Aplicações de PCB de armazenamento NVMe e requisitos de fabricação para servidores de IA

O treinamento de IA, a inferência e o processamento de dados em larga escala envolvem operações frequentes de leitura e gravação de modelos, conjuntos de dados e dados intermediários, impondo altas demandas sobre a taxa de transferência de dados e a eficiência de acesso dos sistemas de armazenamento do servidor. Os SSDs NVMe (Non-Volatile Memory Express) baseados na interface PCIe são amplamente utilizados em sistemas de armazenamento de servidores e data centers. Em alguns servidores de IA, SSDs NVMe locais são usados ​​para armazenamento do sistema, cache de dados e operações temporárias de leitura/gravação de dados, fornecendo suporte de armazenamento local de alta velocidade para cargas de trabalho computacionais.

Servidores de IA podem ser configurados com SSDs NVMe de diferentes especificações e formatos, de acordo com a arquitetura do sistema e os requisitos de armazenamento. Com o aumento das taxas de dados PCIe, atender aos requisitos de integridade de sinal exige um controle mais rigoroso das propriedades dos materiais da placa de circuito impresso (PCB), da precisão de fabricação do circuito, da impedância e das estruturas de vias. Diferentes servidores e dispositivos de armazenamento NVMe variam em interfaces, estruturas de placa e configurações de armazenamento; portanto, os materiais da PCB, as estruturas de empilhamento e os projetos de circuito precisam ser determinados de acordo com as especificações específicas do produto e os requisitos de projeto. Aplicações relevantes de PCB podem incluir PCBs dentro de SSDs NVMe, bem como backplanes de servidor e placas adaptadoras usadas para conectividade de armazenamento NVMe. Seus requisitos de fabricação dependem da função de cada placa e da estrutura de seus links de alta velocidade. 

A HoYoGo é uma fabricante profissional de PCBs para armazenamento NVMe em servidores de IA , com capacidade em fabricação de PCBs de alta confiabilidade, alta precisão, multicamadas e alta velocidade. O armazenamento NVMe em servidores de IA impõe requisitos exigentes em termos de transmissão de sinal em alta velocidade, precisão na fabricação do circuito e confiabilidade a longo prazo. Este artigo descreve as principais considerações para a fabricação de PCBs, incluindo precisão de fabricação, materiais de baixa perda, interconexão multicamadas, processamento de vias e confiabilidade. 

Fabricação de PCBs de Precisão para Transmissão PCIe de Alta Velocidade

Os SSDs NVMe comunicam-se com os sistemas de servidor através de interfaces PCIe. À medida que as taxas de dados PCIe aumentam, a precisão de fabricação do circuito e a consistência da impedância têm um impacto maior no desempenho da transmissão de sinal. Para trilhas de impedância controlada, fatores como largura da trilha, espaçamento diferencial entre pares, espessura do cobre, espessura do dielétrico e propriedades do material podem afetar a impedância real.

A fabricação de PCBs exige um controle rigoroso das dimensões das trilhas, da espessura do cobre, da espessura do dielétrico, da uniformidade da corrosão e de outros parâmetros-chave, de acordo com as especificações do cliente quanto à estrutura da PCB, às metas de impedância e aos requisitos técnicos. As trilhas de impedância controlada também devem ser verificadas de acordo com as metas de impedância e as condições de teste especificadas para confirmar se a impedância real atende aos requisitos técnicos do produto.

Materiais de baixa perda e trilhas de alta velocidade

Os sinais de alta velocidade que trafegam por uma placa de circuito impresso estão sujeitos a perdas dielétricas e de condução. À medida que as taxas de dados PCIe aumentam, fatores como a constante dielétrica (Dk), o fator de dissipação (Df), a rugosidade da superfície da folha de cobre e a geometria da trilha podem afetar as características de transmissão e as perdas das trilhas de alta velocidade.

Algumas placas de circuito impresso (PCBs) para armazenamento NVMe de alta velocidade podem utilizar materiais de baixa perda, dependendo das taxas de dados PCIe, do comprimento das trilhas, do orçamento de perdas e dos requisitos de desempenho do produto. Os diferentes materiais variam em termos de sistemas de resina, estabilidade dimensional e características de processamento. Portanto, as condições de fabricação para laminação, perfuração e fabricação do circuito precisam ser determinadas de acordo com os materiais utilizados, e a consistência na espessura do dielétrico e nas propriedades do material também requer um controle cuidadoso.

PCBs multicamadas e interconexão de armazenamento

Os dispositivos de armazenamento NVMe em servidores de IA normalmente se conectam à plataforma do servidor por meio de links PCIe e podem se comunicar através de componentes do sistema, como CPUs ou switches PCIe. Para placas de circuito impresso (PCBs) que transportam múltiplos sinais de alta velocidade e conexões de energia, as estruturas multicamadas fornecem o roteamento e o espaço de interconexão entre camadas necessários para sinais de alta velocidade, distribuição de energia e redes de aterramento.

Para PCBs com alta densidade de roteamento e interconexões complexas entre camadas, processos como registro camada a camada, laminação, furação e metalização de furos exigem controle consistente. Algumas PCBs de armazenamento NVMe de alta densidade também podem usar estruturas HDI com microvias e outras estruturas de interconexão entre camadas, dependendo dos requisitos do projeto. Para essas PCBs, deve-se dar atenção especial ao registro camada a camada, à precisão do posicionamento dos furos, à qualidade da furação a laser e à metalização dos furos.

Vias de alta velocidade e transmissão de sinal

Os sinais de alta velocidade normalmente utilizam vias para conexões entre camadas. Em algumas trilhas PCIe de alta velocidade, trechos de vias que não fazem parte da conexão pretendida da camada de sinal podem causar reflexões e afetar o desempenho da transmissão do sinal.

A necessidade de perfuração reversa depende da estrutura específica da placa de circuito impresso (PCB), do projeto de trilhas de alta velocidade e dos requisitos do produto. Para PCBs que utilizam perfuração reversa, parâmetros-chave como profundidade de perfuração, precisão posicional e comprimento restante do stub precisam ser controlados de acordo com os desenhos do cliente, as estruturas de empilhamento da PCB e as posições das camadas de destino para garantir que as estruturas de vias atendam aos requisitos de projeto especificados.

Confiabilidade da placa de circuito impresso durante operação de longo prazo

Os servidores de IA normalmente operam por longos períodos, e os controladores, dispositivos de memória flash NAND e componentes de energia relacionados em dispositivos de armazenamento NVMe geram calor durante operações contínuas de leitura e gravação. A dissipação de calor do dispositivo de armazenamento depende principalmente do projeto térmico do sistema e do produto, mas as propriedades termomecânicas dos materiais da placa de circuito impresso (PCB), a ligação entre camadas e a qualidade da interconexão das vias também podem afetar a confiabilidade a longo prazo.

Para placas de circuito impresso expostas a temperaturas elevadas por períodos prolongados ou submetidas a ciclos térmicos, os materiais devem ser selecionados de acordo com as condições de operação do produto e os requisitos de confiabilidade. A qualidade da laminação, a adesão entre camadas e a qualidade do revestimento de cobre nas paredes dos furos também devem ser cuidadosamente controladas para reduzir o risco de defeitos como delaminação e fissuras no interior dos furos.

Consistência na produção em volume

Uma vez que as placas de circuito impresso (PCBs) para armazenamento NVMe de servidores de IA entrem em produção em larga escala, manter a consistência entre os lotes de produção torna-se essencial. Variações nas propriedades dos materiais, espessura do dielétrico, dimensões das trilhas, espessura do cobre e estruturas de vias podem afetar a impedância, as dimensões e o desempenho elétrico das PCBs finalizadas.

Ao longo da produção em larga escala, desde o gerenciamento de matérias-primas e a fabricação de circuitos de camadas internas e externas até a laminação, perfuração, deposição de cobre sem eletricidade, galvanoplastia e testes elétricos finais, cada etapa de fabricação precisa ser controlada de acordo com as especificações do produto e os requisitos técnicos do cliente para manter a consistência na qualidade de fabricação e no desempenho elétrico em todos os lotes de produção.

Requisitos de fabricação de PCBs em evolução para armazenamento NVMe em servidores de IA

À medida que os servidores de IA exigem maior desempenho de acesso a dados locais e taxa de transferência de armazenamento, as interfaces PCIe usadas pelos SSDs NVMe continuam a suportar taxas de dados mais altas, enquanto a densidade e a capacidade de armazenamento também continuam a aumentar. Com o avanço das interfaces PCIe e dos dispositivos de armazenamento, a fabricação de PCBs de alta velocidade enfrenta requisitos cada vez mais rigorosos em relação à perda de sinal relacionada ao material, precisão na fabricação do circuito, controle de impedância, interconexão multicamadas e processamento de vias.

Os servidores de IA variam em processadores, arquiteturas PCIe, formatos de SSD NVMe e configurações de armazenamento. Portanto, os materiais da placa de circuito impresso (PCB), as estruturas de empilhamento e os processos de fabricação precisam ser determinados de acordo com as especificações específicas do produto e os requisitos técnicos do cliente.

A HoYoGo é uma fabricante profissional de PCBs para servidores de IA com armazenamento NVMe , com capacidade para fabricação de PCBs de alta confiabilidade, alta precisão, multicamadas e alta velocidade. Para atender aos requisitos de servidores de IA com armazenamento NVMe em termos de transmissão de sinal de alta velocidade, precisão de fabricação e confiabilidade a longo prazo, oferecemos serviços de fabricação de PCBs personalizados com base nas especificações do produto e nos requisitos técnicos do cliente. A produção e o controle de qualidade são realizados de acordo com os padrões IPC aplicáveis ​​e as especificações técnicas do cliente, fornecendo suporte estável para a fabricação de PCBs para servidores de IA e produtos de armazenamento de alta velocidade.