10-шарова розробка друкованих плат сервера штучного інтелекту для апаратного забезпечення прискорювача

«Плата сервера штучного інтелекту» – це опис системи, а не клас виготовлення. Термін може стосуватися основної плати, плати розширення прискорювача, пристрою пам'яті CXL, плати повторного таймера, мережевого інтерфейсу, носія оптичного модуля, контролера керування, плати розподілу живлення або невеликої плати керування всередині підсистеми рідинного охолодження. Ці продукти не мають однакової кількості шарів, ламінату, допуску імпедансу, нарощування HDI або плану надійності.

Десятишарова конструкція може бути доцільною для окремих плат інфраструктури штучного інтелекту, але її не слід рекламувати як універсальну платформу для високоякісних базових плат прискорювачів або комутаційних систем. Правильна кількість шарів визначається на основі розподілу компонентів, кількості каналів, потреб опорних площин, розподілу живлення, топології роз'ємів, механічної товщини та вимог до кваліфікації. У багатьох випадках дванадцяти-, шістнадцяти- або більш високошарова звичайна плата має менший ризик, ніж примусове об'єднання кількох послідовних циклів HDI та фрагментованих площин живлення у десять шарів.

У цьому посібнику пояснюється, де десять шарів є технічно достовірними та що необхідно надати перед виготовленням. У ньому навмисно уникаються фіксовані твердження, такі як «Тахіон дорівнює шести дюймам», «0.4 мм BGA завжди вимагає 3+4+3» або «всі плати штучного інтелекту вимагають класу 3». Ці рішення належать до опублікованої моделі каналу, дослідження виходу корпусу та документації закупівель. Загальні рекомендації щодо будівництва доступні в Огляд інженерії 10-шарових друкованих плат, тоді як детальні електромонтажні роботи охоплюються високошвидкісний гід по каналах.

Де 10-шарова друкована плата підходить в інфраструктурі штучного інтелекту

Десять шарів є найбільш надійними, коли плата має обмежену кількість високошвидкісних інтерфейсів, компактну область маршрутизації та архітектуру живлення, яка не потребує багатьох широких, ізольованих площин. Прикладами є плати керування та BMC, плати розширення прискорювачів або сховищ з контрольованою кількістю ліній PCIe або CXL, плати повторного таймера, плати розгортання оптичних модулів, пристрої розширення пам'яті CXL, вузли мережевого інтерфейсу, контролери вентиляторів і насосів, плати телеметрії та вибрані продукти керування живленням.

Забезпечення однакової кількості шарів стає складним, коли плата має виходити з кількох дуже великих корпусів, переносити багато каналів пам'яті, маршрутизувати численні лінії класу 112 Гбіт/с або нові лінії класу 224 Гбіт/с, підтримувати кілька високострумових шин або підключати кілька високощільних мезонінів та оптичних інтерфейсів. У цих випадках площа трасування та площина, що займається антиконтактними майданчиками, полями переходних отворів та островами живлення, може зробити десять шарів електрично крихкими, навіть якщо доріжки можна підігнати.

Рішення має порівнювати щонайменше три архітектури: звичайну десятишарову плату, десятишарову плату HDI та звичайну плату з більшою кількістю шарів. Найменша кількість шарів не є автоматично найдешевшою чи найнадійнішою. ​​Послідовне ламінування, лазерне свердління, мідне заповнення та зниження продуктивності можуть переважити вартість ще однієї пари звичайних шарів.

Класифікуйте дошку перед вибором стекапу

Стек слід вибирати виходячи з ролі плати в системі. Плата розширення прискорювача, карта пам'яті CXL та носій оптичного модуля можуть називатися апаратним забезпеченням штучного інтелекту, але їхні критичні обмеження різні.

Ради управління та контролю

Ці плати зазвичай оснащені мікроконтролерами, пристроями BMC, контролерами послідовного живлення, керуванням вентиляторами або насосами, інтерфейсами датчиків та мережами середньої швидкості. Десятишарове стекування з великою кількістю опорних площин може забезпечити чисті зворотні шляхи, ізоляцію між комутаційними ланцюгами живлення та вимірювальними ланцюгами, а також достатній розподіл живлення без використання високоякісних матеріалів з низькими втратами по всій платі.

Пристрої PCIe та CXL

З'єднання PCI Express та CXL мають спільну основу фізичного рівня, але керівна ревізія та форм-фактор все ще мають значення. PCIe 5.0 використовує 32 ГТ/с NRZ, PCIe 6.0 використовує 64 ГТ/с PAM4, а PCIe 7.0 версії 1.0 була випущена зі 128 ГТ/с PAM4. CXL 4.0 була випущена у 2025 році. Ці факти встановлюють контекст сигналізації; вони не надають універсального бюджету втрат на платі. Перед вибором конструкції плати необхідно визначити відповідну базову специфікацію, топологію плати розширення або користувацьку топологію, модель роз'єму, розміщення повторного таймера та розподіл корпусу.

Мережеві та оптичні з'єднувальні плати

Стандарт IEEE 802.3df-2024 стандартизував цілі та фізичні рівні Ethernet 400 Гбіт/с та 800 Гбіт/с. Плата, описана як «800G», все ще може використовувати різну кількість ліній, електричні досяжності, роз'єми та інтерфейси оптичних модулів. У цій редакції IEEE P802.3dj все ще розробляє роботу 1.6 Тбіт/с та подальші фізичні рівні 200/400/800 Гбіт/с; проекти, що використовують цю роботу, повинні точно вказувати чернетку або вимоги замовника. Аналогічно, проекти класу OIF 224G розрізняють надкоротку, дужекоротку, середню та довгу досяжність замість визначення одного універсального каналу друкованої плати.

Для всіх трьох типів плат постачальнику потрібне фактичне визначення каналу. Маркетингової етикетки, такої як «Gen7», «800G» або «224G», недостатньо для того, щоб дозволити процес ламінування або зворотного свердління.

Корпус прискорювача, HBM та межа друкованих плат

Високошвидкісна пам'ять, що використовується сучасними прискорювачами, зазвичай інтегрована з процесором через удосконалений корпус, проміжний елемент або підкладку на рівні корпусу. Тому інтерфейс HBM зазвичай не маршрутизується як звичайна диференціальна шина через друковану плату сервера. Плата містить зовнішні інтерфейси живлення корпусу прискорювача, PCIe/CXL, міжчіповий інтерфейс, інтерфейси керування, тактової частоти та обслуговування. Трактування ліній HBM як звичайної смужкової лінії на друкованій платі є фундаментальною архітектурною помилкою.

Межі корпусу змінюють проблему друкованої плати двома способами. По-перше, плата може не мати надширокого інтерфейсу HBM, але вона все ще повинна підтримувати дуже щільний вивід BGA та мережу живлення для високого струму. По-друге, вивід корпусу, геометрія роз'єму або контактної площадки та розташування розв'язки можуть домінувати в кількості шарів, навіть якщо кількість зовнішніх високошвидкісних ліній невелика.

Інформація про пакет, необхідна для планування роботи дошки

• карта м'яча, поле для гольфу, діаметр землі та схема скорочення населення;
• розподіл потужності та наземного м'яча рейкою;
• розташування зовнішніх смуг для високошвидкісного руху та схема розташування опорних куль;
• дозволені зони розгалуження, вхідних контактних майданчиків та розв'язки на задній стороні;
• механічні фіксатори, ребро жорсткості, радіатор або кріплення на холодній пластині;
• моделі корпусів та проривів для моделювання каналів;
• профіль складання та вимоги до компланарності.

Десятишарову конструкцію слід відхилити заздалегідь, якщо дослідження виходу BGA використовує опорні площини, фрагментує розподіл живлення або вимагає більшої кількості рівнів нарощування, ніж може підтримувати план кваліфікації. 10-шаровий інженерний посібник з HDI пояснює, чому сама лише висота звуку не може визначити 1+8+1, 2+6+2 або 3+4+3.

Інженерія каналів PCIe, CXL та Ethernet

Можливість забезпечення високої швидкості має бути встановлена ​​на основі повного каналу: розподіл корпусу, перехід через транзистор, маршрутизована лінія, запуск роз'єму або кабелю, повторний таймер, якщо є, та корпус приймача. Вибір матеріалу є лише однією зі змінних.

Зворотне свердління слід вказувати, коли витягнутий невикористаний заглушка порушує вимоги щодо каналу, і рішення зі сліпим переходом не є кращим. У примітці необхідно визначити сторону свердла, цільовий шар, максимальний залишковий заглушка, діаметр інструменту, допустимий пробій та метод перевірки. Фіксоване твердження «максимум 3 міл» не підходить для кожної товщини панелі та вікна реєстрації.

Так само, узгодження диференціальних пар та інтервал між смугами повинні визначатися керівною реалізацією та моделлю каналу. Такі правила, як +/-1 міл всередині пари або інтервал 10 Вт, не є універсальними показниками відповідності. довідник з маршрутизації пояснює, як перетворити вимоги до синхронізації, перехресних перешкод та переходів на обмеження компонування.

Рішення щодо складування, матеріалу та міді

Практичне десятишарове стекування інфраструктури штучного інтелекту часто надає перевагу опорним площинам над максимальною кількістю сигнальних шарів. Архітектура з чотирма сигналами, чотирма заземленнями та двома живленнями може забезпечити два зовнішні мікросмужкові шари та два добре опорні шари смужкових ліній, зберігаючи при цьому широкий розподіл живлення. Шість сигналів/чотири площини забезпечують більшу пропускну здатність маршрутизації, але можуть створювати суміжні сигнальні шари або недостатню площину площини; їх слід використовувати лише тоді, коли фактичний шлях зворотного зв'язку та план перехресних перешкод їх підтримують.

Матеріал з низькими втратами слід розміщувати там, де модель каналу показує, що це необхідно. Гібридна конструкція може використовувати серцевину з низькими втратами та систему з'єднання навколо вибраних шарів високошвидкісної смужкової лінії, одночасно використовуючи іншу сумісну систему в іншому місці. Гібридна конструкція повинна все ще задовольняти вимоги щодо з'єднання, свердління, розмірного руху, адгезії міді та термічного циклу. Два сімейства ламінату в одному класі маркетингових втрат не є автоматично взаємозамінними.

Вхідні дані для вивільнення матеріалів

• точний затверджений сорт або список затверджених матеріалів;
• конструкція серцевини та препрегу, вміст смоли та стиль скловолокна;
• мідний профіль, що використовується в моделі внесених втрат;
• джерело, метод та діапазон частот проектування Dk та Df;
• повноваження щодо заміщення та шлях перекваліфікації;
• термічна історія від послідовного ламінування, через заповнення, обробку та складання;
• наявність, мінімальна кількість закупівлі та довгострокові обмеження поставок.

Команда 10-шаровий посібник з матеріалів детально розглядає ці елементи керування. Контрольований імпеданс має бути перерахований відповідно до запропонованої виробничої конструкції, а не скопійований із загальної таблиці 5 міл/50 Ом.

HDI, BGA Escape та архітектура Via

Використання HDI виправдане, коли воно створює доступ до маршрутизації або електричні характеристики, які не можуть забезпечити звичайні перехідні отвори. Схема розташування виводів корпусу, кількість рядків, вимоги до живлення перехідних отворів та доступні сигнальні шари мають більше значення, ніж сам крок тону.

Для корпусів прискорювачів, таймерів та перемикачів для відновлення каналів роз'єднання може використовуватися встановлення переходних отворів у контактну площадку. На виробничому кресленні слід розрізняти заповнені міддю мікровідверстия, непровідне заповнення, смоляну заглушку, планаризацію та мідний ковпачок. Багатошарові мікровідверстия вимагають підтвердження надійності, пов'язаної з конструкцією, оскільки межа між заповненими переходними отворами та цільовими контактами може стати місцем втоми під час багаторазового термічного впливу.

Будь-якошарову або багатошарову HDI-плату не слід вибирати лише тому, що вона доступна. Кожен рівень нарощування додає візуалізацію, ламінування, лазерне свердління, металізацію та часто заливку/планаризацію міддю. Конструкція повинна порівнювати звичайну плату з вищим шаром зі складною десятишаровою HDI-платою, використовуючи трасування, вихід енергії, надійність та вартість, а не лише номінальну кількість шарів.

Перевірки випуску HDI

• відобразити кожен глухий, закопаний, пропущений та наскрізний проліт у таблиці свердління;
• визначати шаруваті та ступінчасті зв'язки за шарами;
• підтвердити діаметр мікровідверстий, товщину діелектрика та діелектричну зону захоплення як одне технологічне вікно;
• визначити вимоги до заповнення, верхньої частини, виїмки та поверхні складання;
• вимоги до державної специфікації продукції, класу, кваліфікаційного купона та приймання партії;
• Не використовуйте IPC-6016 як чинний стандарт прийняття HDI; використовуйте відповідну поточну специфікацію продукту та перегляд закупівель.

Мережа електропостачання та розподіл струму

Живлення прискорювача не може бути спроектоване лише на основі струмового навантаження. Розподільна мережа плати повинна задовольняти вимоги щодо падіння напруги постійного струму, перехідного імпедансу, розміщення перетворювача, входу в корпус, обмежень щодо роз'єму або збірної шини, підвищення температури міді та механічних обмежень. Струм може подаватись через торцеві контакти, сильнострумові роз'єми, збірні шини, вертикальні модулі живлення або локальні регулятори; кожна архітектура використовує друковану плату по-різному.

Зв'язок між цільовим імпедансом Z_мета = ΔV / ΔI є відправною точкою, а не повною специфікацією PDN. Необхідно визначити відповідний спектр перехідних процесів, контур керування регулятором напруги, ємність корпусу та допустиме падіння напруги. Вище діапазону частот, де конденсатори, встановлені на платі, залишаються ефективними, домінують структури корпусу та на кристалі.

Питання постійного та змінного струму, що впливають на виготовлення

• Для яких рейок потрібні широкі площини, товста мідь, мідна інкрустація або зовнішні провідники?
• Яка мінімальна товщина готової міді, а не номінальна вага фольги?
• Яка площа поверхні втрачається через антикорозійні прокладки, слоти, термовимикачі та монтажні елементи?
• Де можна розмістити розв'язку на задній стороні, і чи потрібні заповнені переходні отвори в контактних майданчиках компонентів?
• Яке падіння напруги та підвищення температури допустимі за найгіршого випадку струму та навколишнього середовища?
• Чи потрібні платі структури вимірювання струму, калібровані шунти або трасування за принципом Кельвіна?

IPC-2152 надає рекомендації щодо струмонесучої здатності та теплової поведінки, але не зводить складну площину або поле переходного отвору до однієї універсальної межі щільності струму. Використовуйте моделювання або перевірені дані випробувань для плат-прискорювачів високого струму. У деяких продуктах шина, вивідна рама або силовий модуль є більш доцільними, ніж пропускання сотень ампер через звичайні площини друкованої плати.

Термічна та механічна інтеграція

Друкована плата є одним з елементів теплового тракту. Корпуси високої потужності зазвичай відводять більшу частину тепла через кришку корпусу, радіатор або рідинну пластину, а не через плату. Мідні площини та перехідні отвори можуть поширювати локальне тепло та зменшувати втрати електроенергії, але простий розрахунок кількості перехідних отворів не доводить теплові характеристики корпусу.

Механічне навантаження може бути таким же важливим, як і теплопровідність. Великі корпуси, ребра жорсткості, холодні пластини та клітки роз'ємів створюють згинальні моменти, які можуть напружувати паяні з'єднання та мікровідкритті. Креслення плати повинно визначати товщину, площинність, зазори, допуски монтажних отворів та будь-яку контрольовану локальну товщину. Аналіз складання повинен враховувати деформацію внаслідок оплавлення та робочу температуру.

Входи теплового/механічного розблокування

• живлення корпусу та затверджений термоінтерфейс;
• кріплення радіатора або холодної пластини та затискне навантаження;
• компоненти та захисні отвори під механічними елементами;
• опора дошки, ребро жорсткості та обмеження шасі;
• дозволені вигин/скручування та локальна компланарність;
• діапазон температур та очікувані термічні цикли;
• КТР матеріалу та симетрія гібридного стеку.

Важка мідь змінює геометрію травлення, заповнення смолою та поведінку ламінування. Мідні монети та інкрустації – це спеціальні конструкції, які вимагають чітких розмірів, методу склеювання, площинності та критеріїв перевірки; їх не слід представляти як стандартні опції на кожній платі штучного інтелекту.

Надійність, тестування та відстежуваність

Використання в центрах обробки даних не означає автоматично клас IPC 3, а комерційний продукт штучного інтелекту не успадковує автомобільну, медичну чи аерокосмічну сертифікацію від слова «ШІ». Застосовний клас продуктивності та система якості випливають з ризику продукту, вимог замовника та документації закупівель.

Для жорстких плат зазвичай відповідним сімейством характеристик продукції є IPC-6012; для жорстко-гнучких плат використовується IPC-6013, а для високочастотних конструкцій може бути IPC-6018, де це можливо. IPC-A-600 забезпечує візуальну інтерпретацію, але не замінює специфікацію продукту. Редакція, клас, доповнення та винятки замовника повинні бути вказані в замовленні.

Докази надійності можуть включати мікрошліфи на термонапруження, випробування міжз'єднань напруженням, HATS, циклічні випробування температури, моделювання оплавленням, випробування CAF, купони на внесені втрати або екологічну кваліфікацію на рівні продукту. Ці методи відповідають на різні питання. Методи випробування компонентів JEDEC не визначають автоматично прийнятність партії з голими платами, а IST - це не просто цикл камери від -40°C до +125°C.

Записи, які зазвичай розглядаються для програм високого ризику

• сертифікат відповідності та підтвердження електричних випробувань;
• випущена складська партія та відстеження матеріалів/партій;
• Результати TDR для заданих купонів імпедансу;
• результати мікрошліфів замовлених конструкцій та план зразка;
• перевірка контрольованої глибини або зворотного буріння, де це необхідно;
• звіти про перші статті або кваліфікаційні звіти для нових структур HDI;
• серіалізація та відстеження учасників процесу, коли це вимагається контрактом.

Не для кожної поставки потрібен кожен звіт. У кошторисі слід розрізняти стандартні записи, додаткові звіти, руйнівні випробування та кваліфікаційні роботи, які потребують спеціальних купонів або додаткових панелей.

Пакет документів на дозвіл на виготовлення та цінову пропозицію

Корисну цінову пропозицію неможливо створити на основі «10-шарової серверної плати зі штучним інтелектом» та плану. Постачальнику потрібно достатньо інформації, щоб відрізнити плату керування від високошвидкісної плати ретаймера або акселератора та визначити, де зосереджений ризик процесу.

У відповіді DFM має бути надано запропонований виробничий стек, геометрію готового імпедансу, виявлені винятки, припущення щодо спеціального процесу та елементи затвердження. Кошторис, який непомітно замінює матеріал, змінює архітектуру переходних отворів або видаляє необхідний звіт, технічно не є еквівалентним.

Надішліть друковану плату інфраструктури штучного інтелекту для інженерної перевірки