EIR PCB: Решение проблем высокой скорости и высокой плотности печатных плат серверов центров обработки данных

В грандиозном плане 5G и будущих сетей связи безопасность и эффективность являются двойными двигателями, движущими технологическую эволюцию. В качестве первой линии защиты сетевой безопасности, Регистр идентификации оборудования (EIR) бесспорно критически важен. Однако с появлением виртуализации сетевых функций (NFV) и облачных архитектур традиционная аппаратная форма EIR претерпевает революцию. Сегодня EIR PCB больше не относится исключительно к печатным платам специализированных устройств, но все чаще указывает на высокопроизводительные материнские платы серверов центров обработки данных, которые размещают виртуализированные функции EIR. Производительность этих печатных плат напрямую определяет скорость реагирования на угрозы безопасности и возможности обработки всей мобильной сети, делая их незаменимым краеугольным камнем современной коммуникационной инфраструктуры.

От выделенного оборудования к облачным технологиям: Эволюция EIR

В эпохи 2G, 3G и 4G EIR обычно представлял собой физическое устройство, тесно интегрированное с Центром коммутации мобильной связи (MSC), функции которого были жестко встроены в специально разработанное оборудование, такое как специфические печатные платы MSC. Хотя эта архитектура была стабильной, ей не хватало гибкости, она обладала плохой масштабируемостью и была дорогостоящей. С наступлением эры 5G, чтобы удовлетворить требования сетевого среза (network slicing), низкой задержки и массового подключения, архитектура опорной сети глубоко эволюционировала в сторону сервисно-ориентированных и виртуализированных решений.

Evolved Packet Core (EPC) и его преемник 5G, 5G Core (5GC), отделяют сетевые функции (NF), такие как EIR, от выделенного оборудования, позволяя им работать как виртуальные сетевые функции (VNF) или облачные сетевые функции (CNF) на коммерческих готовых (COTS) серверах. Этот сдвиг означает, что выделенное оборудование было заменено мощными серверами центров обработки данных. Следовательно, проблемы проектирования и производства современных печатных плат EIR превратились в задачу создания серверных печатных плат, способных обрабатывать огромные объемы данных, обеспечивать высокую пропускную способность ввода-вывода и бесперебойную работу 24/7. Эта эволюция не только повышает гибкость и масштабируемость сети, но и предъявляет беспрецедентно строгие требования к процессам производства печатных плат.

Основные технические проблемы печатных плат EIR: Целостность высокоскоростного сигнала

Когда функции EIR выполняются на серверах центров обработки данных, узкое место производительности смещается на скорость внутреннего обмена данными серверов. Современные серверные материнские платы — называемые EIR PCB — должны поддерживать интерфейсы Ethernet со скоростью 100G/200G или даже 400G, а также высокоскоростные шины, такие как PCIe 5.0/6.0, для подключения процессоров, памяти и периферийных устройств. На таких высоких частотах целостность сигнала (SI) становится основной проблемой проектирования.

Сигналы сталкиваются с многочисленными проблемами во время передачи:

• Вносимые потери (Insertion Loss): Энергия сигнала ослабляется с увеличением расстояния передачи, особенно на высоких частотах, что требует материалов для печатных плат с чрезвычайно низкими диэлектрическими потерями (Df).
• Перекрестные помехи (Crosstalk): Связь электромагнитного поля между соседними высокоскоростными трассами может вызывать помехи сигнала, влияя на точность данных.
• Несоответствие импеданса (Impedance Mismatch): Разрывы импеданса в трассах, переходных отверстиях и разъемах могут приводить к отражениям сигнала, создавая звон и шум, что в серьезных случаях может сделать данные нечитаемыми. Для решения этих задач крайне важны проектирование и производство высокопроизводительных высокоскоростных печатных плат. Это требует точного контроля импеданса, оптимизированных стратегий трассировки (таких как серпантинные трассы и трассировка дифференциальных пар) и тщательного проектирования структуры переходных отверстий. Основные базы данных, такие как Регистр местоположения абонента (HLR), работающие в тандеме с EIR, также полагаются на эту высокоскоростную, стабильную среду обмена данными для обеспечения аутентификации пользователей и предоставления услуг в реальном времени.

Решение проблем высокоплотной интеграции с помощью HDI и выбора передовых материалов

Современные серверы требуют значительного увеличения плотности монтажа печатных плат для интеграции большего количества вычислительных ядер, каналов памяти и интерфейсов ввода-вывода в ограниченном пространстве. Это привело к широкому распространению технологии межсоединений высокой плотности (HDI). Для печатных плат EIR технология HDI является ключом к реализации их сложных функций.

Технология HDI обеспечивает массовые сигнальные межсоединения в ограниченном пространстве многослойных печатных плат за счет использования микропереходов, скрытых переходов, а также более тонких ширин и расстояний между дорожками. Это не только уменьшает размер печатной платы, но, что более важно, сокращает пути передачи сигнала, тем самым улучшая целостность сигнала. Выбор материалов не менее важен. Традиционные материалы FR-4 демонстрируют чрезмерные потери в высокочастотных приложениях и больше не могут соответствовать требованиям. В результате производители должны перейти на ламинатные материалы со сверхнизкими потерями (Ultra-Low Loss) или чрезвычайно низкими потерями (Extremely Low Loss), такие как Rogers, Taconic или серия Megtron от Panasonic. Хотя эти материалы дороже, они значительно снижают затухание сигнала и формируют основу для обеспечения производительности всей системы Evolved Packet Core. Завод печатных плат Highleap (HILPCB) имеет большой опыт работы с этими передовыми материалами и может предложить клиентам оптимальные материальные решения.

Проектирование целостности питания (PI) для обеспечения стабильности системы

Высокопроизводительный процессор или FPGA может иметь мгновенное энергопотребление в сотни ватт, что создает чрезвычайные проблемы для сети распределения питания (PDN). Цель проектирования целостности питания (PI) — обеспечить стабильное и чистое напряжение для микросхем в различных условиях нагрузки.

В проектировании EIR PCB основные проблемы для PI включают:

• Падение IR: Падение напряжения, вызванное протеканием высокого тока через медные дорожки и переходные отверстия печатной платы, что может привести к падению рабочего напряжения микросхемы ниже требуемого нижнего предела.
• Шум питания: Коммутационные действия высокоскоростных цифровых схем генерируют шум на плоскостях питания, мешая работе чувствительных схем. Для решения этих проблем HILPCB применяет несколько передовых технологий, таких как использование толстой меди или технологий встроенной меди для снижения импеданса PDN, плотное размещение развязывающих конденсаторов вокруг чипов для фильтрации высокочастотных шумов, а также выполнение точного моделирования и оптимизации сетей питания с помощью профессионального программного обеспечения для PI-симуляции. Стабильная и надежная система питания является жизненно важной для стабильной работы всего сервера и даже всего Evolved Packet Core.

Получить предложение по печатной плате

Строгое управление тепловым режимом: Стратегии рассеивания тепла для печатных плат EIR

С постоянным увеличением интеграции чипов и рабочей частоты, тепловое управление стало критическим фактором, определяющим производительность и надежность сервера. Полностью функционирующий сервер центра обработки данных генерирует внутри себя чрезвычайно высокую плотность тепла. Если тепло не может быть своевременно рассеяно, это может привести к троттлингу чипов или даже к необратимым повреждениям.

Тепловое управление EIR PCB — это систематическая инженерная работа, включающая несколько уровней:

• Уровень печатной платы (PCB): Встраивание толстых медных слоев, добавление тепловых переходных отверстий и использование материалов печатных плат с высокой теплопроводностью могут эффективно улучшить горизонтальные и вертикальные возможности теплопроводности на уровне платы.
• Уровень компоновки: Рациональное размещение высокомощных компонентов для предотвращения концентрации горячих точек и обеспечение достаточных каналов воздушного потока для радиаторов.
• Производственный процесс: HILPCB использует передовые процессы заполнения переходных отверстий и технологии обработки поверхности для обеспечения оптимального теплового контакта между радиаторами, чипами и печатной платой.

Эффективное тепловое управление не только обеспечивает стабильность функций EIR, но и гарантирует надежную работу других критически важных функций виртуализации, таких как Регистр домашнего местоположения, что делает его важной возможностью для оборудования уровня центра обработки данных.

Роль EIR в сквозных сетях: от антенн до базовых сетей

Чтобы полностью понять важность печатной платы EIR, нам необходимо рассмотреть ее в рамках всей цепочки связи. Запрос на связь пользователя, инициированный с терминального устройства до окончательного получения услуги, проходит сложный сквозной процесс:

1. Сеть радиодоступа (RAN): Мобильный сигнал сначала принимается антенной базовой станции и усиливается с низким уровнем шума с помощью башенного усилителя (TMA), установленного на вершине вышки, для компенсации потерь в кабеле.
2. Обработка сигнала: Внутри базовой станции сигналы от различных антенных блоков объединяются и обрабатываются на плате RF Combiner PCB. Конструкция этих ВЧ-плат критически важна для качества сигнала.
3. Транспортная сеть и опорная сеть: Обработанные данные передаются через оптоволоконную транспортную сеть в Evolved Packet Core.
4. Аутентификация устройства: Когда устройство пытается получить доступ к сети, MME (Mobility Management Entity) в опорной сети запрашивает EIR для проверки легитимности IMEI (International Mobile Equipment Identity) устройства.

В этом процессе EIR выступает в роли привратника безопасности сети. Если сервер, на котором размещена функция EIR (и его основная плата EIR PCB), испытывает узкие места в производительности или сбои, это помешает большому числу легитимных пользователей получить доступ к сети, что вызовет серьезные перебои в обслуживании. Таким образом, от башенного усилителя на вершине вышки до основных коммутаторов в центре обработки данных надежность каждого звена взаимосвязана, и надежность платы EIR PCB является одной из центральных гарантий всего этого.

Как HILPCB обеспечивает высококачественное производство высокопроизводительных плат EIR PCB

В условиях строгих требований к EIR PCB в отношении высокой скорости, высокой плотности и высокой надежности, выбор партнера с глубокими техническими знаниями и передовыми производственными возможностями имеет решающее значение. Завод Highleap PCB (HILPCB), обладая многолетним опытом в отрасли, предоставляет клиентам исключительные услуги по производству печатных плат.

Наши основные преимущества включают:

• Передовые возможности обработки материалов: Мы профессионально обрабатываем различные высокоскоростные и высокочастотные материалы, включая Rogers, Taconic и Isola, обеспечивая превосходные электрические характеристики с самого начала.
• Прецизионный контроль импеданса: Благодаря передовому производственному оборудованию и строгому контролю процессов мы достигаем лидирующей в отрасли точности контроля импеданса ±5%, что критически важно для целостности высокоскоростных сигналов.
• Высокоуровневая технология производства HDI: Мы поддерживаем производство HDI с любым количеством слоев (Anylayer), что позволяет создавать сложные конструкции HDI PCB для удовлетворения экстремальных требований к плотности проводки серверных материнских плат и объединительных плат (backplane PCBs).
• Комплексное тестирование и валидация: Оснащенные передовыми измерительными приборами, такими как рефлектометры временной области (TDR) и сетевые анализаторы, мы проводим 100% тестирование ключевых электрических параметров, чтобы гарантировать, что каждая отгруженная печатная плата соответствует самым строгим стандартам. Будь то традиционные печатные платы MSC, сложные печатные платы ВЧ-комбайнеров или готовые к будущему печатные платы EIR серверного уровня, HILPCB обладает возможностью поставлять высококачественные и высоконадежные производственные решения.

Заключение

В итоге, концепция EIR PCB претерпела глубокие преобразования с развитием коммуникационных технологий. Это уже не однофункциональная печатная плата, а физическая основа высокопроизводительных вычислительных платформ, которые поддерживают безопасную работу целых базовых сетей 5G. Преодоление ее вызовов в области высокоскоростной передачи сигналов, интеграции высокой плотности, целостности питания и теплового менеджмента является критически важной задачей для всех производителей сетевого оборудования и поставщиков печатных плат. Используя свои всеобъемлющие преимущества в передовых материалах, точном производстве и строгом контроле качества, HILPCB стремится быть вашим самым надежным партнером в области 5G и будущих коммуникаций, совместно создавая стабильную, эффективную и безопасную сетевую инфраструктуру.

Related links

• высокоскоростных печатных плат
• многослойных печатных плат
• HDI PCB
• объединительных плат (backplane PCBs)