10-lagers AI-serverkretskortsteknik för acceleratorhårdvara

”AI-serverkretskort” är en systembeskrivning, inte en tillverkningsklass. Termen kan syfta på ett baskort, acceleratortilläggskort, CXL-minnesenhet, retimer-kort, nätverksgränssnitt, optisk modulbärare, hanteringsstyrenhet, strömfördelningskort eller ett litet styrkort inuti ett vätskekylningsdelsystem. Dessa produkter delar inte ett enda lagerantal, laminat, impedanstolerans, HDI-uppbyggnad eller tillförlitlighetsplan.

En tiolagerskonstruktion kan vara lämplig för utvalda AI-infrastrukturkort, men den bör inte marknadsföras som en universell plattform för avancerade acceleratorbaskort eller switchsystem. Det korrekta antalet lager baseras på komponentutvinning, kanalantal, referensplansbehov, effektfördelning, kontakttopologi, mekanisk tjocklek och kvalificeringskrav. I många fall är ett konventionellt kort med tolv, sexton eller fler lager lägre risk än att tvinga fram flera sekventiella HDI-cykler och fragmenterade effektplan till tio lager.

Denna guide förklarar var tio lager är tekniskt trovärdiga och vad som måste levereras före tillverkning. Den undviker avsiktligt fasta påståenden som "Tachyon är lika med sex tum", "0.4 mm BGA kräver alltid 3+4+3" eller "alla AI-kort kräver klass 3". Dessa beslut hör till den släppta kanalmodellen, paketutsläppsstudien och upphandlingsdokumenten. Allmän konstruktionsvägledning finns i Översikt över 10-lagers PCB-teknik, medan detaljerat elarbete täcks av höghastighetskanalguide.

Var ett 10-lagers kretskort passar in i AI-infrastruktur

Tio lager är mest trovärdiga när kortet har ett begränsat antal höghastighetsgränssnitt, en kompakt routingregion och en strömförsörjningsarkitektur som inte kräver många breda, isolerade plan. Exempel inkluderar hanterings- och BMC-kort, accelerator- eller lagringstilläggskort med ett kontrollerat antal PCIe- eller CXL-banor, retimer-kort, breakout-kort för optiska moduler, CXL-minnesexpansionsenheter, nätverksgränssnittsunderenheter, fläkt- och pumpstyrenheter, telemetrikort och utvalda strömförsörjningsprodukter.

Samma lagerantal blir svårt när kortet måste hantera flera mycket stora paket, bära många minneskanaler, routa ett flertal 112 Gb/s- eller framväxande 224 Gb/s-banor, stödja flera högströmsskenor eller ansluta flera högdensitetsmezzanin- och optiska gränssnitt. I dessa fall kan routnings- och planarean som förbrukas av antipads, via fält och kraftöar, göra tio lager elektriskt ömtåliga även när spåren kan anpassas.

Beslutet bör jämföra minst tre arkitekturer: ett konventionellt kort med tio lager, ett HDI-kort med tio lager och ett konventionellt kort med fler lager. Det lägsta antalet lager är inte automatiskt den lägsta kostnaden eller den mest tillförlitliga. Sekventiell laminering, laserborrning, kopparfyllning och minskat utbyte kan uppväga kostnaden för ytterligare ett par konventionella lager.

Klassificera brädet innan du väljer stapeln

Stackupen bör väljas utifrån kortets roll i systemet. Ett acceleratortilläggskort, ett CXL-minneskort och en optisk modulbärare kan alla kallas AI-hårdvara, men deras kritiska begränsningar är olika.

Lednings- och kontrollstyrelser

Dessa kort domineras vanligtvis av mikrokontroller, BMC-enheter, effektsekvensering, fläkt- eller pumpstyrning, sensorgränssnitt och nätverk med medelhastighet. En tiolagersstackning rik på referensplan kan ge rena returvägar, isolering mellan switchande effekt- och mätkretsar, och tillräcklig effektfördelning utan att använda premiummaterial med låga förluster över hela kortet.

PCIe- och CXL-enheter

PCI Express- och CXL-länkar delar en fysisk grund, men den styrande revisionen och formfaktorn spelar fortfarande roll. PCIe 5.0 använder 32 GT/s NRZ, PCIe 6.0 använder 64 GT/s PAM4, och PCIe 7.0 version 1.0 släpptes med 128 GT/s PAM4. CXL 4.0 släpptes 2025. Dessa fakta etablerar signalkontexten; de ger inte en universell förlustbudget för kort. Tillämplig basspecifikation, tilläggskort eller anpassad topologi, kontaktmodell, retimerplacering och paketallokering måste identifieras innan kortkonstruktionen väljs.

Nätverks- och optiska sammankopplingskort

IEEE 802.3df-2024 standardiserade 400 Gb/s och 800 Gb/s Ethernet-mål och fysiska lager. Ett kort som beskrivs som "800G" kan fortfarande använda olika filantal, elektriska räckvidder, kontakter och optiska modulgränssnitt. Vid denna revision utvecklar IEEE P802.3dj fortfarande 1.6 Tb/s drift och ytterligare 200/400/800 Gb/s fysiska lager; designer som använder det arbetet måste ange det exakta utkastet eller kundkravet. På liknande sätt skiljer OIF 224G-klassprojekt åt extra kort, mycket kort, medellång och lång räckvidd istället för att definiera en universell PCB-kanal.

För alla tre korttyper behöver leverantören den faktiska kanaldefinitionen. En marknadsföringsetikett som ”Gen7”, ”800G” eller ”224G” räcker inte för att godkänna en laminerings- eller bakborrningsprocess.

Acceleratorförpackning, HBM och PCB-gränsen

Högbandbreddsminne som används av moderna acceleratorer integreras normalt med processorn via ett avancerat paket, en mellanläggsenhet eller ett paketsubstrat. HBM-gränssnittet dirigeras därför generellt inte som en konventionell differentiell buss över serverns kretskort. Kortet bär acceleratorpaketets externa strömförsörjning, PCIe/CXL, chip-till-chip, hanterings-, klock- och servicegränssnitt. Att behandla HBM-banor som vanliga kretskortsstriplinjer är ett grundläggande arkitekturfel.

Paketgränsen förändrar kretskortsproblemet på två sätt. För det första kanske kortet inte har det ultrabreda HBM-gränssnittet, men det måste fortfarande stödja en mycket tät BGA-escape och ett högströms strömförsörjningsnätverk. För det andra kan paketescape, sockel- eller jordgeometri och avkopplingsplacering dominera lagerantalet även när antalet externa höghastighetsbanor är blygsamt.

Paketinformation som krävs för styrelseplanering

• bollkarta, plan, landdiameter och avfolkningsmönster;
• kraft- och jordbollsdistribution via järnväg;
• externa höghastighetsfilsplaceringar och referensbollmönster;
• tillåtna fanout-, via-in-pad- och baksidesavkopplingszoner;
• mekaniska avstängningar, förstyvningselement, kylfläns eller montering på kallplatta;
• paket- och breakout-modeller för kanalsimulering;
• monteringsprofil och koplanaritetskrav.

En tiolagersdesign bör förkastas i förtid om BGA-utsläppsstudien förbrukar referensplanen, fragmenterar effektfördelningen eller kräver fler uppbyggnadsnivåer än vad kvalificeringsplanen kan stödja. 10-lagers HDI-teknikguide förklarar varför tonhöjd ensam inte kan avgöra 1+8+1, 2+6+2 eller 3+4+3.

PCIe-, CXL- och Ethernet-kanalteknik

Höghastighetsgenomförbarhet måste fastställas från hela kanalen: paketbrytning, via övergång, dragna linjer, kontakt- eller kabelutlösning, omtimer om sådan finns och mottagarpaket. Materialval är bara en variabel.

Bakborrning bör specificeras när den utdragna oanvända stubben bryter mot kanalkravet och en blindvia-lösning inte är att föredra. Anmärkningen måste definiera borrsida, mållager, maximal kvarvarande stubb, verktygsdiameter, tillåten utbrytning och verifieringsmetod. Ett fast "maximalt 3 mil"-krav är inte lämpligt för varje paneltjocklek och registreringsfönster.

Likaså bör differentiell parmatchning och filavstånd komma från den styrande implementeringen och kanalmodellen. Regler som +/-1 mil inom par eller 10W-avstånd är inte universella indikatorer på efterlevnad. routingguide förklarar hur man omvandlar timing-, överhörnings- och övergångskrav till layoutbegränsningar.

Staplings-, material- och kopparbeslut

En praktisk AI-infrastrukturuppbyggnad med tio lager gynnar ofta referensplan framför maximalt antal signallager. En arkitektur med fyra signaler, fyra jordpunkter och två effektkällor kan tillhandahålla två yttre mikrostriplager och två välrefererade striplinelager samtidigt som den bibehåller en bred effektfördelning. Arrangemang med sex signaler/fyra plan ger mer routingkapacitet men kan skapa angränsande signallager eller otillräcklig planarea; de bör endast användas när den faktiska returvägen och överhörningsplanen stöder dem.

Material med låg förlust bör placeras där kanalmodellen visar att det behövs. En hybridkonstruktion kan använda en kärna med låg förlust och ett bindningssystem runt utvalda höghastighets stripline-lager samtidigt som ett annat kompatibelt system används någon annanstans. Hybridkonstruktionen måste fortfarande uppfylla kraven för bindning, borrning, dimensionsrörelse, kopparvidhäftning och termisk cykel. Två laminatfamiljer i samma marknadsförlustklass är inte automatiskt utbytbara.

Materialfrisläppningsingångar

• exakt godkänd kvalitet eller lista över godkända material;
• kärna- och prepreg-konstruktion, hartsinnehåll och glastyp;
• kopparprofil som används i insättningsförlustmodellen;
• design Dk- och Df-källa, metod och frekvensområde;
• ersättningsmyndighet och omkvalificeringsväg;
• termisk historik från sekventiell laminering, via fyllning, ytbehandling och montering;
• tillgänglighet, minsta inköpskvantitet och långsiktiga leveransbegränsningar.

Ocuco-landskapet Guide för 10 lagers material täcker dessa kontroller i detalj. Kontrollerad impedans måste beräknas om mot den föreslagna produktionskonstruktionen, inte kopieras från en generisk 5 mil/50 Ω-tabell.

HDI, BGA Escape och Via-arkitektur

HDI är motiverat när det skapar routingåtkomst eller elektrisk prestanda som ett konventionellt via-fält inte kan tillhandahålla. Paketets pin-mapp, antalet rader, effekt-via-behov och tillgängliga signallager spelar större roll än pitch i sig.

För accelerator-, retimer- och switchpaket kan via-in-pad användas för att återställa brytkanaler. Tillverkningsritningen bör skilja på kopparfylld mikrovia, icke-ledande fyllning, hartsplugg, planarisering och kopparlock. Staplade mikrovia kräver strukturspecifik tillförlitlighetsbevis eftersom gränssnittet mellan fyllda vias och målområden kan bli en utmattningspunkt vid upprepad termisk exponering.

HDI med valfritt lager eller flera uppbyggnader bör inte väljas bara för att det är tillgängligt. Varje uppbyggnadsnivå lägger till avbildning, laminering, laserborrning, metallisering och ofta kopparfyllning/planarisering. Designen bör jämföra ett konventionellt kort med högre lager med ett komplext HDI-kort med tio lager med hjälp av routing, utbyte, tillförlitlighet och kostnad – inte bara nominellt antal lager.

HDI-utgivningskontroller

• visa alla blind-, nedgrävda-, skip- och genomgångsspänn i borrtabellen;
• identifiera staplade och förskjutna relationer per lager;
• bekräfta mikroviadiameter, dielektrisk tjocklek och infångningsmark som ett processfönster;
• definiera krav för fyllning, lock, gropar och monteringsyta;
• ange produktspecifikation, klass, kvalificeringskupong och krav för partigodkännande;
• Åberopa inte IPC-6016 som en aktuell HDI-acceptansstandard; använd tillämplig aktuell produktspecifikation och upphandlingsrevision.

Kraftleveransnät och strömfördelning

Acceleratoreffekt kan inte designas enbart från en strömförsörjningsledning. Kortets PDN måste uppfylla kraven för likspänningsfall, transientimpedans, omvandlarplacering, paketingång, gränser för kontaktdon eller samlingsskena, temperaturökning av koppar och mekaniska begränsningar. Ström kan levereras via kantkontakter, högströmskontakter, samlingsskenor, vertikala effektmoduler eller lokala regulatorer; varje arkitektur använder kretskortet på olika sätt.

Mål-impedansförhållandet Z_mål = ΔV / ΔI är en utgångspunkt, inte en fullständig PDN-specifikation. Det relevanta transientspektrumet, spänningsregulatorns styrslinga, kapacitansen och tillåten statik måste definieras. Över frekvensområdet där kortmonterade kondensatorer förblir effektiva dominerar kapslade och on-chief-strukturer.

DC- och AC-frågor som påverkar tillverkning

• Vilka skenor kräver breda plan, kraftig koppar, kopparinlägg eller externa ledare?
• Vad är den minsta tjockleken på den färdiga kopparen, snarare än den nominella folievikten?
• Hur mycket planyta går förlorad till antipads, springor, termiska avstängningar och monteringsdetaljer?
• Var kan baksidesavkoppling placeras, och krävs fyllda vias i komponentområden?
• Vilket spänningsfall och vilken temperaturökning är tillåten vid värsta tänkbara ström och omgivningstemperatur?
• Behöver kortet strömavkännande strukturer, kalibrerade shuntar eller Kelvin-routing?

IPC-2152 ger vägledning för strömbärande kapacitet och termiskt beteende, men den reducerar inte ett komplext plan eller viafält till en universell strömtäthetsgräns. Använd simulering eller validerade testdata för högströmsacceleratorkort. I vissa produkter är en samlingsskena, ledningsram eller kraftmodul mer lämplig än att tvinga hundratals ampere genom vanliga kretskortsplan.

Termisk och mekanisk integration

Kretskortet är en del av värmevägen. Högeffektskapslar avvisar vanligtvis det mesta av värmen genom paketets lock, kylfläns eller kylplatta snarare än genom kortet. Kopparplan och vias kan sprida lokal värme och minska elektriska förluster, men en enkel via-räkning bevisar inte paketets termiska prestanda.

Mekanisk belastning kan vara lika viktig som värmeledningsförmågan. Stora paket, förstyvningar, kalla plattor och kontaktdonshållare skapar böjmoment som kan belasta lödfogar och mikrovior. Kortritningen bör definiera tjocklek, planhet, utrymmesgränser, toleranser för monteringshål och eventuell kontrollerad lokal tjocklek. Monteringsanalysen bör beakta skevhet genom återsmältning och driftstemperatur.

Termiska/mekaniska utlösningsingångar

• paketströmförsörjning och godkänt termiskt gränssnitt;
• infästning och klämbelastning för kylfläns eller kylplatta;
• komponent- och via-spärrar under mekanisk hårdvara;
• begränsningar i brädans stöd, förstyvningar och chassi;
• tillåten böjning/vridning och lokal koplanaritet;
• temperaturintervall och förväntade termiska cykler;
• material-CTE och hybridstacksymmetri.

Tung koppar förändrar etsgeometri, hartsfyllning och lamineringsbeteende. Kopparmynt och inläggningar är speciella konstruktioner som kräver explicita dimensioner, bindningsmetod, planhet och inspektionskriterier; de bör inte presenteras som standardalternativ på varje AI-kort.

Tillförlitlighet, testning och spårbarhet

Användning i datacenter innebär inte automatiskt IPC-klass 3, och en kommersiell AI-produkt ärver inte certifiering för fordon, medicin eller flygindustrin från ordet ”AI”. Tillämplig prestandaklass och kvalitetssystem kommer från produktrisk, kundkrav och upphandlingsdokumentation.

För styva kretskort är IPC-6012 normalt den relevanta produktfamiljen; styva-flexibla kretskort använder IPC-6013, och högfrekventa konstruktioner kan åberopa IPC-6018 där så är tillämpligt. IPC-A-600 ger visuell tolkning men ersätter inte produktspecifikationen. Revision, klass, tillägg och kundengagemang måste anges på beställningen.

Tillförlitlighetsbevis kan inkludera termiska spänningsmikrosektioner, spänningstestning av sammankopplingar, HATS, temperaturcykler, omflödessimulering, CAF-testning, insättningsförlustkuponger eller miljökvalificering på produktnivå. Dessa metoder besvarar olika frågor. JEDEC:s komponenttestmetoder definierar inte automatiskt batchgodkännande för bara kretskort, och IST är inte bara en kammarcykel från −40 °C till +125 °C.

Journaler som vanligtvis beaktas för högriskprogram

• intyg om överensstämmelse och bekräftelse av elektriskt test;
• frisläppt stapling och spårbarhet av material/parti;
• TDR-resultat för specificerade impedanskuponger;
• mikrosnittresultat för de beställda strukturerna och provplanen;
• verifiering av kontrollerat djup eller bakborrning där det krävs;
• första artikel- eller kvalificeringsrapporter för nya HDI-strukturer;
• serialisering och spårbarhet mellan processresande när det krävs enligt kontrakt.

Inte varje leverans behöver varje rapport. Offerten bör särskilja standardregister, valfria rapporter, destruktiv provning och kvalificeringsarbete som kräver särskilda kuponger eller extra paneler.

Paket för tillverkningsfrisläppande och offert

En användbar offert kan inte tas fram från "10-lagers AI-serverkort" och en disposition. Leverantören behöver tillräckligt med information för att skilja ett hanteringskort från ett höghastighets-retimer- eller acceleratorkort och för att identifiera var processrisken är koncentrerad.

DFM-svaret ska returnera den föreslagna produktionsuppsättningen, färdig impedansgeometri, identifierade undantag, antaganden för specialprocesser och godkännandepunkter. En offert som tyst ersätter material, ändrar via-arkitekturen eller tar bort en obligatorisk rapport är inte tekniskt likvärdig.

Skicka in ett AI-infrastruktur-PCB för teknisk granskning