Fabrication de circuits imprimés PCIe pour serveurs d'IA : exigences clés pour les interconnexions à haut débit

Avec l'expansion continue de l'entraînement des modèles d'IA, du calcul haute performance et des opérations des centres de données, le volume de données échangées au sein des serveurs d'IA augmente, imposant des exigences accrues en matière de bande passante d'interconnexion haut débit et de fiabilité de transmission. PCI Express (PCIe) est une norme d'interconnexion haut débit essentielle utilisée dans les serveurs. Elle permet une communication de données à haut débit entre les processeurs et des composants tels que les GPU, les cartes d'accélération d'IA et les périphériques de stockage haute vitesse. À mesure que les vitesses d'interface PCIe augmentent, les circuits imprimés associés doivent répondre à des exigences plus strictes en matière de propriétés des matériaux, de qualité de transmission du signal et de précision de fabrication.

La norme PCIe 5.0 fonctionne à 32 GT/s par voie grâce à la signalisation NRZ (Non-Return-to-Zero). La norme PCIe 6.0 augmente le débit de transfert à 64 GT/s par voie, en introduisant la modulation d'amplitude d'impulsion à quatre niveaux (PAM4), le mode Flit et la correction d'erreurs sans voie de retour (FEC). La norme PCIe 7.0 élève encore le débit de transfert par voie à 128 GT/s, en conservant la signalisation PAM4 et le codage basé sur le mode Flit. À ces vitesses plus élevées, les pertes de canal et les variations d'impédance ont un impact plus important sur l'intégrité du signal, ce qui rend le contrôle des tolérances de fabrication des circuits imprimés de plus en plus exigeant. Composants essentiels des cartes mères de serveurs, des cartes d'accélération et autres cartes d'interconnexion à haut débit, les circuits imprimés influencent directement les performances électriques et la fiabilité à long terme de la carte grâce à leur qualité de fabrication.

Pour répondre aux exigences de fabrication des cartes de circuits imprimés PCIe pour serveurs d' IA utilisées dans les applications d'interconnexion à haut débit, HoYoGo développe des procédés de fabrication adaptés aux exigences du client en matière de matériaux, de structures d'empilement et de spécifications techniques. Une attention particulière est portée aux paramètres de fabrication critiques et à la qualité des interconnexions multicouches afin de garantir une transmission de signal à haut débit et une fiabilité à long terme.

Transmission de signaux à haute vitesse et contrôle d'impédance

L'interface PCIe utilise une signalisation différentielle à haut débit. À mesure que la vitesse des interfaces augmente, les variations d'impédance du circuit imprimé, les pertes de transmission et les discontinuités d'impédance ont un impact accru sur l'intégrité du signal. Pour les cartes mères de serveurs intégrant des interfaces PCIe 5.0 ou supérieures, la fabrication des circuits imprimés exige un contrôle plus strict des dimensions des pistes, de l'épaisseur du diélectrique et des tolérances d'impédance afin de répondre aux exigences de performance électrique des canaux de transmission à haut débit. De plus, la constance de la largeur et de l'espacement des pistes différentielles est essentielle au maintien de l'impédance différentielle et de la qualité de transmission du signal, ce qui requiert un contrôle rigoureux lors de la fabrication du circuit imprimé.

Lors de la fabrication des circuits imprimés, l'impédance des pistes est influencée par leur largeur, l'espacement des paires différentielles, l'épaisseur du cuivre de la piste finie, l'épaisseur du diélectrique et la constante diélectrique (Dk) du matériau. Pour les circuits imprimés nécessitant une impédance contrôlée, les fabricants doivent maîtriser les dimensions des pistes et l'épaisseur du diélectrique conformément aux structures d'empilement, aux objectifs d'impédance et aux spécifications techniques définis par le client. Des tests d'impédance doivent également être réalisés afin de vérifier que les cartes finies respectent les tolérances d'impédance spécifiées.

Matériaux de circuits imprimés à faibles pertes et performances de transmission à haute vitesse

Les pertes de transmission dans les canaux PCIe haut débit sont étroitement liées aux propriétés des matériaux du circuit imprimé. À mesure que la vitesse des interfaces augmente, les pertes diélectriques et les pertes conductrices deviennent des facteurs de plus en plus importants affectant la transmission des signaux haut débit. Pour les cartes serveurs présentant des chemins de transmission plus longs ou des contraintes strictes sur les pertes de canal, il convient de sélectionner des matériaux à faibles pertes adaptés aux fréquences de fonctionnement et aux exigences de pertes de canal spécifiées par le client afin de réduire les pertes diélectriques. La rugosité de surface des conducteurs en cuivre et la qualité de fabrication des pistes doivent également être contrôlées afin de limiter les pertes conductrices.

Les fabricants de circuits imprimés doivent respecter les exigences relatives aux matériaux et les spécifications techniques définies par le client, en accordant une attention particulière à la constante diélectrique (Dk), au facteur de dissipation (Df) et à la rugosité de surface des conducteurs en cuivre. Les matériaux diffèrent par leurs caractéristiques de stratification, leur stabilité dimensionnelle et leur compatibilité avec les procédés de fabrication. Lors de la fabrication, l'épaisseur du diélectrique, la liaison intercouche et la qualité de la fabrication du circuit doivent être contrôlées afin de garantir que les circuits imprimés finis répondent aux exigences spécifiées en matière de matériaux, de dimensions et de performances électriques.

Circuits imprimés multicouches et interconnexions haute densité

Les serveurs d'IA intègrent généralement plusieurs processeurs, cartes d'accélération et interfaces haut débit. Leurs cartes mères et cartes d'extension peuvent donc nécessiter des circuits imprimés multicouches à nombre de couches plus élevé afin de gérer la transmission de signaux à haut débit, la distribution de l'énergie et l'interconnexion des composants. À mesure que la densité d'interfaces augmente sur certaines cartes de serveurs, les exigences en matière de précision d'alignement entre les couches, de qualité de perçage et de fiabilité des interconnexions multicouches deviennent également plus strictes.

La fabrication de circuits imprimés multicouches comprend des étapes critiques telles que la fabrication des circuits des couches internes, la lamination, le perçage et la métallisation des trous. Les erreurs d'alignement entre les couches peuvent affecter l'alignement des trous percés avec les pastilles des couches internes, tandis que l'épaisseur, l'uniformité et l'intégrité du plaquage cuivre sur les parois des trous influent sur la fiabilité des connexions électriques intercouches. Pour les circuits imprimés haute vitesse nécessitant un perçage arrière, les fabricants doivent contrôler la profondeur de perçage et la longueur résiduelle des vias conformément aux spécifications techniques du client. Ceci permet de réduire les réflexions de signal causées par les vias non fonctionnels et d'améliorer les performances des canaux haute vitesse, tout en évitant d'endommager les couches de connexion fonctionnelles pendant le processus.

Conditions thermiques et fiabilité à long terme

Les serveurs d'IA fonctionnent généralement sous forte charge de calcul pendant de longues périodes. La chaleur générée par les processeurs, les cartes d'accélération et les composants de gestion de l'alimentation peut entraîner une élévation de température localisée sur le circuit imprimé. Les matériaux constituant le circuit imprimé présentant des coefficients de dilatation thermique différents, les variations de température peuvent générer des contraintes thermomécaniques. Ces fluctuations thermiques répétées peuvent affecter la fiabilité des liaisons intercouches et des structures d'interconnexion métallisées.

Pour répondre aux exigences de fonctionnement à long terme des serveurs d'IA, les fabricants de circuits imprimés doivent prendre en compte la température de transition vitreuse (Tg) du substrat, son coefficient de dilatation thermique (CTE), notamment celui selon l'axe Z, ainsi que sa résistance à la chaleur, en fonction des plages de températures de fonctionnement et des exigences de fiabilité spécifiées par le client. La qualité de la lamination et de la métallisation des trous doit également être contrôlée. Le cas échéant, des vérifications de fiabilité appropriées, telles que des tests de contrainte thermique ou des cycles de température, doivent être réalisées conformément aux spécifications techniques du client afin d'évaluer l'intégrité structurelle et la fiabilité des interconnexions du circuit imprimé dans les conditions environnementales spécifiées.

Production en volume et constance de la qualité

Les cartes mères pour serveurs d'IA, les cartes d'accélération et les cartes d'interconnexion haut débit associées utilisent généralement des structures de circuits imprimés multicouches. Certains produits exigent un contrôle précis de l'impédance et des tolérances de fabrication strictes. Lors de la production en série, les dimensions des pistes, l'épaisseur du diélectrique et la qualité des connexions intercouches doivent respecter systématiquement les exigences techniques spécifiées d'un lot à l'autre afin de garantir les performances électriques et la régularité d'assemblage nécessaires aux interconnexions haut débit.

Les fabricants de circuits imprimés doivent renforcer la gestion des matières premières, le contrôle des procédés critiques et les inspections en cours de production afin de garantir la stabilité de leur fabrication. Les contrôles dimensionnels et les tests électriques doivent être réalisés conformément aux spécifications techniques du client, et des tests d'impédance doivent être effectués pour les circuits imprimés nécessitant une impédance contrôlée. Le suivi des paramètres de fabrication critiques et la tenue à jour des registres des lots de matières premières et de production contribuent à réduire les variations de qualité entre les lots et à assurer la traçabilité des produits.

Tendances de fabrication des cartes de circuits imprimés PCIe pour serveurs d'IA

Avec l'évolution des interfaces PCIe vers des débits de transfert plus élevés, la fabrication de circuits imprimés pour serveurs d'IA est confrontée à des exigences croissantes en matière de mise en œuvre des matériaux, de contrôle précis de la fabrication et de qualité des interconnexions multicouches. En particulier, les applications PCIe 6.0 et 7.0 utilisant la signalisation PAM4 imposent des exigences plus strictes concernant l'affaiblissement du canal, la continuité d'impédance et la régularité de la fabrication.

Les différentes vitesses d'interface PCIe et les structures de cartes mères de serveurs requièrent des matériaux, des configurations d'empilement et des procédés de fabrication différents. Les fabricants de circuits imprimés doivent maîtriser les paramètres critiques du processus en fonction des exigences du client en matière de matériaux, de structures d'empilement et de spécifications techniques afin de garantir que les cartes finies répondent aux exigences de performance électrique et de fiabilité applicables.

HoYoGo est un fabricant professionnel de circuits imprimés PCIe pour serveurs d' IA , spécialisé dans la fabrication de circuits imprimés multicouches haute fiabilité et haute précision, à haute vitesse. L'entreprise développe des procédés de fabrication de circuits imprimés adaptés aux structures de produits, aux exigences en matière de matériaux et aux critères de fiabilité définis par le client. La production et le contrôle qualité sont réalisés conformément aux normes IPC applicables et aux spécifications techniques du client, garantissant ainsi une fabrication fiable de circuits imprimés pour les serveurs d'IA, les systèmes de calcul haute performance et les équipements de centres de données.