人工知能の開発が急成長している現在の時代において、AI サーバーはインテリジェント コンピューティングのコア キャリアとして、AI アプリケーションのパフォーマンスに直接影響を与えます。また、電子機器の基本コンポーネントである PCB は、AI サーバーにおいて重要です。
プリント基板用AIサーバーの厳しい性能要件高速データ伝送要件
AI サーバーは、大量のデータの処理と複雑な計算タスクの実行を担当しており、データ転送速度が重要なパフォーマンス指標となります。 AI モデルのトレーニングを例に挙げると、チップ、メモリ、ストレージ デバイス間で大量のデータを短期間に頻繁に交換する必要があります。この時点で、PCB は、信号の減衰や歪みを回避し、高周波および高速伝送中にデータ信号が安定して正確であることを保証する必要があります。-{3}}この目標を達成するには、プリント回路基板は、信号伝送損失を低減するために、低誘電率と低損失係数の特性を備えている必要があります。一方で、正確なインピーダンス制御が不可欠です。信号伝送路のインピーダンス整合を確保することによってのみ、信号反射を防止し、正確でエラーのないデータ伝送を保証することができます。
効率的な放熱要件
AI サーバー内の多数の高性能チップは、動作中に大量の熱を発生します。{0}熱放散が適切なタイミングで行われない場合、チップの高温によりパフォーマンスが低下し、さらにはハードウェアの損傷につながる可能性があります。たとえば、GPU クラスターで作業している場合、複数の GPU チップが一緒に実行されると、ローカルの温度が 120 度を超えて上昇する可能性があります。したがって、プリント基板は効率的な熱放散の責任を負う必要があります。これには、アルミニウム基板（熱伝導率が最大 2.0W/m・K）などの高熱伝導率の材料を使用するか、熱放散機能を強化するために埋め込まれた銅ブロックが必要です。同時に、放熱穴、放熱層などの設置などの合理的な放熱チャネルを通じて、熱を素早くヒートシンクに導き、適切な温度でチップの安定した動作を維持します。
高密度回路レイアウトの要件
AI テクノロジーの発展に伴い、AI サーバーへの電子コンポーネントの統合は増え続けています。プリント基板は、部品数の増加と機能の複雑さの要求に応えるために、限られたスペース内でより高密度の回路レイアウトを実現する必要があります。これは、限られた都市空間内でより多くの道路や建物を計画するようなもので、コンパクトなレイアウトと、さまざまな路線やコンポーネント間の干渉の防止の両方を確保します。-たとえば、小型 AI アクセラレータ モジュールには 4 ～ 5 次の HDI テクノロジーが使用されることが多く、これにより配線密度が大幅に向上し、回路基板のサイズが縮小され、マイクロホール、ブラインドホール、埋め込みホールによる信号伝送の安定性が確保されます。
AIサーバーにおけるPCBの重要な役割
物理的サポートと電気的接続プラットフォーム
PCB は、建物の基礎と同様に、AI サーバーのさまざまな電子コンポーネントに強固な物理的サポートを提供します。同時に、コンポーネント間の電気接続ネットワークを構築し、CPU、GPU、メモリ、ストレージなどの主要コンポーネントを緊密に接続して、それらが連携できるようにします。マクロの観点から見ると、サーバー内のさまざまなコンポーネント間のデータ信号の送信、配電、および管理はすべて PCB に依存します。コンポーネントが異なれば、信号伝送に対する要件も異なります。プリント基板は、慎重な回路レイアウトと信号伝送経路を通じてこれらの多様なニーズを満たし、サーバー システム全体の協調動作を保証します。
データ信号の送信と電源管理
データ信号の送信に関しては、PCB はさまざまなコンポーネントによって生成されたデータ信号をターゲット コンポーネントに正確かつ迅速に送信する責任があります。たとえば、CPU によって処理されたデータは、PCB を介してメモリ ストレージに送信されるか、さらなる計算のために GPU に送信される必要があります。このプロセス中、PCB は信号の完全性と安定性を保証する必要があります。電源管理の観点から見ると、PCB はさまざまなコンポーネントに安定して電力を分配し、各コンポーネントが適切な電圧と電流を確実に受信できるようにする責任があります。同時に、電源層とグランド層を合理的に配置することで、電源ノイズと電磁干渉を低減し、信号伝送に良好な電気環境を作り出すことができます。
ニーズに応える先進の素材と技術
高速伝送のための材料とプロセス-
プリント基板の高速伝送に対する AI サーバーの需要を満たすために、業界は一連の先進的な材料を採用してきました。{0}ポリテトラフルオロエチレンとセラミック充填材料は、優れた低誘電率と低損失係数特性により、高周波用途に最適です。-ただし、これらの材料はコストが高いため、大規模な用途には制限があります。-この目的を達成するために、一部のメーカーは、FR-4 と PTFE を組み合わせ、重要でない信号層に低コストの FR-4 材料を使用し、重要な信号層に PTFE を使用するなど、パフォーマンスを確保しながら効果的にコストを削減するハイブリッド基板を開発しました。技術面では、レーザー穴あけ技術が広く使われています。従来の機械的穴あけでは、0.2mm 未満の開口部を加工するときにバリが発生する傾向があり、スルーホールの導電性や信号伝送に影響を与える可能性があります。 CO 2 レーザー穴あけ技術は、穴壁粗さ15μm以下で0.15mmの微細穴加工を実現し、高周波信号の伝送効率を大幅に向上させます。さらに、高度なエッチングプロセスにより、より微細な回路製造を実現し、高密度配線の要件を満たすことができます。
放熱技術と構造最適化
熱放散の問題を克服するために、メーカーは高熱伝導率材料の使用に加えて、PCB 構造の最適化における革新を続けています。たとえば、6オンスの厚さの銅板テクノロジーを使用すると、熱抵抗を30%削減し、熱放散を効果的に改善できます。一部のハイエンド AI サーバーのプリント基板には、均一なヒート プレートまたはヒート パイプも埋め込まれています。これらは、その効率的な熱伝導率を利用して、チップによって生成された熱を PCB 全体に素早く放散し、その後、ヒートシンクなどの外部放熱デバイスを使用して熱を放散します。同時に、放熱が良好な領域に高出力コンポーネントを集中させ、放熱穴の数と密度を増やして放熱効率をさらに向上させることで、PCB レイアウトを最適化します。-これらの放熱技術を総合的に適用することで、長期間の高負荷動作下でも AI サーバーのチップ温度が安全な範囲内に維持され、サーバーの安定した動作が保証されます。-
高密度配線における技術の進歩-
高密度配線を実現するために、HDI テクノロジーが主流になっています。{0} HDI は、PCB の内層に小さなビア (マイクロ ホール、ブラインド ホール、埋め込みホール) を作成することにより、異なる層間のより緊密な電気接続を実現します。非常に広いスペースを必要とする一部の AI サーバー マザーボードでは、HDI テクノロジーにより配線密度が従来のプリント基板の数倍に増加します。同時に、多層プリント回路基板は絶えず開発されており、層の数を増やすことで回路レイアウトのためのより多くのスペースを提供し、より多くのコンポーネントとより複雑な回路を収容できるようになります。たとえば、一部の AI サーバーの PCB 層は 18 層を超え、32 層に達することもあります。多層プリント基板では、電源層、グランド層、信号層のレイアウトを合理的に計画することで、電磁干渉と信号クロストークを効果的に低減し、信号の完全性を向上させ、AI サーバーの高性能要件を満たします。-