С взрывным ростом видео сверхвысокой четкости 4K/8K, облачных игр и потоковой передачи в реальном времени, центры обработки данных сталкиваются с беспрецедентным давлением в обработке и передаче данных. В основе этой технологической волны DVE PCB (печатная плата цифрового видеодвигателя) играет ключевую роль. Это не только физическая платформа для высокопроизводительных процессоров, FPGA и сетевых интерфейсов, но и нервный центр, который обеспечивает обработку массивных потоков данных с высокой скоростью, стабильностью и низкой задержкой. Разработка и производство DVE PCB, способной обрабатывать пропускную способность на уровне терабитов и сотни ватт потребляемой мощности, является вызовом, который раздвигает границы инженерного дела.

Как системный инженер, работающий на заводе Highleap PCB (HILPCB), я глубоко понимаю, что создание исключительной DVE PCB требует интеграции передовых технологий в области целостности сигнала, целостности питания, теплового менеджмента и передовых производственных процессов. Речь идет не просто о соединении компонентов, но и об искусстве раскрытия полного потенциала аппаратного обеспечения посредством точного проектирования схем. Эта статья углубится в основные проблемы, с которыми сталкиваются DVE PCB, и продемонстрирует, как HILPCB использует свой профессиональный опыт и услуги, чтобы помочь клиентам успешно преодолеть эти сложности и создать высокопроизводительное оборудование для центров обработки данных.

Основные функции и применения DVE PCB

Плата DVE PCB является краеугольным камнем современных блоков обработки данных, основная функция которой заключается в обеспечении стабильной и эффективной рабочей среды для цифровых видеодвижков. Эти движки отвечают за выполнение ресурсоемких задач, таких как кодирование/декодирование видео, транскодирование, масштабирование, обработка эффектов и распространение контента. В результате платы DVE PCB широко используются в различных сценариях высокопроизводительных вычислений:

• Видеосерверы: В крупных центрах обработки данных платы видеосерверов должны работать круглосуточно, обрабатывая хранение и извлечение тысяч одновременных видеопотоков.
• Коммутация и обработка видео: В вещании и прямых трансляциях платы видеокоммутаторов обеспечивают бесшовное переключение с низкой задержкой между несколькими источниками видео, требуя чрезвычайно высокой точности в синхронизации и тайминге сигнала.
• Сети доставки контента (CDN): Являясь ядром плат CDN, они развертываются на периферийных узлах по всему миру для кэширования и ускорения доставки контента, обеспечивая плавный просмотр для конечных пользователей.
• Масштабирование видео и преобразование формата: Высокопроизводительные платы видеоскейлеров могут преобразовывать видеоконтент из одного разрешения и формата в другой в реальном времени для адаптации к различным устройствам отображения и пропускной способности сети.

Общей чертой всех этих приложений является неустанное стремление к скорости обработки данных, пропускной способности передачи и надежности системы — все это начинается с тщательно разработанной платы DVE PCB.

Получить расчет стоимости печатной платы

Ключевые аспекты проектирования для обеспечения целостности высокоскоростных сигналов (SI)

Когда скорости передачи данных развиваются от 25 Гбит/с до 112 Гбит/с и выше, трассы печатных плат перестают быть простыми проводами и становятся сложными линиями передачи. В проектировании печатных плат DVE обеспечение целостности сигнала (SI) является основной задачей. Сигналы сталкиваются с такими проблемами, как затухание, отражение, перекрестные помехи и джиттер во время передачи, и любое неправильное обращение с этими факторами может привести к ошибкам данных или даже к сбоям системы.

Для решения этих проблем HILPCB применяет следующие ключевые стратегии при проектировании и производстве высокоскоростных печатных плат:

1. Выбор материалов с низкими потерями: Мы используем материалы со сверхнизкими потерями, такие как Megtron 6 и Tachyon 100G, которые обладают низкой диэлектрической проницаемостью (Dk) и низким коэффициентом рассеяния (Df) для значительного снижения затухания сигнала, обеспечивая четкую передачу сигнала на большие расстояния.
2. Точный контроль импеданса: Мы поддерживаем импеданс трасс в строгом допуске ±5% с помощью передовых симуляций полевых решателей и тестирования TDR (рефлектометрия во временной области) во время производства, минимизируя отражение сигнала.
3. Оптимизированные стратегии трассировки: Тщательно планируя пути прохождения сигнала, увеличивая расстояние между дорожками и применяя методы обратного сверления для устранения заглушек переходных отверстий, мы эффективно подавляем перекрестные помехи и отражения, что особенно важно для высокопроизводительных плат доставки.

Целостность питания (PI) и обработка высоких переходных токов

Современные FPGA и ASIC могут потреблять сотни ватт, при этом напряжение ядра составляет всего 1 В, но потребляемый ток достигает сотен ампер. Еще более сложной задачей является то, что эти чипы переключают состояния чрезвычайно быстро, генерируя массивные переходные токи (di/dt) в течение наносекунд, что представляет собой серьезное испытание для сети распределения питания (PDN). Исключительный дизайн целостности питания (PI) является краеугольным камнем стабильной работы печатных плат DVE. Решения PI от HILPCB включают:

• Низкоимпедансный дизайн PDN: Мы используем конструкции многослойных печатных плат, применяя полные плоскости питания и заземления для создания низкоимпедансной PDN. Это минимизирует падение напряжения (IR Drop), когда чипу требуется высокий ток.
• Многоуровневая сеть развязывающих конденсаторов: Тщательно расположенные развязывающие конденсаторы различных номиналов и корпусов вокруг чипа создают широкополосный низкоимпедансный путь. Большие конденсаторы справляются с низкочастотным высокотоковым питанием, в то время как малые керамические конденсаторы реагируют на высокочастотные переходные требования.
• Анализ резонанса плоскости питания: Инструменты моделирования анализируют точки резонанса между плоскостями питания и заземления, при этом принимаются меры (например, добавление конденсаторов, корректировка форм плоскостей) для подавления резонанса и предотвращения помех чувствительным цепям.

Стек печатной платы и выбор материалов для пропускной способности уровня ТБ

Для обработки данных с пропускной способностью на уровне ТБ проектирование стека слоев печатных плат DVE становится исключительно сложным, обычно требуя более 20 слоев. Хорошо спланированный стек слоев не только важен для трассировки, но и служит физической основой для достижения целостности сигнала и целостности питания.

При планировании стека слоев мы всесторонне учитываем следующие факторы:

• Сигнальные слои и опорные плоскости: Высокоскоростные сигнальные слои должны прилегать к сплошной заземляющей или силовой опорной плоскости для обеспечения четких обратных путей и эффективного контроля импеданса.
• Пары силовых плоскостей: Плотное соединение силовых и заземляющих плоскостей использует межплоскостную емкость для высокочастотной развязки, снижая импеданс PDN.
• Симметрия и баланс: Структура стека слоев должна оставаться симметричной, чтобы избежать деформации или скручивания платы из-за неравномерных напряжений во время производства и сборки.

Выбор материала не менее важен. Для печатных плат видеоскейлеров, требующих точного контроля синхронизации, согласованность диэлектрической проницаемости (Dk) материала напрямую влияет на задержку распространения сигнала. HILPCB сотрудничает с ведущими мировыми поставщиками материалов, чтобы предложить полный спектр опций, от стандартного FR-4 до высокоскоростных и высокочастотных материалов, наряду с профессиональным анализом свойств материалов для обеспечения соответствия дизайна фактической производительности.

Применение технологии межсоединений высокой плотности (HDI)

По мере увеличения количества выводов микросхем и уменьшения шага (например, BGA 0,8 мм или меньше) традиционные процессы производства печатных плат больше не могут удовлетворять требованиям трассировки. Таким образом, технология межсоединений высокой плотности (HDI) стала стандартом для печатных плат DVE.

Печатные платы HDI используют лазерное сверление для создания микропереходных отверстий и более тонких дорожек, что обеспечивает более высокую плотность трассировки в ограниченном пространстве. Их преимущества включают:

• Повышенная плотность трассировки: Значительно улучшает возможности разводки в областях BGA, позволяя размещать микросхемы с тысячами выводов.
• Более короткие сигнальные пути: Микропереходные отверстия уменьшают зависимость от традиционных сквозных отверстий, сокращая сигнальные пути и минимизируя эффекты индуктивности и емкости, тем самым улучшая целостность сигнала.
• Улучшенные электрические характеристики: Меньшие размеры переходных отверстий и более короткие пути помогают уменьшить отражение и потери сигнала.

Для печатных плат видеокоммутаторов, где пространство крайне ограничено, технология HDI является ключом к балансу высокой производительности и компактных форм-факторов.

Передовые стратегии терморегулирования и конструкция рассеивания тепла

Потребление энергии равно теплу. Полностью функционирующая печатная плата DVE может иметь основные чипы, потребляющие более 500 Вт, что приводит к резкому повышению локальных температур. Если тепло не может быть эффективно рассеяно, это приведет к троттлингу чипа, снижению производительности или даже необратимому повреждению. Поэтому терморегулирование является жизненно важным для обеспечения долгосрочной стабильной работы печатных плат видеосерверов.

HILPCB предлагает комплексные решения для печатных плат с высокой теплопроводностью, включая:

• Термические переходные отверстия: Плотно расположенные теплопроводящие отверстия под чипом для быстрой передачи тепла от чипа к радиатору или медной фольге большой площади на обратной стороне печатной платы.
• Толстая медь: Использование медной фольги толщиной 3 унции или более для слоев питания и заземления, которая не только пропускает более высокий ток, но и служит отличным каналом рассеивания тепла для его бокового распространения.
• Встроенные монеты: Встраивание металлов с высокой теплопроводностью, таких как медные или алюминиевые блоки, непосредственно в печатную плату, в прямой контакт с тепловыделяющими компонентами, обеспечивая наиболее эффективный вертикальный путь рассеивания тепла.
• Материалы с высокой теплопроводностью: Выбирайте материалы подложки с более высокой теплопроводностью (Tg) для повышения общей способности печатной платы к рассеиванию тепла.

Получить предложение по печатным платам

Профессиональные производственные возможности HILPCB для DVE печатных плат

Теоретические разработки в конечном итоге требуют точных производственных процессов для их реализации. HILPCB располагает специализированной производственной линией DVE печатных плат, стремясь превращать самые сложные проекты в высокопроизводительные физические продукты. Наши производственные возможности являются основой для создания надежных CDN печатных плат и других высокопроизводительных плат.

Наши преимущества проявляются в каждой детали:

• Точное выравнивание слоев: Для печатных плат с 30 и более слоями мы используем передовую технологию рентгеновского выравнивания для обеспечения точности межслойного выравнивания в пределах ±25 мкм.
• Сверление с контролируемой глубиной: Будь то обратное сверление для устранения шлейфов или лазерные микроотверстия для HDI, мы можем точно контролировать глубину сверления для обеспечения надежности соединения.
• Плазменная очистка: После сверления плазменные процессы тщательно удаляют остатки смолы со стенок отверстий, обеспечивая качество металлизации отверстий и надежные вертикальные соединения для сигналов.
• Строгий контроль качества: Мы применяем различные методы, включая автоматический оптический контроль (АОИ), рентгеновский контроль и тестирование электрических характеристик, чтобы гарантировать, что каждая отгруженная печатная плата соответствует самым строгим стандартам качества.

От прототипа до массового производства: услуги по сборке и тестированию

Идеальная голая печатная плата — это только полдела. Сборка печатных плат DVE представляет свои собственные проблемы, такие как пайка крупногабаритных BGA, обжимка высокоплотных разъемов и чувствительность к электростатическому разряду (ESD) и термическому шоку. HILPCB предлагает комплексные услуги по сборке PCBA под ключ, чтобы обеспечить плавный и надежный переход вашего проекта в производство.

Преимущества наших услуг по сборке включают:

• Передовые производственные линии SMT: Оснащены высокоточными установщиками компонентов и 12-зонными печами оплавления, способными работать с миниатюрными компонентами, такими как 01005, и крупными BGA, с индивидуальными профилями температуры пайки для каждой платы.
• Комплексные методы контроля: Мы используем 3D SPI (контроль паяльной пасты), встроенный AOI и AXI (3D рентгеновский контроль) для проверки каждого паяного соединения, исключая такие дефекты, как холодная пайка или короткие замыкания.
• Функциональное и системное тестирование: В соответствии с требованиями заказчика мы можем настроить тестовые среды для проведения функционального тестирования цепей (FCT) и даже системного тестирования (SLT), гарантируя, что каждая поставляемая PCBA полностью функциональна и соответствует стандартам производительности.

Будь то проверка прототипов для Video Scaler PCB или крупносерийное производство Delivery PCB, мы предоставляем высококачественную и высокоэффективную поддержку по сборке и тестированию.

Заключение

DVE PCB — это мощный двигатель, обеспечивающий высокоскоростную работу цифрового мира, а сложность его проектирования и производства представляет собой вершину электронной инженерии. От решения проблем высокоскоростных сигналов 112 Гбит/с+ до управления сотнями ватт энергопотребления и рассеивания тепла, до достижения высокоплотных межсоединений на микронном уровне — каждый шаг требует глубоких технических знаний и точных производственных процессов.

На заводе Highleap PCB (HILPCB) мы не просто производители печатных плат — мы ваши технические партнеры в разработке аппаратного обеспечения центров обработки данных следующего поколения. Мы глубоко понимаем уникальные проблемы, с которыми сталкиваются высокопроизводительные платы, такие как DVE PCB, Video Server PCB и CDN PCB, и стремимся помочь вам превратить инновационные идеи в лидирующие на рынке продукты благодаря нашей всесторонней поддержке проектирования, передовым производственным возможностям и надежным услугам по сборке. Выбор сотрудничества с HILPCB — это выбор кратчайшего пути к успеху. Давайте вместе решать проблемы высокой скорости и высокой плотности и строить цифровую инфраструктуру будущего.

Related links

• высокоскоростных печатных плат
• многослойных печатных плат
• Печатные платы HDI
• печатных плат с высокой теплопроводностью
• услуги по сборке PCBA под ключ