokorrean dago eskuragarri, eta lan elektriko zehatza abiadura handiko kanal gidan dago.

Non egokitzen den 10 geruzako PCB bat AI azpiegituran

Hamar geruza sinesgarriagoak dira plakak abiadura handiko interfaze kopuru mugatua, bideratze eskualde trinkoa eta plano zabal eta isolatu asko behar ez dituen potentzia arkitektura duenean. Adibide gisa, kudeaketa eta BMC plakak, PCIe edo CXL bide kopuru kontrolatua duten azeleragailu edo biltegiratze gehigarri txartelak, birtenporizadore txartelak, modulu optikoen breakout txartelak, CXL memoria hedapen gailuak, sare interfazearen azpimultzoak, haizagailu eta ponpa kontrolagailuak, telemetria plakak eta potentzia kontrolerako produktu hautatuak daude.

Geruza kopuru bera zaila bihurtzen da plakak hainbat pakete oso handi saihestu behar dituenean, memoria kanal asko eraman, 112 Gb/s-ko edo 224 Gb/s-ko bide ugari bideratu, korronte handiko hainbat errail onartu edo dentsitate handiko hainbat mezzanine eta interfaze optiko konektatu. Kasu horietan, antipad-ek, bide-eremuek eta potentzia-uharteek kontsumitzen duten bideratze eta plano-eremuak hamar geruza elektrikoki hauskor bihur ditzake, trazak egokitzeko moduan egin daitezkeenean ere.

Erabakiak gutxienez hiru arkitektura alderatu beharko lituzke: hamar geruzako ohiko plaka bat, hamar geruzako HDI plaka bat eta geruza handiagoko ohiko plaka bat. Geruza kopuru txikiena ez da nahitaez kosturik baxuena edo fidagarriena. Laminazio sekuentzialak, laser bidezko zulaketa, kobrezko betegarriak eta errendimendu murriztuak beste geruza konbentzional pare baten kostua gainditu dezakete.

Sailkatu taula pilaketa aukeratu aurretik

Pilaketa plakak sisteman duen rolaren arabera hautatu behar da. Azeleragailu gehigarriko txartel bat, CXL memoria-txartel bat eta modulu optikoko euskarri bat IA hardware dei daitezke, baina haien muga kritikoak desberdinak dira.

Zuzendaritza eta kontrol batzordeak

Plaka hauek normalean mikrokontrolagailuek, BMC gailuek, potentzia-sekuentziazioek, haizagailu edo ponpa-kontrolak, sentsore-interfazeek eta abiadura ertaineko sareek osatzen dituzte. Erreferentzia-planoan aberatsa den hamar geruzako pilaketa batek itzulera-bide garbiak, kommutazio-potentziaren eta neurketa-zirkuituen arteko isolamendua eta potentzia-banaketa nahikoa eman ditzake plaka osoan galera txikiko material premium bat erabili gabe.

PCIe eta CXL gailuak

PCI Express eta CXL loturek oinarri fisiko bera partekatzen dute, baina gobernu-berrikuspenak eta formatu-faktorea oraindik ere garrantzitsuak dira. PCIe 5.0-k 32 GT/s NRZ erabiltzen du, PCIe 6.0-k 64 GT/s PAM4 erabiltzen du, eta PCIe 7.0 1.0 bertsioa 128 GT/s PAM4-rekin kaleratu zen. CXL 4.0 2025ean kaleratu zen. Gertakari hauek seinaleztapen-testuingurua ezartzen dute; ez dute plaka-galeren aurrekontu unibertsal bat ematen. Plakaren eraikuntza hautatu aurretik, aplikagarria den oinarrizko zehaztapena, gehigarri-txartela edo topologia pertsonalizatua, konektore-eredua, birtenporizadorea kokapena eta paketeen esleipena identifikatu behar dira.

Sare eta konexio optikoen plakak

IEEE 802.3df-2024 estandarizatuak 400 Gb/s eta 800 Gb/s Ethernet helburuak eta geruza fisikoak ditu. "800G" gisa deskribatutako plaka batek oraindik ere bide kopuru, irismen elektriko, konektore eta modulu optikoen interfaze desberdinak erabil ditzake. Berrikuspen honetan, IEEE P802.3dj oraindik 1.6 Tb/s-ko funtzionamendua eta 200/400/800 Gb/s-ko geruza fisiko gehiago garatzen ari da; lan hori erabiltzen duten diseinuek zirriborro edo bezeroaren eskakizun zehatza izendatu behar dute. Era berean, OIF 224G klaseko proiektuek irismen oso laburra, oso laburra, ertaina eta luzea bereizten dituzte PCB kanal unibertsal bat definitu beharrean.

Hiru plaka motetarako, hornitzaileak benetako kanalaren definizioa behar du. "Gen7", "800G" edo "224G" bezalako marketin etiketa bat ez da nahikoa laminatze edo atzeko zulatze prozesu bat kaleratzeko.

Azeleragailuen ontziratzea, HBM eta PCB muga

Azeleragailu modernoek erabiltzen duten banda-zabalera handiko memoria normalean prozesadorearekin integratzen da pakete aurreratu, tartekatzaile edo pakete-mailako substratu baten bidez. Beraz, HBM interfazea ez da normalean zerbitzariaren PCBan zehar bus diferentzial konbentzional gisa bideratzen. Plakak azeleragailu paketearen kanpoko elikadura, PCIe/CXL, txipa-txipa, kudeaketa, erlojua eta zerbitzu interfazeak eramaten ditu. HBM bideak PCBko ohiko banda-line gisa tratatzea oinarrizko arkitektura-errorea da.

Paketearen mugak PCB arazoa bi modutan aldatzen du. Lehenik eta behin, plakak ez du HBM interfaze ultra-zabala eramango, baina BGA ihesaldi oso trinkoa eta korronte handiko potentzia-hornidura sare bat onartu behar ditu oraindik. Bigarrenik, paketearen ihesaldiak, entxufearen edo lurraren geometriak eta desakoplamenduaren kokapenak geruza kopurua menderatu dezakete, kanpoko abiadura handiko bideen kopurua apala izan arren.

Batzordearen plangintzarako beharrezko paketearen informazioa

• baloiaren mapa, zelaia, lurren diametroa eta biztanleriaren hustutze-eredua;
• potentzia eta lurreko pilotaren banaketa trenbidez;
• kanpoko abiadura handiko erreien kokapenak eta erreferentzia-baloiaren eredua;
• fanout, via-in-pad eta atzeko aldeko desakoplamendu eremuak baimenduta;
• babes mekanikoak, zurruntzailea, bero-hustugailua edo plaka hotzeko muntaketa;
• kanalen simulaziorako pakete eta haustura ereduak;
• muntaketa-profila eta koplanaritate-eskakizunak.

Hamar geruzako diseinu bat baztertu beharko litzateke BGA ihes-azterketak erreferentzia-planoak kontsumitzen baditu, potentzia-banaketa zatikatzen badu edo kualifikazio-planak onar dezakeena baino metatze-maila gehiago behar baditu. 10 geruzako HDI ingeniaritza-gidak azaltzen du zergatik ezin duen pausoak bakarrik zehaztu 1+8+1, 2+6+2 edo 3+4+3.

PCIe, CXL eta Ethernet kanalen ingeniaritza

Abiadura handiko bideragarritasuna kanal osotik ezarri behar da: paketearen irteera, trantsizio bidez, bideratutako linea, konektore edo kablearen jaurtiketa, berriz tenporizadorea baldin badago eta hargailuaren paketea. Materialaren hautaketa aldagai bat besterik ez da.

Atzerako zulaketa zehaztu behar da erabili gabeko mozketak kanal-eskakizuna urratzen duenean eta bide itsuko irtenbidea ez denean hobesten. Oharrak zulatzeko aldea, helburu-geruza, gehienezko hondar-moztua, erremintaren diametroa, baimendutako haustura eta egiaztapen-metodoa definitu behar ditu. "3 mil gehienez" finko den baieztapena ez da egokia panel-lodiera eta erregistro-leiho guztietarako.

Era berean, bikote diferentzialen parekatzea eta erreien arteko tartea indarrean dagoen inplementaziotik eta kanal eredutik etorri beharko lirateke. +/-1 mil bikote barruko edo 10W-ko tartea bezalako arauak ez dira betetzearen adierazle unibertsalak. Bideratze gidak denbora, diafonia eta trantsizio eskakizunak diseinu murriztapenetan nola bihurtu azaltzen du.

Pilatzea, Materiala eta Kobrearen Erabakiak

Hamar geruzako IA azpiegitura pilaketa praktiko batek erreferentzia-planoak nahiago ditu seinale-geruza kopuru maximoaren gainetik. Lau seinale, lau lur eta bi potentziako arkitektura batek bi mikrostrip geruza kanpoko eta bi stripline geruza erreferentziatu eman ditzake, potentzia-banaketa zabala mantenduz. Sei seinale/lau planoko antolamenduek bideratze-ahalmen handiagoa eskaintzen dute, baina seinale-geruza hurbilak edo plano-eremu desegokia sor ditzakete; benetako itzulera-bideak eta diafonia-planak onartzen dituztenean bakarrik erabili behar dira.

Galera txikiko materiala kanal-ereduak behar dela erakusten duen lekuan jarri behar da. Eraikuntza hibrido batek galera txikiko nukleo eta lotura-sistema bat erabil dezake hautatutako abiadura handiko banda-geruzen inguruan, beste sistema bateragarri bat erabiliz beste nonbait. Eraikuntza hibridoak lotura-, zulaketa-, mugimendu dimentsiodun-, kobrezko atxikimendu- eta ziklo termiko-eskakizunak bete behar ditu oraindik ere. Merkaturatze-galera-klase bereko bi lamina-familia ez dira automatikoki trukagarriak.

Materialen askapen sarrerak

• onartutako kalifikazio zehatza edo onartutako materialen zerrenda;
• nukleoaren eta prepreg-aren eraikuntza, erretxina edukia eta beiraren estiloa;
• txertatze-galera ereduan erabilitako kobrezko profila;
• diseinu Dk eta Df iturria, metodoa eta maiztasun-tartea;
• ordezkapen-agintaritza eta birkalifikazio-bidea;
• laminazio sekuentzialetik hasi eta betetze, akabera eta muntaketa bidezko historia termikoa;
• erabilgarritasuna, gutxieneko erosketa kantitatea eta epe luzerako hornidura mugak.

10 geruzako materialen gidak kontrol hauek xehetasunez azaltzen ditu. Kontrolatutako inpedantzia proposatutako ekoizpen-eraikuntzaren arabera berriro kalkulatu behar da, ez 5 mil/50 Ω taula generiko batetik kopiatu.

HDI, BGA Ihes eta Bide Arkitektura

HDI justifikatuta dago ohiko bide-eremu batek eman ezin duen bideratze-sarbidea edo errendimendu elektrikoa sortzen duenean. Paketearen pin-mapak, errenkada kopuruak, energia-bidearen eskariak eta eskuragarri dauden seinale-geruzek garrantzi handiagoa dute tarteak berak baino.

Azeleragailu, birtenporizadore eta etengailu paketeetarako, via-in-pad erabil daiteke haustura kanalak berreskuratzeko. Fabrikazio marrazkiak kobrez betetako mikrovia, betegarri ez-eroalea, erretxina tapoia, planarizazioa eta kobrezko estalkia bereizi behar ditu. Pilatutako mikrovia-ek egitura espezifikoen fidagarritasun frogak behar dituzte, betetako via eta helburu-lurren arteko interfazea nekearen kokapen bihur daitekeelako esposizio termiko errepikatuaren pean.

Edozein geruzako edo hainbat eraikitze-mailako HDI ez da aukeratu behar eskuragarri dagoelako bakarrik. Eraikuntza-maila bakoitzak irudigintza, laminazioa, laser bidezko zulaketa, metalizazioa eta askotan kobrezko betegarria/planarizazioa gehitzen ditu. Diseinuak geruza altuagoko ohiko plaka bat hamar geruzako HDI plaka konplexu batekin alderatu beharko luke bideratzea, errendimendua, fidagarritasuna eta kostua erabiliz, ez bakarrik geruza kopuru nominala.

HDI askapen egiaztapenak

• erakutsi zulaketa-taulan itsu, lurperatu, jauzi eta zeharkako tarte guztiak;
• geruzaka pilatutako eta mailakatutako harremanak identifikatu;
• baieztatu mikrovia diametroa, dielektrikoaren lodiera eta harrapaketa-lurra prozesu-leiho bakar gisa;
• betegarri, estalki, zulo eta muntaketa-gainazalaren eskakizunak definitu;
• adierazi produktuaren zehaztapena, klasea, kalifikazio-kupoia eta lote-onarpenaren baldintzak;
• Ez erabili IPC-6016 uneko HDI onarpen estandar gisa; erabili aplikagarria den uneko produktuaren zehaztapena eta erosketa berrikuspena.

Energia-banaketa sarea eta korronte-banaketa

Azeleragailuaren potentzia ezin da korronte-titulu batetik bakarrik diseinatu. Plakaren PDNak DC tentsio-jaitsiera, inpedantzia iragankorra, bihurgailuaren kokapena, paketearen sarrera, konektorearen edo barra busaren mugak, kobrearen tenperaturaren igoera eta muga mekanikoak bete behar ditu. Korrontea ertzeko kontaktuen, korronte handiko konektoreen, barra busen, potentzia-modulu bertikalen edo erreguladore lokalen bidez eman daiteke; arkitektura bakoitzak PCB modu ezberdinean erabiltzen du.

Z helburu-inpedantzia erlazioa = ΔV / ΔI _abiapuntua da, ez PDN zehaztapen osoa. Espektro iragankorra, tentsio-erreguladorearen kontrol-begizta, paketearen kapazitantzia eta baimendutako droop-a definitu behar dira. Plakan muntatutako kondentsadoreak eraginkorrak diren maiztasun-tartearen gainetik, paketearen eta matrizearen gaineko egiturek nagusitzen dira.

Fabrikazioari eragiten dioten DC eta AC galderak

• Zein errailek behar dituzte plano zabalak, kobre astuna, kobrezko inkrustazioak edo kanpoko eroaleak?
• Zein da kobrezko lodiera minimoa amaituta, xaflaren pisu nominalaren ordez?
• Zenbat plano-azalera galtzen da antipad-etan, zirrikituetan, mozketa termikoetan eta muntaketa-hardwarean?
• Non jar daiteke atzeko aldeko desakoplamendua, eta betetako bide-zuloak behar al dira osagaien lur-sailetan?
• Zein tentsio-jaitsiera eta tenperatura-igoera dira baimenduta kasurik txarrenean?
• Plakak korronte-sentsore egiturak, kalibratutako shuntak edo Kelvin bideratzea behar al ditu?

IPC-2152-k jarraibideak ematen ditu korronte-garraioaren ahalmenari eta portaera termikoari buruz, baina ez du plano konplexu bat edo bidezko eremu bat korronte-dentsitate muga unibertsal batera murrizten. Erabili simulazioa edo balioztatutako proba-datuak korronte handiko azeleragailu-plaketarako. Produktu batzuetan, barra bus bat, leadframe bat edo potentzia-modulu bat egokiagoa da ehunka ampere PCB plano arruntetatik behartzea baino.

Integrazio Termiko eta Mekanikoa

PCBa bide termikoaren elementu bat da. Potentzia handiko paketeek normalean bero gehiena paketearen estalkiaren, bero-hustugailuaren edo likido hotzeko plakaren bidez kanporatzen dute, plakaren bidez baino. Kobrezko planoek eta zubiek tokiko beroa zabaldu eta galera elektrikoak murriztu ditzakete, baina zubi-zenbaketa kalkulu sinple batek ez du paketearen errendimendu termikoa frogatzen.

Karga mekanikoa eroankortasun termikoa bezain garrantzitsua izan daiteke. Pakete handiek, zurrungarriek, plaka hotzek eta konektore-kaiolek toldura-momentuak sortzen dituzte, eta horiek soldadura-junturak eta mikrobiak tentsioan jar ditzakete. Taularen marrazkiak lodiera, lautasuna, mugak, muntaketa-zuloen tolerantziak eta kontrolatutako edozein tokiko lodiera definitu beharko lituzke. Muntaketa-analisiak birfluxuaren bidezko deformazioa eta zerbitzu-tenperatura kontuan hartu beharko lituzke.

Sarrera termiko/mekanikoak askatzeko

• paketearen potentzia eta onartutako interfaze termikoa;
• bero-hustugailuaren edo plaka hotzaren lotura eta finkatze-karga;
• osagaien eta bidezko irteerak hardware mekanikoaren azpian;
• taularen euskarria, zurruntzailea eta xasisaren mugak;
• arku/bihurdura onartua eta tokiko koplanaritatea;
• tenperatura-tartea eta espero diren ziklo termikoak;
• materialaren CTE eta hibrido-pilaketa simetria.

Kobre astunak grabatzeko geometria, erretxina betegarria eta laminazio-portaera aldatzen ditu. Kobrezko txanponak eta inkrustazioak eraikuntza bereziak dira, neurri, lotura-metodo, lautasun eta ikuskapen-irizpide esplizituak behar dituztenak; ez lirateke AI taula guztietan aukera estandar gisa aurkeztu behar.

Fidagarritasuna, Proba eta Trazabilitatea

Datu-zentroen erabilerak ez du automatikoki IPC 3. klasea esan nahi, eta IA produktu komertzial batek ez du automobilgintzako, medikuntzako edo aeroespazialeko ziurtagiririk jasotzen "IA" hitzetik. Aplikagarri den errendimendu-klasea eta kalitate-sistema produktuaren arriskutik, bezeroen eskakizunetatik eta erosketa-dokumentaziotik datoz.

Taula zurrunetarako, IPC-6012 da normalean produktuaren errendimendu-familia garrantzitsua; taula zurrun-malguek IPC-6013 erabiltzen dute, eta maiztasun handiko eraikuntzek IPC-6018 erabil dezakete, hala badagokio. IPC-A-600 arauak interpretazio bisuala eskaintzen du, baina ez du produktuaren zehaztapena ordezkatzen. Berrikuspena, klasea, gehigarriak eta bezeroaren salbuespenak eskaeran adierazi behar dira.

Fidagarritasun frogak honako hauek izan daitezke: tentsio termikoko mikrosekzioak, interkonexioko tentsio probak, HATS, tenperatura zikloak, birfluxu simulazioa, CAF probak, txertatze-galera kupoiak edo produktu mailako ingurumen-kalifikazioa. Metodo hauek galdera desberdinei erantzuten diete. JEDEC osagaien proba metodoek ez dute automatikoki definitzen kartoi biluzien lote-onarpena, eta IST ez da soilik -40 °C eta +125 °C arteko ganbera-ziklo bat.

Arrisku handiko programetarako kontuan hartzen diren erregistroak

• adostasun-ziurtagiria eta proba elektrikoen baieztapena;
• askatutako pilaketa eta materialaren/lotearen trazabilitatea;
• TDR emaitzak zehaztutako inpedantzia-kupoietarako;
• eskatutako egituren eta laginketa-planaren mikrosekzioaren emaitzak;
• behar den kasuetan sakonera kontrolatuko edo atzeko zulaketa bidezko egiaztapena;
• GGI egitura berrietarako lehen artikulu edo kalifikazio txostenak;
• serializazioa eta prozesu-bidaiariaren trazabilitatea kontratuak eskatzen duenean.

Ez da bidalketa guztiek txosten guztiak behar. Aurrekontuak erregistro estandarrak, aukerako txostenak, suntsipen-probak eta kupoi espezifikoak edo panel gehigarriak behar dituzten kalifikazio-lanak bereizi behar ditu.

Fabrikazio-askapena eta aurrekontu-paketea

Ezin da aurrekontu erabilgarri bat egin "10 geruzako IA zerbitzari-plaka" eta eskema batetik. Hornitzaileak informazio nahikoa behar du kudeaketa-plaka bat abiadura handiko birtenporizadore edo azeleragailu-txartel batetik bereizteko eta prozesu-arriskua non kontzentratzen den identifikatzeko.

DFM erantzunak proposatutako ekoizpen-pilaketa, amaitutako inpedantzia-geometria, identifikatutako salbuespenak, prozesu berezien hipotesiak eta onarpen-elementuak itzuli beharko lituzke. Materiala isilean ordezkatzen duen, bide-arkitektura aldatzen duen edo beharrezko txosten bat kentzen duen aurrekontua ez da teknikoki baliokidea.

Bidali IA azpiegitura PCB bat ingeniaritza berrikuspenerako