Печатная плата чипсета сервера: Преодоление проблем высокой скорости и высокой плотности печатных плат серверов центров обработки данных

technology21 октября 2025 г. 14 мин чтения

Печатная плата чипсета сервераСистемная плата сервераПечатная плата сервера 2UПечатная плата сокета сервераПечатная плата ThreadripperПечатная плата микросервера

В современном мире, управляемом данными, центры обработки данных служат двигателями цифровой экономики, а серверы выступают в качестве их основных силовых агрегатов. В основе каждого сервера лежит печатная плата чипсета сервера (Server Chipset PCB), которая несет критически важные компоненты, такие как процессоры, память и устройства ввода/вывода. Качество ее проектирования и производства напрямую определяет производительность, стабильность и энергоэффективность всей системы. С быстрым развитием искусственного интеллекта, облачных вычислений и аналитики больших данных, вычислительная плотность и скорости передачи данных серверных чипсетов достигли беспрецедентных высот, что создает значительные проблемы для проектирования и производства печатных плат.

Являясь ведущим поставщиком решений для печатных плат, Highleap PCB Factory (HILPCB) использует многолетний опыт для поставки высокопроизводительных, высоконадежных серверных печатных плат для глобальных клиентов центров обработки данных. Эта статья углубляется в основные технические проблемы печатных плат чипсетов серверов и демонстрирует, как HILPCB решает эти сложности с помощью передовых производственных процессов и комплексных услуг, обеспечивая создание исключительного оборудования для центров обработки данных. Понимание того, как HILPCB может оптимизировать дизайн вашего сервера, является решающим шагом к успеху.

Почему конструкция стека критически важна для серверных печатных плат?

Дизайн стека (stack-up) серверной печатной платы служит основой всего проекта - это гораздо больше, чем простое наслоение меди и изоляционных материалов. Тщательно оптимизированная структура стека является необходимым условием для обеспечения целостности сигнала (SI), целостности питания (PI) и электромагнитной совместимости (EMC). Для сложных системных плат серверов дизайн стека напрямую влияет на стабильность и надежность передачи данных.

Типичный многослойный стек серверной печатной платы состоит из следующих ключевых компонентов:

Сигнальные слои: Используются для трассировки высокоскоростных дифференциальных пар, таких как PCIe, DDR и CXL. Эти слои обычно располагаются между земляными или силовыми слоями для формирования микрополосковых или полосковых структур, что обеспечивает точный контроль импеданса.
Земляные слои: Обеспечивают стабильную опорную плоскость, предлагая кратчайший обратный путь для высокоскоростных сигналов и эффективно подавляя перекрестные помехи и электромагнитные помехи (EMI). Непрерывные земляные слои необходимы для поддержания качества сигнала.
Силовые слои: Обеспечивают низкоимпедансные токовые пути для мощных компонентов, таких как процессоры, графические процессоры и память. Часто разрабатываются несколько независимых доменов питания для удовлетворения различных требований по напряжению и току. Для выбора материалов в серверных печатных платах обычно используются материалы с низкими или сверхнизкими потерями, такие как Megtron 6 или Tachyon 100G. Эти материалы характеризуются низкими диэлектрическими проницаемостями (Dk) и коэффициентами рассеяния (Df), что значительно снижает затухание сигнала при высокоскоростной передаче. HILPCB обладает обширным опытом работы с различными материалами для высокоскоростных печатных плат и может рекомендовать оптимальное решение по стеку слоев, исходя из конкретных требований клиентов к производительности и стоимости.

Как решать проблемы целостности высокоскоростных сигналов в серверных материнских платах?

С широким распространением технологий PCIe 5.0/6.0, памяти DDR5 и межсоединений CXL, скорости сигналов на серверных материнских платах достигли 32 ГТ/с и выше. На таких высоких частотах даже незначительные дефекты конструкции могут привести к искажению сигнала, ошибкам данных или сбоям системы. Таким образом, обеспечение целостности сигнала (SI) стало одной из самых сложных задач при проектировании печатных плат серверных чипсетов.

Основные проблемы SI и стратегии их смягчения включают:

Точный контроль импеданса: Высокоскоростные сигнальные трассы требуют строгого согласования импеданса (обычно 90 Ом или 100 Ом дифференциального импеданса). Это требует от производителей печатных плат чрезвычайно точного контроля ширины трассы, толщины диэлектрика и веса меди. HILPCB использует передовое оборудование для AOI (автоматизированного оптического контроля) и тестирования импеданса, чтобы гарантировать, что допуски импеданса остаются в пределах ±5%.
Подавление перекрестных помех: При высокой плотности проводки электромагнитная связь между соседними сигнальными линиями может вызывать перекрестные помехи. Увеличение расстояния между линиями, оптимизация путей трассировки и использование заземляющих экранирующих проводов являются эффективными методами снижения перекрестных помех.
Снижение вносимых потерь: Потеря энергии сигналов вдоль пути передачи называется вносимыми потерями. Выбор низкопотерьных материалов для печатных плат и оптимизация конструкции переходных отверстий (например, использование обратного сверления для удаления избыточных заглушек переходных отверстий) являются ключом к минимизации потерь.
Оптимизация конструкции переходных отверстий: Переходные отверстия - это каналы, соединяющие сигналы между различными слоями в многослойных платах, но они также вносят разрывы в сигнальный путь. Для сложной печатной платы серверного сокета, где существуют тысячи соединений между ЦП и памятью DDR, оптимизация размеров переходных отверстий, контактных площадок и конструкций анти-площадок имеет решающее значение для поддержания целостности сигнала.

Матрица производственных возможностей серверных печатных плат HILPCB

Мы обладаем ведущими в отрасли производственными возможностями для удовлетворения самых строгих требований к аппаратному обеспечению центров обработки данных.

Параметр	Возможности HILPCB	Преимущество в отрасли
Макс. слоев	56 слоев	Поддерживает серверные архитектуры высокой плотности следующего поколения
Диапазон толщины платы	0,4 мм - 12,0 мм	Охватывает все требования от периферийных устройств до больших объединительных плат
Минимальная ширина дорожки/зазор	2/2 мил (0,05/0,05 мм)	Обеспечивает трассировку сверхвысокой плотности для поддержки передовой упаковки чипов
Точность контроля импеданса	±5%	Краеугольный камень для обеспечения качества высокоскоростной передачи сигнала
Структура HDI	Anylayer HDI	Максимизация пространства трассировки при уменьшении размера печатной платы
Покрытие поверхности	ENIG, ENEPIG, ISIG, OSP и т.д.	Соответствие различным требованиям к пайке и надежности

Что такое передовые стратегии проектирования сети распределения питания (PDN)?

Современные серверные ЦП и ГП могут потреблять сотни ватт мощности, при этом пиковые токи достигают сотен ампер, и генерировать сильные переходные токи при изменении нагрузки. Надежная сеть распределения питания (PDN) - это жизненно важная артерия, которая обеспечивает стабильную работу этих "энергоемких монстров". Цель проектирования PDN - обеспечить стабильное и чистое напряжение для чипа при любых условиях эксплуатации.

Основные стратегии проектирования PDN включают:

Пути с низким импедансом: Создание токовых путей с низким импедансом от модуля регулятора напряжения (VRM) к выводам чипа с использованием широких силовых и заземляющих плоскостей, а также достаточного количества переходных отверстий. Это минимизирует падение напряжения (IR Drop).
Многослойное развязывание: Стратегически размещайте большое количество развязывающих конденсаторов с различными значениями емкости на печатной плате. Конденсаторы большой емкости (обычно электролитические или танталовые) размещаются рядом с VRM для реагирования на низкочастотные колебания тока, в то время как небольшие керамические конденсаторы размещаются как можно ближе к выводам чипа для фильтрации высокочастотных шумов и удовлетворения требований к переходным токам.
Оптимизация компоновки VRM: Размещение VRM как можно ближе к питаемым ими чипам может сократить путь тока, тем самым уменьшая индуктивность и сопротивление, улучшая эффективность электропитания и скорость отклика. В условиях ограниченного пространства печатных плат серверов 2U компоновка VRM представляет особую сложность.

Команда DFM (Design for Manufacturability) HILPCB тесно сотрудничает с клиентами для выявления потенциальных рисков целостности питания посредством анализа PI-моделирования перед производством и предоставляет рекомендации по оптимизации для обеспечения электрических характеристик конечного продукта.

Получить предложение по печатной плате

Как оптимизировать производительность теплового управления для печатных плат центров обработки данных?

Тепло - заклятый враг центров обработки данных. Серверные чипы генерируют значительное тепло при полной нагрузке, и если оно не рассеивается эффективно, это может привести к троттлингу, снижению производительности или даже необратимым повреждениям. Сама печатная плата чипсета сервера является критически важным звеном в генерации и отводе тепла, что делает ее конструкцию для управления тепловым режимом незаменимой.

Эффективные стратегии управления тепловым режимом печатных плат включают:

Использование материалов с высокой теплопроводностью: Если стандартные материалы FR-4 не могут удовлетворить требования к охлаждению, могут быть использованы материалы с высокой теплопроводностью (High-Tg), либо печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB), либо технология встроенных медных блоков в определенных областях.
Оптимизация расположения медной фольги: Размещение медной фольги большой площади на поверхности и внутренних слоях печатной платы может действовать как эффективные радиаторы, равномерно распределяя тепло от источника по другим областям печатной платы. Использование технологии печатных плат с толстым слоем меди (3 унции или выше) может значительно улучшить токопроводящие и теплоотводящие способности.
Проектирование тепловых переходных отверстий: Плотное расположение тепловых переходных отверстий под контактными площадками тепловыделяющих компонентов (например, ЦП, VRM) может быстро передавать тепло на задний радиатор или заземляющую плоскость печатной платы.
Анализ теплового моделирования: Проведение теплового моделирования на этапе проектирования позволяет предсказать распределение горячих точек на печатной плате, что дает возможность ранней оптимизации компоновки компонентов и конструкции охлаждения. Для таких платформ, как печатные платы Threadripper, разработанных для высокопроизводительных вычислений, управление тепловым режимом особенно критично из-за их чрезвычайно высокого энергопотребления ЦП.

✅ Комплексный процесс производства и сборки серверных печатных плат HILPCB

Мы предоставляем бесшовные услуги от оптимизации дизайна до поставки конечного продукта, ускоряя ваше время выхода на рынок.

Обзор DFM/DFA

Оптимизация конструкции для обеспечения технологичности и возможности сборки.

➤

Производство высокоскоростных печатных плат

Использование передовых процессов для точного контроля импеданса и ламинирования.

➤

Монтаж SMT/THT

Высокоточное размещение сложных компонентов, таких как BGA и 01005.

↓

Вход в фазу контроля качества

Рентгеновский и AOI контроль

100% контроль обеспечивает безупречное качество сварки.

➤

Функциональное тестирование (FCT)

Имитирует реальные условия для проверки функциональности продукта.

➤

Полная сборка и доставка

Полный сервис Box Build для поставки конечного продукта.

Каковы ключевые технологические процессы в производстве серверных печатных плат?

Преобразование сложных проектных схем в высоконадежные физические печатные платы основано на передовых производственных процессах. Для серверных печатных плат особенно важны следующие технологии:

Технология HDI (High-Density Interconnect): Плотные компоненты BGA (например, процессоры, чипсеты) на серверных материнских платах требуют обширных каналов трассировки. Технология HDI значительно увеличивает плотность трассировки и сокращает пути прохождения сигнала через микропереходы, скрытые переходы и тонкие дорожки, тем самым улучшая производительность сигнала. HILPCB специализируется на производстве HDI PCB, способной производить многослойные платы HDI для удовлетворения самых требовательных требований к трассировке.
Обратное сверление: В высокоскоростных сигнальных трактах неиспользуемые части переходных отверстий (заглушки) могут вызывать отражения сигнала, серьезно ухудшая его качество. Обратное сверление точно удаляет излишки заглушек с обратной стороны печатной платы, значительно повышая целостность сигнала - это обязательный процесс для достижения скоростей PCIe 5.0 и выше.
Прецизионное ламинирование и выравнивание: Для многослойных печатных плат с более чем 20 слоями поддержание точного выравнивания между слоями в течение нескольких циклов ламинирования является серьезной проблемой. HILPCB использует высокоточные рентгеновские сверлильные станки для выравнивания и современное оборудование для ламинирования, чтобы обеспечить лучшую в отрасли точность межслойного выравнивания.
Усовершенствованные финишные покрытия: Серверные печатные платы имеют многочисленные BGA-площадки с чрезвычайно малым шагом, требующие исключительной плоскостности и паяемости. Химическое никелирование с иммерсионным золочением (ENIG) и химическое никелирование с химическим палладированием и иммерсионным золочением (ENEPIG) являются распространенными финишными покрытиями, обеспечивающими превосходную плоскостность и стойкость к окислению для надежной пайки BGA.

Какова ценность комплексных услуг от производства печатных плат до полной сборки?

На быстро развивающемся рынке серверов время выхода на рынок (Time-to-Market) является критическим фактором, определяющим успех или неудачу. Выбор поставщика комплексных услуг, предлагающего все от производства печатных плат до сборки PCBA, может обеспечить значительное конкурентное преимущество. Основная ценность комплексного PCBA-сервиса HILPCB заключается в следующем:

Упрощенное управление цепочкой поставок: Клиентам нужно координировать работу только с HILPCB как с единственным поставщиком, что устраняет необходимость управлять несколькими производителями печатных плат, поставщиками компонентов и сборочными предприятиями. Это значительно снижает затраты на связь и сложность управления.
Бесшовная интеграция процессов: Поскольку производство печатных плат и SMT-монтаж выполняются в рамках одной системы, мы можем совместно учитывать все требования к производству и сборке (DFM/DFA) уже на стадии проектирования, избегая проблем, вызванных несоответствием между дизайном и производством.
Исключительный контроль качества: Мы осуществляем полный контроль над всем производственным процессом, от изготовления голой платы до размещения компонентов и окончательного тестирования. Каждый этап соответствует строгим стандартам качества (ISO9001, IATF16949), гарантируя, что поставляемая системная плата сервера достигает высокой согласованности и надежности.
Ускоренные циклы доставки: Интегрированный процесс исключает логистические и временные задержки между различными поставщиками, значительно сокращая цикл от размещения заказа до поставки конечного продукта, помогая клиентам использовать рыночные возможности.

Сравнение выбора материалов для печатных плат для различных серверных платформ

Класс материала	Ключевые особенности	Сценарий применения	Типичный материал
Standard FR-4	Экономичный с отработанными процессами	Низкоскоростные платы управления, объединительные платы питания	S1141, IT-180A
Mid-Loss	Меньшие потери при высокой рентабельности	PCIe 3.0/4.0, DDR4, 10GbE

TUC-872SLK, IT-968 Низкие потери Отличная высокочастотная производительность PCIe 5.0, DDR5, 25/56Gbps Megtron 4, Rogers RO4350B Сверхнизкие потери Максимальная целостность сигнала 112Gbps+ PAM4, карты-ускорители ИИ/МО Megtron 6, Tachyon 100G

Как серверные печатные платы адаптируются к различным сценариям применения?

Рынок серверов не является монолитным, но сегментирован на различные формы в зависимости от сценариев применения, каждый из которых имеет свои особые требования к печатным платам.

Серверы для общих центров обработки данных: Представленные 2U серверными печатными платами, они стремятся к балансу между плотностью вычислений, энергоэффективностью и стоимостью. Такие печатные платы обычно имеют 12-20 слоев, что требует компромиссов в проектировании между производительностью и стоимостью.
Высокопроизводительные вычисления (HPC) и AI-серверы: Для серверов, таких как оснащенные AMD Threadripper или NVIDIA GPU, дизайн печатной платы Threadripper должен поддерживать чрезвычайно высокое энергопотребление и массивную пропускную способность данных. Количество слоев печатной платы может превышать 20, с широким использованием материалов с низкими потерями и передовых технологий охлаждения.
Граничные вычисления (Edge Computing) и микросерверы: Печатная плата микросервера акцентирует внимание на компактном размере, низком энергопотреблении и высокой степени интеграции. Дизайны используют HDI и другие технологии для интеграции всех функций в ограниченном пространстве, одновременно удовлетворяя особым требованиям к тепловому управлению и надежности для адаптации к различным средам развертывания.
Сетевые и дисковые серверы: Дизайны печатных плат для этих серверов сосредоточены на высокоскоростных интерфейсах ввода-вывода, таких как 10GbE и Fibre Channel, требуя строгой целостности сигнала и контроля импеданса.

Независимо от вашего приложения, выбор партнера, который понимает разнообразные потребности и обладает соответствующими производственными возможностями, имеет решающее значение.

Свяжитесь с HILPCB сейчас, чтобы начать ваш проект печатной платы для сервера

Заключение: Выберите профессионального партнера, чтобы ориентироваться в будущем серверных печатных плат

Печатная плата чипсета сервера (Server Chipset PCB) является жемчужиной в короне современных технологий центров обработки данных, объединяя высокоскоростные сигналы, трассировку высокой плотности, надежную подачу питания и эффективное управление тепловым режимом. Сложность ее проектирования и производства продолжает расти. От планирования стека слоев до моделирования целостности сигнала, от проектирования сети питания до стратегий управления тепловым режимом - каждый шаг требует глубоких знаний и обширного практического опыта.

Как ваш надежный партнер, HILPCB не только обладает техническими и производственными возможностями для изготовления самых передовых печатных плат чипсетов серверов, но также предлагает комплексные решения от оптимизации дизайна до полной сборки. Мы стремимся помочь клиентам преодолевать трудности, сокращать циклы разработки, снижать общие затраты и, в конечном итоге, выделяться на конкурентном рынке. Выбор HILPCB означает выбор технического эксперта и надежного производственного партнера, который будет расти вместе с вами.