Wie die Leiterplattenfertigung von KI-Beschleunigerkarten die Hochgeschwindigkeitsleistung unterstützt

KI-Training, Inferenz und Hochleistungsrechnen erfordern die Verarbeitung großer Datenmengen. Verschiedene KI-Beschleunigerkarten nutzen GPUs, NPUs oder dedizierte KI-ASICs. Typischerweise enthalten sie Rechenchips, Stromversorgungsschaltungen und Hochgeschwindigkeitsschnittstellen, wobei die Speicherintegration je nach Produktarchitektur variiert. Die Bereitstellung von Hochgeschwindigkeitssignalwegen und Stromanschlüssen auf begrenztem Platz stellt höhere Anforderungen an die Leiterplattenfertigung, Impedanzkontrolle, mehrlagige Verbindungen und Fertigungsgenauigkeit.

Leiterplatten (PCBs) stellen die elektrischen Verbindungen und Signalwege für die Komponenten von KI-Beschleunigerkarten bereit. Verschiedene Beschleunigerkarten unterscheiden sich in ihrer Rechenarchitektur, Schnittstellenart, Platinenstruktur und ihrem Leistungsbedarf. Daher können auch die Lagenanzahl, die verwendeten Materialien, die Leiterbahnabmessungen und die Verbindungsstrukturen der Leiterplatte variieren. Während der Fertigung müssen Materialien, Lagenaufbau und wichtige Prozessparameter gemäß den Kundenspezifikationen kontrolliert werden.

HoYoGo ist ein professioneller Hersteller von Leiterplatten für KI-Beschleunigerkarten . Basierend auf kundenspezifischen Materialien, Lagenaufbauten, Impedanzvorgaben und Verbindungsanforderungen fertigt HoYoGo Leiterplatten für KI-Beschleunigerkarten mit unterschiedlichen Rechenarchitekturen und Schnittstellenkonfigurationen. 

Anforderungen an die Leiterplattenfertigung für die Hochgeschwindigkeitssignalübertragung

KI-Beschleunigerkarten benötigen eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung zwischen Rechenchips und Systemschnittstellen über Signalwege auf Platinenebene. Bei Hochgeschwindigkeitssignalleitungen oder Leitungen mit spezifischen Impedanzanforderungen können Abweichungen in den Leiterbahnabmessungen, der dielektrischen Dicke und der Kupferdicke während der Leiterplattenfertigung die tatsächliche Impedanz und die Signalübertragungsleistung beeinträchtigen .

Bei der Leiterplattenfertigung müssen wichtige Parameter wie Leiterbahnbreite, Kupferdicke, Dielektrikumdicke und Ätzkonsistenz gemäß den vom Kunden vorgegebenen Schichtaufbau- und Impedanzanforderungen kontrolliert werden. Bei Feinleiterbahnen ist zudem die Fertigungskonsistenz innerhalb einzelner Leiterplatten und über verschiedene Produktionschargen hinweg von entscheidender Bedeutung, um den Einfluss von Prozessschwankungen auf die Leiterbahnabmessungen und die elektrischen Eigenschaften zu minimieren.

Materialien und Schichtaufbauten beeinflussen die Hochgeschwindigkeitsleistung

Einige Hochleistungs-PCBs für KI-Beschleunigerkarten nutzen Mehrlagenstrukturen, um Hochgeschwindigkeitssignalübertragung und Stromversorgung über Signal-, Versorgungs- und Referenzschichten hinweg zu ermöglichen. Die genaue Lagenanzahl und der Schichtaufbau hängen von der Schnittstellengeschwindigkeit, der Leiterbahndichte, dem Leistungsbedarf und dem Gesamtdesign der Platine ab. Bei Hochgeschwindigkeitssignalleitungen können Parameter wie die Dielektrizitätskonstante (Dk), der Verlustfaktor (Df) und die Dicke des Dielektrikums die Signalübertragung und die Impedanzkontrolle beeinflussen.

Je nach Leistungsanforderungen können einige KI-Beschleunigerkarten mit hoher Geschwindigkeit verlustarme Materialien verwenden, um dielektrische Verluste bei der Hochgeschwindigkeitssignalübertragung zu reduzieren. Fertigungsprozesse wie Laminieren, Bohren und Leiterplattenherstellung müssen entsprechend den Materialeigenschaften und spezifischen Prozessanforderungen gesteuert werden. Die Konsistenz zwischen Materialchargen, die Dicke des Dielektrikums und die Dicke der fertigen Leiterplatte sollten ebenfalls sorgfältig überwacht werden.

Hochdichte Vernetzung erhöht die Fertigungskomplexität

Einige leistungsstarke KI-Beschleunigerkarten weisen einen hohen Integrationsgrad auf , wodurch Rechenchips, Stromversorgungsschaltungen und Schnittstellen auf begrenztem Raum untergebracht werden müssen. Mit zunehmender Leiterbahn- und Verbindungsdichte steigt der Bedarf an mehrlagigen Leiterplatten in Bereichen wie Lagenregistrierung, Laminierung, Bohren und Lochmetallisierung. 

Einige Leiterplatten für KI-Beschleunigerkarten mit hoher Packungsdichte verwenden HDI-Strukturen mit Mikro-Vias, um die Platzausnutzung und die Verbindungsdichte zu verbessern. Bei diesen Leiterplatten erfordern die Qualität des Laserbohrens, die Genauigkeit der Lochpositionierung, die Metallisierung der Vias und die Zuverlässigkeit der Verbindungen zwischen den Lagen eine sorgfältige Kontrolle. Erhebliche Abweichungen in kritischen Fertigungsprozessen können elektrische Verbindungen, die nachfolgende Bauteilbestückung und die Langzeitstabilität beeinträchtigen.

Hochgeschwindigkeitsschnittstellen und Impedanzkonsistenz

KI-Beschleunigerkarten tauschen Daten über Hochgeschwindigkeitsschnittstellen mit Server-Motherboards und anderen Systemkomponenten aus. Unterschiedliche Produkte unterscheiden sich hinsichtlich Schnittstellentyp, Übertragungsgeschwindigkeit und Platinenstruktur, was zu unterschiedlichen Leiterbahnstrukturen und Impedanzanforderungen auf der Leiterplatte führt.

Bei Hochgeschwindigkeitsleiterbahnen mit kontrollierten Impedanzanforderungen müssen Produktion und Impedanzprüfung den vom Kunden vorgegebenen Impedanzzielen, Lagenaufbauparametern und Testbedingungen entsprechen. Während der Serienfertigung können Inspektionsergebnisse und Produktionsaufzeichnungen genutzt werden, um die Impedanz über verschiedene Leiterplatten und Chargen hinweg zu überwachen, Prozessabweichungen zu identifizieren und eine gleichbleibende Impedanz zu gewährleisten.

Zuverlässigkeit von Leiterplatten unter thermischer Belastung

Bei hoher Auslastung erzeugen KI-Beschleunigerkarten Wärme durch Rechenchips, Speicherbausteine ​​und Leistungsmodule. Die Wärmeableitung hängt zwar primär vom thermischen Design des Systems und der Platine ab, aber auch die Materialeigenschaften der Leiterplatte und die Fertigungsqualität beeinflussen die Langzeitstabilität unter erhöhten Temperaturen und Temperaturwechseln.

Bei der Leiterplattenfertigung sollten kundenspezifische Materialvorgaben, Betriebstemperaturanforderungen und Zuverlässigkeitsanforderungen die Kontrolle von Schlüsselfaktoren wie Laminierungsqualität, Zwischenlagenhaftung, Qualität der durchkontaktierten Kupferleitungen und Kupferdicke bestimmen. Bei Produkten, die über längere Zeiträume erhöhten Temperaturen oder wiederholten Temperaturzyklen ausgesetzt sind, ist zudem auf die Materialeigenschaften und Fertigungsprozesse zu achten, um das Risiko von Delamination und Rissbildung in den durchkontaktierten Kupferleitungen zu minimieren.

Konsistenzkontrolle in der Serienfertigung

Bei Leiterplatten für KI-Beschleunigerkarten ist die Einhaltung der Maß- und elektrischen Anforderungen auf einer einzelnen Platine nur die Grundlage. Ebenso wichtig ist die Gewährleistung einer gleichbleibenden Fertigungsqualität über verschiedene Platinen und Produktionschargen hinweg. Da KI-Beschleunigerkarten hohe Anforderungen an die Hochgeschwindigkeitssignalübertragung, die Stromversorgung und die Komponentenmontage stellen, können selbst geringfügige Abweichungen in den Fertigungsprozessen die Produktleistung und die Zuverlässigkeit der Montage beeinträchtigen.

Bei der Serienfertigung sollte die Prozesskontrolle die Rohmaterialverwaltung, die Leiterplattenfertigung, das Laminieren, Bohren, die stromlose Kupferabscheidung, die Galvanisierung und die Endkontrolle umfassen. Zur Überwachung der wichtigsten Fertigungsparameter sind geeignete Prüfmethoden anzuwenden. Produktionsparameter und Qualitätsaufzeichnungen müssen zur Rückverfolgbarkeit geführt werden, um Prozessabweichungen frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Dies trägt dazu bei, Unterschiede zwischen einzelnen Leiterplatten und Produktionschargen zu minimieren und sicherzustellen, dass die Leiterplattenprodukte die technischen Anforderungen der Kunden stets erfüllen.

Entwicklungstrends von Leiterplatten für KI-Beschleunigerkarten

Da die Leistung von KI-Rechenchips und die Datenübertragungsgeschwindigkeiten stetig steigen, entwickeln sich KI-Beschleunigerkarten hin zu höherer Integration und größerer Datenbandbreite, während die Verbindungsstrukturen auf Leiterplattenebene immer komplexer werden. Leiterplatten müssen mehr Hochgeschwindigkeitssignalleitungen, Stromverteilungsnetze und funktionale Verbindungen auf begrenztem Raum unterbringen, was höhere Anforderungen an die Feinleitungsfertigung, die Mehrlagenverbindung, die Impedanzkontrolle und die Materialverarbeitung stellt.

KI-Beschleunigerkarten unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Rechenarchitektur, Schnittstellen, ihres Stromverbrauchs und ihrer Platinenabmessungen, weshalb die Anforderungen an die Leiterplattenfertigung nicht mit einem einheitlichen Standardverfahren abgedeckt werden können. Leiterplattenhersteller müssen die Kundenspezifikationen für Materialien, Lagenaufbauten, Impedanz und Zuverlässigkeit einhalten und gleichzeitig die Schlüsselprozesse wie Schaltungsfertigung, Laminierung, Bohren, Galvanisierung und Inspektion streng kontrollieren.

HoYoGo ist ein professioneller Hersteller von Leiterplatten für KI-Beschleunigerkarten mit Kompetenzen in der Fertigung hochzuverlässiger, hochpräziser, mehrlagiger und schneller Leiterplatten. Unter Einhaltung der Kundenspezifikationen und der geltenden IPC-Standards in Produktion und Qualitätskontrolle bietet HoYoGo zuverlässigen Support für die Leiterplattenfertigung von KI-Beschleunigerkarten und zugehöriger KI-Hardware und unterstützt Kunden dabei, eine gleichbleibende Leiterplattenqualität von der Musterfertigung bis zur Serienproduktion zu gewährleisten .