GPUサーバーPCB製造

サーバーPCB製造にHighleap Electronicsを選ぶ理由

Highleap Electronicsは、GPUサーバーおよびAIハードウェア向けプリント基板（PCB）の製造を専門としています。当社は、試作品から量産まであらゆるニーズに対応するフルサービスのPCB工場であり、特にデータセンター用途に必要な複雑な基板の製造に強みを持っています。当社の工場では、GPUサーバーの動作に必要なマザーボード、ライザーカード、電源基板、各種相互接続システムを製造しています。標準的なサーバー用PCBの製造から、特殊なGPU用PCBの製造まで、お客様のニーズにお応えできる能力を備えています。

• 高速PCB生産能力PCIe Gen5（32GT/s）およびGen6（64GT/s）の速度に対応するボードを、±7%以内のインピーダンス制御で製造しています。当社の生産ラインは、4層基板から複雑な28層設計まで、あらゆる基板に対応しており、複数の段階で自動光学検査を実施することで、製造工程の早期段階で欠陥を検出します。この専門知識は、 エッジコンピューティングPCB レイテンシと信頼性が重要なアプリケーション。
• 複雑な多層基板の製造GPUサーバーのマザーボードは、必要な信号をすべて配線するために通常16～24層を必要とします。 HDI PCB 直径75μmまでのマイクロビアを配線可能な技術を採用し、層間位置ずれを±50μm以内で維持します。この精度は、数百もの差動ペアを配線する際に不可欠であり、それらの長さを揃える必要もあります。
• 高密度部品のSMTアセンブリ当社のピックアンドプレース機は、30チップ部品から01005個以上のボールを搭載した大型BGAパッケージまで、ファインピッチ部品に対して±3,000μmの精度を実現しています。特に、半導体製造装置で使用される大型BGAでは、適切なはんだ接合部の形成が不可欠となるため、窒素リフロー炉を使用しています。 サーバーマザーボードPCBアセンブリ.
• 量産能力5～10枚の試作から月産10,000万枚を超える量産まで、幅広い生産体制を整えています。サプライチェーンとの緊密な連携により、部品不足時でも部品供給を確保し、大量生産時でも不良率を100DPPM未満に抑える品質基準を維持しています。

これらの能力の組み合わせにより、当社は次世代サーバーハードウェアを開発する企業にとって信頼できるパートナーとなっています。GPUサーバーPCBの製造と組み立てを提供し、AIおよびデータセンターアプリケーション向けの高速で信頼性の高いソリューションを提供しています。

GPU サーバーマザーボードの必須設計要件

GPUサーバー用PCBは、現在製造されている基板の中でも最も複雑な部類に入る。一般的な基板は4～8個のGPUを搭載する必要があり、各GPUは16レーンのPCIe接続に加え、カード1枚あたり300～700ワットの電力供給能力を備えている。これらの要件は、特にAI向けマザーボードの設計において、製造プロセスのあらゆる側面に影響を与える設計上の決定事項となる。

• 層数とスタックアップ要件ほとんどのGPUサーバーボードは16～24層ですが、一部の設計では28層以上になります。スタックアップは、高速信号層（通常は外層）、電源プレーン（2～4オンスの銅箔を使用）、およびグラウンドリファレンスのバランスをとる必要があります。適切な信号整合性を維持するために、各GPU接続だけで4～6層の配線層が必要になる場合があります。 サーバーマザーボード向けHDI PCBガイドライン これらの複雑な設計の詳細な仕様を提供します。
• 高密度配線の課題GPUを追加するごとに、配線は指数関数的に困難になります。100つのGPUには、PCIe、電源管理、補助信号用に約5本の差動ペアが必要です。クロストークを回避しながらXNUMXミル以内のトレース長を維持するには、綿密な計画と、多くの場合複数回の配線反復が必要になります。
• BGAおよびコネクタの精度要件サーバーコンポーネントには大型BGAが使用され、正確な配置と完璧な平坦性が求められます。GPUスロットは、最大3kgのカードを搭載しながら、数千回の挿抜サイクルを経ても電気的接続を維持する必要があります。電源コネクタは、温度制限内で最大600Wの電力を供給しなければなりません。

材料と高速信号管理

PCIe Gen5およびGen6の高速化には、信号経路全体にわたる材料の慎重な選定が不可欠です。標準的なFR-4材料では、これらの周波数帯域で信号の完全性を維持することができないため、PCBラミネート材料の選定は設計プロセスにおいて最も重要な決定事項の一つとなります。

• 適切なPCB材料の選択高速層には、Megtron 6、Megtron 7、または特殊な低損失ラミネートなどの低損失材料が必要です。これらの材料は、10 GHz において誘電率が 3.3～3.5 程度、誘電正接が 0.002 未満に維持されます。高級基板の場合、材料費はパネル 1 枚あたり 500～1000 ドルに達することがあるため、高速材料は必要な場合にのみ使用するハイブリッド積層構造を採用することがよくあります。
• 32 GT/s 以上の信号品質の管理PCIe Gen5およびGen6の速度では、すべてのビア、トレースXNUMXミリメートル、そしてすべてのコネクタが信号品質に影響を与えます。バックドリル加工によりビアスタブを除去し、適切なビア間隔を確保することでクロストークを最小限に抑え、遷移全体を通してインピーダンス制御を確保します。レイアウト前シミュレーションにより、ハードウェア実装前に問題領域を特定できます。
• テストと検証の方法: インピーダンス検証には時間領域反射率測定法（TDR）を使用し、Sパラメータ測定にはベクトルネットワークアナライザを使用して最大67GHzまで高速性能を検証します。アイダイアグラム試験では、製造ばらつきを考慮した上で信号が十分なマージンを維持していることを確認します。

電力供給および熱管理ソリューション

最新のGPUは膨大な電力を消費します。H100 GPU単体でも700Wを消費し、8基のGPUを搭載したサーバーでは、GPUだけで5kW以上の電力を供給する必要があります。この電力は、電力変換とGPU自体から発生する熱を管理しながら、効率的に供給されなければなりません。これらの課題は、高性能コンピューティングやプリント基板製造などの用途において特に深刻です。

• 高電流に対応する厚銅設計電源プレーンには、GPUあたり4Aを超える電流に対応するため、10～100オンス銅を使用しています。並列電流パスを実装し、レイヤー間の接続には広範なビアアレイ（多くの場合200個以上のビア）を使用しています。電流密度解析により、30平方インチあたりXNUMXAを超える領域が存在しないことを確認し、過度の発熱を防止しています。
• 統合熱ソリューション: 各サーバー構成に合わせて特別に設計されたカスタムヒートシンク、コールドプレート、ベイパーチャンバーを製造しています。高電力コンポーネントの下のサーマルビアには、熱伝導性エポキシ樹脂を充填した直径0.3mmの穴を使用しています。極端なケースでは、銅コインをPCBに直接埋め込み、1°C/W未満の熱抵抗を実現しています。
• 冷却システムの操作現代のサーバーでは、従来の空冷、直接液冷、あるいは完全浸漬冷却など、様々な冷却方法が採用されています。PCB設計においては、冷却プレートの取り付け位置、ヒートパイプの設置スペース、そして場合によっては浸漬冷却に対応するための特殊コーティングを考慮する必要があります。

効果的な電力・熱設計は、特にデータセンター環境における高性能コンピューティングシステムの信頼性の高い運用を確保するために不可欠です。高度な電力供給ソリューションと熱管理技術を統合することで、過熱を防ぎ、エネルギー損失を最小限に抑え、重要なコンポーネントの寿命を確保し、最も高負荷なワークロード下でも最適なシステムパフォーマンスを維持します。

GPU サーバー PCB 製造における試作から量産まで

GPUサーバーPCBの初期プロトタイプから本格的な生産への移行には、綿密な計画と精度が求められます。プロトタイプでは問題なく動作した設計でも、量産段階へとスケールアップすると課題に直面するケースが多くあります。だからこそ、あらゆる段階で一貫性と品質を確保するには、製造に関する専門知識が不可欠です。

• 製造設計（DFM）レビュー生産開始前にDFMレビューを実施し、不適切な環状リングや不適切なトレース配置といった潜在的な問題を特定します。早期発見により、コストのかかる再設計を回避し、GPUサーバーPCBの設計を生産可能な状態に維持することができます。
• プロトタイプ検証プロセス: 当社のプロトタイプは、ビアの断面検査、BGAはんだ接合部のX線検査、重要なトレースのインピーダンスチェックなど、徹底したテストを受けています。通常、複数のプロトタイプを作成し、設計と製造プロセスがGPUサーバーPCBに求められる高性能基準を満たしていることを確認しています。
• 生産量に合わせたスケーリング当社の生産プロセスは、10個でも10,000個でも、一貫した品質を保証します。統計的プロセス制御、自動光学検査、サンプルベースのテストなどを活用し、GPUサーバーPCBの全生産工程において品質と信頼性を維持しています。

当社のアプローチにより、プロトタイプから量産へのシームレスな移行が保証され、次世代サーバー ハードウェア向けに高品質で信頼性の高い GPU サーバー PCB が提供されます。