En la era actual de floreciente desarrollo de la inteligencia artificial, los servidores de IA, como portadores principales de la computación inteligente, tienen un impacto directo en el rendimiento de las aplicaciones de IA. Y la PCB, el componente fundamental de los dispositivos electrónicos, es crucial en los servidores de IA.
Los estrictos requisitos de rendimiento de los servidores de IA para placas de circuitos impresos. Requisitos de transmisión de datos de alta velocidad.
Los servidores de IA son responsables de procesar cantidades masivas de datos y realizar tareas computacionales complejas, lo que hace que la velocidad de transmisión de datos sea un indicador clave de rendimiento. Tomando como ejemplo el entrenamiento del modelo de IA, es necesario intercambiar frecuentemente una gran cantidad de datos entre chips, memoria y dispositivos de almacenamiento en un corto período de tiempo. En este punto, la PCB debe garantizar que la señal de datos sea estable y precisa durante la transmisión de alta-frecuencia y alta-velocidad, evitando la atenuación y distorsión de la señal. Para lograr este objetivo, las placas de circuitos impresos deben tener características de constante dieléctrica baja y factor de pérdida bajo para reducir las pérdidas de transmisión de señal. Mientras tanto, es indispensable un control preciso de la impedancia. Sólo garantizando la coincidencia de impedancia de la ruta de transmisión de la señal se puede evitar la reflexión de la señal y garantizar que la transmisión de datos sea precisa y libre de errores.
Requisitos de disipación de calor eficiente
Los numerosos chips de alto-rendimiento dentro del servidor de IA generan una cantidad significativa de calor durante el funcionamiento. Si la disipación de calor no es oportuna, la alta temperatura del chip provocará una degradación del rendimiento e incluso daños al hardware. Por ejemplo, cuando se trabaja en un clúster de GPU, varios chips de GPU funcionando juntos pueden hacer que las temperaturas locales se eleven por encima de los 120 grados. Por lo tanto, las placas de circuito impreso deben asumir la responsabilidad de una disipación de calor eficiente. Esto requiere el uso de materiales de alta conductividad térmica, como sustratos de aluminio (con una conductividad térmica de hasta 2,0 W/m · K) o bloques de cobre integrados para mejorar las capacidades de disipación de calor. Al mismo tiempo, a través de canales razonables de disipación de calor, como la instalación de orificios de disipación de calor, capas de disipación de calor, etc., el calor se conduce rápidamente al disipador de calor para mantener el funcionamiento estable del chip a una temperatura adecuada.
Requisitos de diseño de circuitos de alta densidad
Con el desarrollo de la tecnología de IA, la integración de componentes electrónicos en servidores de IA sigue aumentando. Las placas de circuitos impresos deben lograr diseños de circuitos más densos dentro de un espacio limitado para satisfacer las demandas del creciente número de componentes y complejidad funcional. Esto es como planificar más carreteras y edificios dentro de un espacio urbano limitado, garantizando un diseño compacto y la no-interferencia entre varias líneas y componentes. Por ejemplo, los pequeños módulos aceleradores de IA suelen utilizar tecnología HDI de orden 4-5, que aumenta considerablemente la densidad del cableado, reduce el tamaño de la placa de circuito y garantiza la estabilidad de la transmisión de la señal a través de microagujeros, agujeros ciegos y agujeros enterrados.
El papel clave de la PCB en los servidores de IA
Plataforma de soporte físico y conexión eléctrica.
PCB proporciona un soporte físico sólido para varios componentes electrónicos en servidores de IA, al igual que los cimientos de un edificio. Al mismo tiempo, crea una red de conexión eléctrica entre componentes, conectando estrechamente componentes clave como CPU, GPU, memoria y almacenamiento para permitirles trabajar juntos. Desde una perspectiva macro, la transmisión de señales de datos, la distribución de energía y la administración entre varios componentes dentro del servidor dependen de la PCB. Los diferentes componentes tienen diferentes requisitos para la transmisión de señales, y las placas de circuitos impresos satisfacen estas diversas necesidades mediante un diseño cuidadoso de los circuitos y rutas de transmisión de señales, lo que garantiza el funcionamiento coordinado de todo el sistema de servidor.
Transmisión de señales de datos y gestión de energía.
En términos de transmisión de señales de datos, la PCB es responsable de transmitir con precisión y rapidez las señales de datos generadas por diferentes componentes al componente de destino. Por ejemplo, los datos procesados por la CPU deben transmitirse a la memoria de almacenamiento a través de la PCB o a la GPU para su posterior cálculo. Durante este proceso, la PCB debe garantizar la integridad y estabilidad de la señal. En términos de administración de energía, la PCB es responsable de distribuir la energía de manera estable a varios componentes, asegurando que cada componente reciba el voltaje y la corriente adecuados. Al mismo tiempo, al disponer razonablemente las capas de energía y tierra, se pueden reducir el ruido de energía y la interferencia electromagnética, creando un buen ambiente eléctrico para la transmisión de señales.
Materiales y tecnologías avanzados que satisfacen la demanda
Materiales y procesos para transmisión de alta-velocidad
Para satisfacer la demanda de servidores de IA para la transmisión de alta-velocidad de placas de circuitos impresos, la industria ha adoptado una serie de materiales avanzados. Los materiales de relleno cerámicos y de politetrafluoroetileno son opciones ideales para aplicaciones de alta-frecuencia debido a sus excelentes características de baja constante dieléctrica y bajo factor de pérdida. Sin embargo, el alto costo de estos materiales limita su aplicación a gran-escala. Con este fin, algunos fabricantes han desarrollado sustratos híbridos, como la combinación de FR-4 con PTFE, utilizando material FR-de bajo costo-4 en capas de señal no críticas y PTFE en capas de señal críticas, lo que reduce efectivamente los costos y garantiza el rendimiento. En términos de tecnología, la tecnología de perforación láser se ha utilizado ampliamente. La perforación mecánica tradicional es propensa a producir rebabas al procesar aberturas inferiores a 0,2 mm, lo que puede afectar la conductividad y la transmisión de señales de los orificios pasantes. La tecnología de perforación láser de CO₂ puede lograr un procesamiento de microorificios de 0,15 mm, con una rugosidad de la pared del orificio inferior o igual a 15 μm, lo que mejora significativamente la eficiencia de la transmisión de señales de alta frecuencia. Además, los procesos de grabado avanzados pueden lograr una fabricación de circuitos más fina y cumplir con los requisitos de cableado de alta densidad.
Tecnología de disipación de calor y optimización estructural.
Para superar el problema de la disipación de calor, además de utilizar materiales de alta conductividad térmica, los fabricantes continúan innovando en la optimización de la estructura de las PCB. Por ejemplo, el uso de tecnología de placa de cobre de 6 oz de espesor puede reducir la resistencia térmica en un 30% y mejorar efectivamente la disipación de calor. En algunas placas de circuitos impresos de servidores de IA de gama alta-, también se incluyen placas de calor uniformes o tubos de calor, que utilizan su conductividad térmica eficiente para disipar rápidamente el calor generado por el chip a toda la PCB, y luego utilizan dispositivos externos de disipación de calor, como disipadores de calor, para disiparlo. Al mismo tiempo, optimice el diseño de la PCB concentrando componentes de alta-potencia en áreas con buena disipación de calor y aumentando el número y la densidad de los orificios de disipación de calor para mejorar aún más la eficiencia de la disipación de calor. Mediante la aplicación integral de estas tecnologías de disipación de calor, se garantiza que la temperatura del chip del servidor de IA permanezca dentro de un rango seguro bajo un funcionamiento de alta carga a largo plazo-, lo que garantiza un funcionamiento estable del servidor.
Avance tecnológico en cableado de alta-densidad
Para lograr un cableado de alta-densidad, la tecnología HDI se ha generalizado. HDI logra conexiones eléctricas más estrechas entre diferentes capas mediante la creación de pequeñas vías (microagujeros, agujeros ciegos y agujeros enterrados) en la capa interna de la PCB. En algunas placas base de servidores de IA que requieren un espacio extremadamente grande, la tecnología HDI aumenta la densidad del cableado varias veces más que las placas de circuitos impresos tradicionales. Al mismo tiempo, las placas de circuitos impresos multi-capas se desarrollan constantemente, proporcionando más espacio para el diseño de circuitos al aumentar el número de capas, que pueden acomodar más componentes y circuitos más complejos. Por ejemplo, las capas de PCB de algunos servidores de IA han superado las 18 capas e incluso han llegado a las 32 capas. En las placas de circuitos impresos de múltiples-capas, la planificación razonable del diseño de las capas de energía, tierra y señal reduce de manera efectiva la interferencia electromagnética y la diafonía de la señal, mejora la integridad de la señal y cumple con los requisitos de alto-rendimiento de los servidores de IA.