Hızlandırıcı Donanımı için 10 Katmanlı Yapay Zeka Sunucu PCB Mühendisliği

“Yapay zeka sunucu PCB'si” bir sistem tanımıdır, bir üretim sınıfı değildir. Bu terim, bir ana kart, hızlandırıcı eklenti kartı, CXL bellek aygıtı, zamanlayıcı kartı, ağ arayüzü, optik modül taşıyıcı, yönetim denetleyicisi, güç dağıtım kartı veya sıvı soğutma alt sisteminin içindeki küçük bir kontrol kartını ifade edebilir. Bu ürünler, katman sayısı, laminat, empedans toleransı, HDI yapısı veya güvenilirlik planı açısından hiçbir ortak özelliğe sahip değildir.

On katmanlı bir yapı, seçilmiş yapay zeka altyapı kartları için uygun olabilir, ancak üst düzey hızlandırıcı ana kartları veya anahtarlama sistemleri için evrensel bir platform olarak tanıtılmamalıdır. Doğru katman sayısı, bileşen çıkışı, kanal sayısı, referans düzlemi ihtiyaçları, güç dağıtımı, konektör topolojisi, mekanik kalınlık ve yeterlilik gereksinimlerinden kaynaklanır. Birçok durumda, on iki, on altı veya daha fazla katmanlı geleneksel bir kart, birkaç ardışık HDI döngüsünü ve parçalanmış güç düzlemlerini on katmana zorlamaktan daha düşük risklidir.

Bu kılavuz, on katmanın teknik olarak nerede geçerli olduğunu ve imalattan önce nelerin sağlanması gerektiğini açıklamaktadır. "Tachyon altı inç'e eşittir", "0.4 mm BGA her zaman 3+4+3 gerektirir" veya "tüm AI kartları Sınıf 3 gerektirir" gibi kesin iddialardan kasıtlı olarak kaçınmaktadır. Bu kararlar, yayınlanan kanal modeli, paket kaçış çalışması ve tedarik belgelerine aittir. Genel yapı kılavuzu şurada mevcuttur: 10 katmanlı PCB mühendisliğine genel bakışDetaylı elektrik işleri ise şu kapsamda ele alınmaktadır: yüksek hızlı kanal rehberi.

10 Katmanlı PCB'nin Yapay Zeka Altyapısında Yer Alabileceği Noktalar

Kartın sınırlı sayıda yüksek hızlı arayüzü, kompakt bir yönlendirme bölgesi ve çok sayıda geniş, izole düzlem gerektirmeyen bir güç mimarisine sahip olduğu durumlarda on katman en güvenilir çözümdür. Örnekler arasında yönetim ve BMC kartları, kontrollü sayıda PCIe veya CXL şeridine sahip hızlandırıcı veya depolama eklenti kartları, zamanlayıcı kartları, optik modül bağlantı kartları, CXL bellek genişletme aygıtları, ağ arayüzü alt montajları, fan ve pompa kontrolörleri, telemetri kartları ve seçilmiş güç kontrol ürünleri yer almaktadır.

Aynı katman sayısı, kartın birden fazla çok büyük paketten kaçınması, birçok bellek kanalını taşıması, çok sayıda 112 Gb/s veya yeni ortaya çıkan 224 Gb/s sınıfı şeridi yönlendirmesi, birkaç yüksek akım rayını desteklemesi veya birden fazla yüksek yoğunluklu ara katman ve optik arayüzü bağlaması gerektiğinde zorlaşır. Bu durumlarda, antipad'ler, via alanları ve güç adaları tarafından tüketilen yönlendirme ve düzlem alanı, izler sığacak şekilde tasarlanmış olsa bile on katmanı elektriksel olarak kırılgan hale getirebilir.

Karar verilirken en az üç mimari karşılaştırılmalıdır: geleneksel on katmanlı bir kart, on katmanlı HDI kart ve daha fazla katmanlı geleneksel bir kart. En düşük katman sayısı otomatik olarak en düşük maliyet veya en güvenilir anlamına gelmez. Ardışık laminasyon, lazer delme, bakır dolgu ve düşük verim, ek bir çift geleneksel katmanın maliyetinden daha ağır basabilir.

Seçim yapmadan önce tahtayı sınıflandırın.

Bileşen yığını, kartın sistemdeki rolüne göre seçilmelidir. Bir hızlandırıcı eklenti kartı, CXL bellek kartı ve optik modül taşıyıcı, yapay zeka donanımı olarak adlandırılabilir, ancak kritik kısıtlamaları farklıdır.

Yönetim ve kontrol kurulları

Bu devre kartlarında genellikle mikrodenetleyiciler, BMC cihazları, güç sıralaması, fan veya pompa kontrolü, sensör arayüzleri ve orta hızlı ağ iletişimi baskındır. Referans düzlemi açısından zengin on katmanlı bir yapı, temiz geri dönüş yolları, anahtarlama gücü ve ölçüm devreleri arasında izolasyon ve tüm kart boyunca yüksek kaliteli düşük kayıplı malzeme kullanmadan yeterli güç dağıtımı sağlayabilir.

PCIe ve CXL cihazları

PCI Express ve CXL bağlantıları fiziksel katman temelini paylaşsa da, geçerli revizyon ve form faktörü yine de önemlidir. PCIe 5.0, 32 GT/s NRZ kullanırken, PCIe 6.0 64 GT/s PAM4 kullanır ve PCIe 7.0 Sürüm 1.0, 128 GT/s PAM4 ile piyasaya sürüldü. CXL 4.0 ise 2025 yılında piyasaya sürüldü. Bu gerçekler sinyalizasyon bağlamını oluşturur; evrensel bir kart kayıp bütçesi sağlamazlar. Kart yapısı seçilmeden önce, geçerli temel spesifikasyon, eklenti kartı veya özel topoloji, konektör modeli, yeniden zamanlayıcı yerleşimi ve paket tahsisi belirlenmelidir.

Ağ ve optik ara bağlantı kartları

IEEE 802.3df-2024 standardı, 400 Gb/s ve 800 Gb/s Ethernet hedeflerini ve fiziksel katmanlarını standartlaştırmıştır. "800G" olarak tanımlanan bir kart, farklı şerit sayıları, elektriksel erişim mesafeleri, konektörler ve optik modül arayüzleri kullanabilir. Bu revizyonda, IEEE P802.3dj hala 1.6 Tb/s çalışma ve ayrıca 200/400/800 Gb/s fiziksel katmanları geliştirmektedir; bu çalışmayı kullanan tasarımlar, tam taslak veya müşteri gereksinimini belirtmelidir. Benzer şekilde, OIF 224G sınıfı projeler, tek bir evrensel PCB kanalı tanımlamak yerine, ekstra kısa, çok kısa, orta ve uzun erişim mesafelerini ayırt eder.

Her üç kart tipi için de tedarikçinin gerçek kanal tanımına ihtiyacı vardır. "Gen7", "800G" veya "224G" gibi bir pazarlama etiketi, laminat veya arka delme işlemini onaylamak için yeterli değildir.

Hızlandırıcı Paketleme, HBM ve PCB Sınırı

Modern hızlandırıcılar tarafından kullanılan yüksek bant genişliğine sahip bellek (HBM), genellikle gelişmiş bir paket, ara bağlantı veya paket seviyesi alt tabaka aracılığıyla işlemciye entegre edilir. Bu nedenle HBM arayüzü, sunucu PCB'si boyunca geleneksel bir diferansiyel veri yolu olarak yönlendirilmez. Kart, hızlandırıcı paketinin harici güç, PCIe/CXL, çip-çip arası, yönetim, saat ve servis arayüzlerini taşır. HBM hatlarını sıradan PCB şerit hattı olarak ele almak temel bir mimari hatadır.

Paket sınırı, PCB sorununu iki şekilde değiştirir. Birincisi, kart ultra geniş HBM arayüzünü taşımayabilir, ancak yine de çok yoğun bir BGA çıkışını ve yüksek akımlı bir güç dağıtım ağını desteklemelidir. İkincisi, harici yüksek hızlı şerit sayısı az olsa bile, paket çıkışı, soket veya bağlantı noktası geometrisi ve ayırma yerleşimi katman sayısını belirleyebilir.

Yönetim kurulu planlaması için gerekli paket bilgileri

• top haritası, saha, arazi çapı ve nüfus azalma modeli;
• Demiryolu ile elektrik ve yer topu dağıtımı;
• Harici yüksek hızlı şerit konumları ve referans top deseni;
• fanout, via-in-pad ve arka taraf ayırma bölgelerine izin verildi;
• mekanik koruyucular, takviye elemanı, ısı emici veya soğuk plaka montajı;
• Kanal simülasyonu için paket ve kırılma modelleri;
• Montaj profili ve düzlemsellik gereksinimleri.

Eğer BGA kaçış çalışması referans düzlemlerini tüketiyorsa, güç dağıtımını parçalıyorsa veya yeterlilik planının destekleyebileceğinden daha fazla birikim seviyesi gerektiriyorsa, on katmanlı bir tasarım erken aşamada reddedilmelidir. 10 katmanlı HDI mühendislik kılavuzu Bu, yalnızca perdenin 1+8+1, 2+6+2 veya 3+4+3'ü belirleyemeyeceğini açıklar.

PCIe, CXL ve Ethernet Kanalı Mühendisliği

Yüksek hızlı iletimin fizibilitesi, paket çıkışı, geçiş yolu, yönlendirilmiş hat, konektör veya kablo çıkışı, varsa zamanlayıcı ve alıcı paketi dahil olmak üzere tüm kanal üzerinden belirlenmelidir. Malzeme seçimi yalnızca bir değişkendir.

Çıkarılan kullanılmayan çıkıntı kanal gereksinimini ihlal ettiğinde ve kör delik çözümü tercih edilmediğinde, geri delme işlemi belirtilmelidir. Notta, delme tarafı, hedef katman, maksimum artık çıkıntı, takım çapı, izin verilen kırılma ve doğrulama yöntemi tanımlanmalıdır. Sabit bir "maksimum 3 mil" iddiası her panel kalınlığı ve hizalama penceresi için uygun değildir.

Benzer şekilde, diferansiyel çift eşleştirme ve şerit aralığı, geçerli uygulama ve kanal modelinden gelmelidir. Çift içi +/-1 mil veya 10W aralık gibi kurallar, uyumluluğun evrensel göstergeleri değildir. rota kılavuzu Zamanlama, çapraz etkileşim ve geçiş gereksinimlerinin yerleşim kısıtlamalarına nasıl dönüştürüleceğini açıklar.

Yığınlama, Malzeme ve Bakır Kararları

Pratik on katmanlı bir yapay zeka altyapı yapısı, genellikle maksimum sinyal katmanı sayısından ziyade referans düzlemlerini tercih eder. Dört sinyal, dört topraklama, iki güç katmanından oluşan bir mimari, geniş güç dağıtımını korurken iki dış mikroşerit katmanı ve iki iyi referanslanmış şerit hat katmanı sağlayabilir. Altı sinyal/dört düzlem düzenlemeleri daha fazla yönlendirme kapasitesi sağlar ancak bitişik sinyal katmanları veya yetersiz düzlem alanı oluşturabilir; bunlar yalnızca gerçek dönüş yolu ve çapraz konuşma planı bunları desteklediğinde kullanılmalıdır.

Düşük kayıplı malzeme, kanal modelinin gerekli olduğunu gösterdiği yerlere yerleştirilmelidir. Hibrit bir yapı, seçilen yüksek hızlı şerit hat katmanlarının etrafında düşük kayıplı bir çekirdek ve yapıştırma sistemi kullanırken, başka yerlerde uyumlu başka bir sistem kullanabilir. Hibrit yapı yine de yapıştırma, delme, boyutsal hareket, bakır yapışması ve termal döngü gereksinimlerini karşılamalıdır. Aynı pazarlama kaybı sınıfındaki iki laminat ailesi otomatik olarak birbirinin yerine kullanılamaz.

Malzeme salınımı girdileri

• Tam onaylı kalite veya onaylı malzeme listesi;
• Çekirdek ve prepreg yapısı, reçine içeriği ve cam stili;
• Ekleme kaybı modelinde kullanılan bakır profil;
• Dk ve Df kaynağının tasarımı, yöntemi ve frekans aralığı;
• Yerine geçme yetkisi ve yeniden nitelendirme yolu;
• Ardışık laminasyon, dolgu, son işlem ve montaj aşamalarından kaynaklanan termal geçmiş;
• Stok bulunabilirliği, minimum satın alma miktarı ve uzun vadeli tedarik kısıtlamaları.

MKS 10 katmanlı malzeme kılavuzu Bu kontrolleri ayrıntılı olarak ele almaktadır. Kontrollü empedans, genel bir 5 mil/50 Ω tablosundan kopyalanmak yerine, önerilen üretim yapısına göre yeniden hesaplanmalıdır.

HDI, BGA Escape ve Via Architecture

HDI, geleneksel bir via alanının sağlayamayacağı yönlendirme erişimi veya elektriksel performans yarattığında haklıdır. Paket pin haritası, sıra sayısı, güç-via talebi ve mevcut sinyal katmanları, tek başına aralıktan daha önemlidir.

Hızlandırıcı, zamanlayıcı ve anahtar paketlerinde, bağlantı kanallarını onarmak için ped içi via kullanılabilir. Üretim çiziminde bakır dolgulu mikrovia, iletken olmayan dolgu, reçine tıkaç, düzleştirme ve bakır kapak birbirinden ayırt edilmelidir. Üst üste dizilmiş mikrovialar, dolgulu vialar ile hedef bölgeler arasındaki arayüz tekrarlanan termal maruz kalma altında yorulma noktası haline gelebileceğinden, yapıya özgü güvenilirlik kanıtı gerektirir.

Tek katmanlı veya çok katmanlı HDI (Yüksek Yoğunluklu İndeksleme) yalnızca mevcut olduğu için seçilmemelidir. Her katman, görüntüleme, laminasyon, lazer delme, metalizasyon ve genellikle bakır dolgu/düzleştirme işlemlerini ekler. Tasarım, yalnızca nominal katman sayısını değil, yönlendirme, verimlilik, güvenilirlik ve maliyeti de dikkate alarak, daha yüksek katmanlı geleneksel bir kartı karmaşık on katmanlı bir HDI kartıyla karşılaştırmalıdır.

HDI serbest bırakma kontrolleri

• Sondaj tablosunda her kör noktayı, gömülü noktayı, atlama noktasını ve geçiş deliğini gösterin;
• Katmanlara göre üst üste ve kademeli ilişkileri belirleyin;
• Mikrovia çapını, dielektrik kalınlığını ve yakalama bölgesini tek bir işlem penceresi olarak doğrulayın;
• Dolgu, kaplama, çukurlaştırma ve montaj yüzeyi gereksinimlerini tanımlayın;
• Ürün spesifikasyonunu, sınıfını, yeterlilik kuponunu ve parti kabul şartlarını belirtin;
• IPC-6016'yı güncel bir HDI kabul standardı olarak kullanmayın; bunun yerine geçerli güncel ürün spesifikasyonunu ve tedarik revizyonunu kullanın.

Enerji Dağıtım Ağı ve Akım Dağıtımı

Hızlandırıcı güç kaynağı yalnızca akım başlığına bakılarak tasarlanamaz. Kart üzerindeki güç dağıtım ağı (PDN), DC voltaj düşüşünü, geçici empedansı, dönüştürücü yerleşimini, paket girişini, konektör veya bara sınırlarını, bakır sıcaklık artışını ve mekanik kısıtlamaları karşılamalıdır. Akım, kenar kontakları, yüksek akım konektörleri, baralar, dikey güç modülleri veya yerel regülatörler aracılığıyla iletilebilir; her mimari PCB'yi farklı şekilde kullanır.

Hedef empedans ilişkisi Z_hedef = ΔV / ΔI Bu bir başlangıç ​​noktasıdır, eksiksiz bir PDN spesifikasyonu değildir. İlgili geçici spektrum, voltaj regülatörü kontrol döngüsü, paket kapasitesi ve izin verilen düşüş tanımlanmalıdır. Kart üzerine monte edilmiş kapasitörlerin etkili kaldığı frekans aralığının üzerinde, paket ve yonga üzerindeki yapılar baskın hale gelir.

Üretimi etkileyen doğru akım ve alternatif akım soruları

• Hangi raylar geniş düzlemler, kalın bakır, bakır kakma veya harici iletkenler gerektirir?
• Nominal folyo ağırlığı yerine, bakırın minimum bitmiş kalınlığı nedir?
• Yüzey alanının ne kadarı, pedlere, yuvalara, ısı kesicilere ve montaj donanımına harcanıyor?
• Arka yüzeyden ayırma işlemi nereye yerleştirilebilir ve bileşen bölgelerinde doldurulmuş via'lara ihtiyaç duyulur mu?
• En kötü durum akım ve ortam koşullarında hangi gerilim düşüşü ve sıcaklık artışına izin verilir?
• Devre kartının akım algılama yapılarına, kalibre edilmiş şöntlere veya Kelvin yönlendirmesine ihtiyacı var mı?

IPC-2152, akım taşıma kapasitesi ve termal davranış için kılavuz sağlar, ancak karmaşık bir düzlemi veya geçiş alanını evrensel bir akım yoğunluğu sınırına indirgemez. Yüksek akımlı hızlandırıcı kartlar için simülasyon veya doğrulanmış test verileri kullanın. Bazı ürünlerde, yüzlerce amperlik akımı sıradan PCB düzlemlerinden geçirmek yerine, bir bara, kurşun çerçeve veya güç modülü daha uygun olabilir.

Termal ve Mekanik Entegrasyon

PCB, termal yolun bir elemanıdır. Yüksek güçlü paketler genellikle ısıyı kart üzerinden değil, paket kapağı, soğutucu veya sıvı soğutma plakası aracılığıyla atarlar. Bakır düzlemler ve geçiş delikleri yerel ısıyı yayabilir ve elektriksel kayıpları azaltabilir, ancak basit bir geçiş deliği sayısı hesaplaması paketin termal performansını kanıtlamaz.

Mekanik yükleme, termal iletkenlik kadar önemli olabilir. Büyük paketler, takviye elemanları, soğuk plakalar ve konektör kafesleri, lehim bağlantılarını ve mikroviaları zorlayabilecek bükme momentleri oluşturur. Devre kartı çiziminde kalınlık, düzlük, boşluklar, montaj deliği toleransları ve kontrollü yerel kalınlık tanımlanmalıdır. Montaj analizinde, yeniden akış ve çalışma sıcaklığı yoluyla oluşan deformasyon dikkate alınmalıdır.

Termal/mekanik serbest bırakma girişleri

• Paket gücü ve onaylı termal arayüz;
• Isı emici veya soğuk plaka bağlantısı ve sıkıştırma yükü;
• Mekanik donanım altındaki bileşen ve yasak bölgeler aracılığıyla;
• Levha desteği, takviye elemanı ve şasi kısıtlamaları;
• Yay/bükülmeye ve yerel eş düzlemliliğe izin verildi;
• Sıcaklık aralığı ve beklenen termal döngüler;
• Malzeme CTE'si ve hibrit yığın simetrisi.

Ağır bakır, aşındırma geometrisini, reçine dolgusunu ve laminasyon davranışını değiştirir. Bakır paralar ve kakmalar, belirli boyutlar, yapıştırma yöntemi, düzlük ve denetim kriterleri gerektiren özel yapılardır; her yapay zeka kartında standart seçenek olarak sunulmamalıdır.

Güvenilirlik, Test ve İzlenebilirlik

Veri merkezi kullanımı otomatik olarak IPC Sınıf 3 anlamına gelmez ve ticari bir yapay zeka ürünü, "yapay zeka" kelimesinden dolayı otomotiv, tıp veya havacılık sertifikasını otomatik olarak devralmaz. Uygulanabilir performans sınıfı ve kalite sistemi, ürün riski, müşteri gereksinimleri ve tedarik dokümanlarından kaynaklanır.

Sert devre kartları için genellikle IPC-6012 ilgili ürün performans ailesidir; sert-esnek devre kartları IPC-6013 kullanır ve yüksek frekanslı yapılar, uygun olduğu durumlarda IPC-6018'i devreye sokabilir. IPC-A-600 görsel yorumlama sağlar ancak ürün spesifikasyonunun yerini almaz. Siparişte revizyon, sınıf, ekler ve müşteri istisnaları belirtilmelidir.

Güvenilirlik kanıtları arasında termal stres mikro kesitleri, ara bağlantı stres testi, HATS, sıcaklık döngüsü, reflow simülasyonu, CAF testi, ekleme kaybı numuneleri veya ürün düzeyinde çevresel yeterlilik yer alabilir. Bu yöntemler farklı sorulara cevap verir. JEDEC bileşen test yöntemleri, çıplak devre kartı parti kabulünü otomatik olarak tanımlamaz ve IST, yalnızca -40°C ila +125°C oda döngüsü değildir.

Genellikle yüksek riskli programlar için dikkate alınan kayıtlar

• Uygunluk belgesi ve elektriksel test onayı;
• Yayınlanan yığın birikimi ve malzeme/parti izlenebilirliği;
• Belirtilen empedans kuponları için TDR sonuçları;
• Yapıların ve örnek planın mikroskopik kesit sonuçları sipariş edildi;
• Gerektiğinde kontrollü derinlikte veya geri sondaj yöntemiyle doğrulama;
• Yeni İnsani Gelişme Endeksi (HDI) yapıları için ilk madde veya yeterlilik raporları;
• Sözleşme gerektirdiğinde seri numaralandırma ve süreç takip sistemi.

Her sevkiyat için her rapora ihtiyaç duyulmaz. Teklifte standart kayıtlar, isteğe bağlı raporlar, tahribatlı testler ve özel kuponlar veya ek paneller gerektiren yeterlilik çalışmaları birbirinden ayrılmalıdır.

İmalat Onayı ve Fiyat Teklifi Paketi

“10 katmanlı yapay zeka sunucu kartı” ve bir taslaktan işe yarar bir fiyat teklifi oluşturulamaz. Tedarikçinin, bir yönetim kartını yüksek hızlı zamanlayıcı veya hızlandırıcı karttan ayırt edebilecek ve süreç riskinin nerede yoğunlaştığını belirleyebilecek kadar bilgiye ihtiyacı vardır.

DFM yanıtı, önerilen üretim katmanlarını, tamamlanmış empedans geometrisini, belirlenen istisnaları, özel işlem varsayımlarını ve onay maddelerini içermelidir. Malzemeyi sessizce değiştiren, via mimarisini değiştiren veya gerekli bir raporu kaldıran bir teklif teknik olarak eşdeğer değildir.

Yapay Zeka Altyapısı PCB'sini Mühendislik İncelemesi İçin Gönderin