1.高速PCB是一种特别的印刷电路板,通常用于高速数字电路中
1.1.PCB是电子产物的关键电子互连件
印制电路板简称PCB(PrintedCircuitBoard),PCB基板由导电的铜箔和中心的绝缘隔热质料构成,利用网状的微小线路形成各种电子零组件之间的预定电路毗连。这种毗连功能使PCB成为电子产物的关键电子互连件,因此,PCB被誉为“电子产物之母”。PCB按材质可以分为有机材质板和无机材质板,按布局差别可分为刚性板、挠性板、刚挠结合板和封装基板,按层数差别可分为单面板、双面板和多层板。PCB财产链上游重要涉及相关原质料的制造,如覆铜板、半固化片、铜箔、铜球、金盐、干膜和油墨等;中游重要是PCB的制造;而卑鄙则是PCB的广泛应用,包罗通讯、斲丧电子、汽车电子、工控、医疗、航空航天、国防和半导体封装等范畴。
PCB技能发展趋势重要表现在微型化、高层化、柔性化和智能化方面。微型化是指随着斲丧电子产物的小型化和功能多样化发展,PCB必要搭载更多元器件并缩小尺寸,要求PCB具有更高的精密度和微细化本领。高层化是指随着盘算机和服务器范畴在5G和AI期间的高速高频发展,PCB必要高频高速工作、性能稳固,并负担更复杂的功能,要求PCB具有更多的层数和更复杂的布局。柔性化是指随着可穿着装备和柔性表现屏等新兴应用的鼓起,PCB必要具有精良的柔韧性和可弯曲性以顺应差别外形和空间,要求PCB具有更好的柔性和可靠性。智能化是指随着物联网、智能汽车等范畴的发展,PCB必要具有更强的数据处理惩罚本领和智能控制本领以实现装备之间的互联互通和主动化管理,要求PCB有更高的集成度和智能度。
1.2.高速PCB是一种特别的印刷电路板
高速PCB重要用于高速数字电路中,必要包管信号传输的完备性。高频PCB重要用于高频(频率在1GHz以上)和超高频(频率在10GHz以上)电子装备,如射频芯片、微波吸取器、射频开关、空位调谐器、频率选择网络等。和高频PCB差别,计划高速PCB时,更多需要思量到信号完备性、阻抗匹配、信号耦合和信号噪声等因素。为了满意这些要求,高速PCB必要采取特别的质料并采取特别的工艺,在高速PCB计划中,选择符合的高速CCL质料至关紧张。数据中心互换机和AI服务器是高速板的紧张应用范畴。AI服务器通常具有大内存和高速存储器、多核心处理惩罚器等特点,必要PCB的规格和性能与之匹配。国内主流的数据中心互换机端口速率正在由10G/40G向400G/800G升级演进。根据Dell’Oro发布的陈诉,预计到2027年,400Gbps及更高速率将占据数据中心互换机贩卖额的近70%,这些都离不开高速PCB的应用。
汽车智能化对高速板的需求提拔。在电气化、智能化和网联化的驱动下,ADAS(高级驾驶辅助体系)、智能座舱、动力体系电气化、汽车电子功能架构等范畴对中高端PCB的需求连续高增。具有整合性、多功能、高效能等特性的电子控制单位(ECU)将推动相干高端汽车板的需求增长。
2.高速CCL是高速板的核心质料,高端范畴重要由台企和日企主导
2.1.CCL是PCB重要质料之一
CCL,全称为CopperCladLaminate,中文名叫覆铜板,是一种将电子玻纤布或其他加强材料用树脂浸渍,一面或两面用铜箔覆盖,再颠末热压而制作成的一种板状质料,具有介电性能及机器性能好等特点,其上游重要包罗铜箔、树脂、玻纤布等原质料行业,卑鄙重要包罗通讯装备、斲丧电子、汽车电子等范畴。
PCB的性能、品格、制造中的加工性、制造程度、制造本钱以及长期的可靠性及稳固性在很洪流平上取决于CCL。CCL作为PCB制造中的核心基板质料,对PCB重要起互连导通、绝缘和支持的作用,对电路中信号的传输速率、能量丧失和特性阻抗等有很大的影响。CCL的技术发展趋势与PCB的技能发展趋势相同等,重要表现在微型化、高层化、柔性化和智能化等方面。比方,HDI板和类载板对CCL的微细化本领要求更高;高多层通孔板和背板对CCL的层数和布局要求更高;柔性板和刚挠连合板对CCL的柔韧性和可靠性要求更高;封装基板和嵌入式元件板对CCL的集成度和智能度要求更高。
根据加强质料的差别,可以将CCL分成玻纤布基CCL、纸基CCL、复合基CCL。此中玻纤布基CCL采取的加强质料是玻璃纤维布,实用于斲丧电子产物的制造,在PCB主板弯曲时玻璃纤维可以或许吸取大部分应力,使玻璃纤维布基CCL具有很好的机器性能。纸基CCL采取的是木浆纤维纸,重要应用于制造盘算机、通讯装备等电子工业产物。而复合基CCL是以木浆纤维纸或棉浆纤维纸作芯材加强质料,以玻璃纤维布作表层加强质料,广泛应用于制造高档家电及电子装备等。根据绝缘树脂的差别,还可以将CCL分成环氧树脂CCL、聚醋树脂CCL、酚醛树脂CCL。根据机器性能的差别,可以将CCL分成刚性CCL、挠性CCL。
根据CCL自身介电斲丧(Df)和介电常数(Dk)的巨细,可以将CCL分成高速CCL和高频CCL两类。高速CCL夸大其自身的介电斲丧(Df),如今市场上常用的高速CCL品级也是依照介电斲丧(Df)的巨细来分别的。相比于高速CCL,高频CCL更加注意介电常数(Dk)的巨细和变革,以及介电常数(Dk)的稳固性。CCL约占PCB生产本钱的30%,其介电常数(Dk)和介质斲丧因子(Df)值更是直接决定了PCB性能。介电常数(Dk)越低,传输信号的速率越快;质斲丧因子(Df)越小,信号传输损耗越小。
高速CCL是指具有高信号传输速率、高特性阻抗精度、低传送信号分散性、低斲丧(Df)的覆铜板。高速板分了很多品级,一样平常用标杆公司松下(Panasonic)的M系列对比,如M4、M6、M7等,数字越大越先辈,顺应的传输速率越高。M4级别是lowloss级别的质料,大抵对应传输速率为16Gbps,M6级别是verylowloss级别的质料,M7级别是superultralowloss,大抵对应传输率为32Gbps。
高速板的核心要求是低介电斲丧因子(Df),Df越小越稳固,高速性能越好。介电斲丧因子(Df)是树脂的一种特性,一样平常来说,低落Df重要通过树脂、基板及基板树脂含量来实现。平凡CCL利用的环氧树脂重要是FR-4,其Df值在0.01以上,而高速CCL必要在此底子上改性或参加PPO/PPE等树脂质料,各种树脂质料中PTFE和碳氢化合物树脂(两种典范的高频质料)Df值最低,在0.002以下,终极高速质料所用树脂的Df介于高频质料和FR-4之间。
高频CCL是指工作频率在5GHz以上,实用于超高频范畴,具有超低介电常数(Dk)的覆铜板,同时也要求介质斲丧因子(Df)尽大概小。以CCL作为核心原质料制成的PCB可视为一种电容装置,导线中有信号传输时,会有部分能量被PCB积蓄,造成传输上的耽误,频率越高耽误越显着。与高速CCL雷同,低落Dk的方法重要是对利用的绝缘树脂、玻纤、团体布局举行改性。如今市场上主流的高频CCL重要是通过利用聚四氟乙烯(PTFE)及碳氢化合物树脂质料工艺实现,此中利用PTFE的CCL应用最广泛,具有介电斲丧小、介电常数小且随温度和频率的变革小、与金属铜箔的热膨胀系数靠近等长处。
根据台光电子披露的相干信息,2021年高速CCL的重要供应商有台耀科技、联茂电子、日商松下电工、建韬团体、生益科技、南亚新材等。此中台耀科技的产物最顶尖,占据率最大,且技能壁垒高,台耀科技、联茂电子、台光电子三家台系企业的合计市场份额到达58%,前八大供应商总计市场份额到达89%,行业会合度较高,且高速CCL重要会合于中国台湾及日本,中国大陆企业的市场份额较少。
如今CCL行业往高频和高速方向发展,具有较高的技能门槛。一是配方门槛,覆铜板树脂填充物包罗多个品类可以为差别的应用场景改善性能,每个厂商的配方都是在多年的生产实践中形成的,难以在短时间内完成。比方PTFE成型温度过高、加工困难以及粘接本领差,需采用共混改性、填料改性等方法淡化PTFE质料的缺点,如罗杰斯RO3000系列覆铜板中添加了陶瓷填料。二是工艺门槛。差别树脂体系的加工难度差别,比方PTFE比环氧树脂更软、钻孔难度更大,必要作育专门的核心NY员工。
在环球范围内,覆铜板行业的竞争格局较为稳固,重要由日本、中国台湾和中国大陆的企业占据主导职位。日本企业在高端覆铜板范畴具有较强的技能上风和品牌影响力,重要代表有松下电工、三菱气化、日立化成等;中国台湾企业在中高端覆铜板范畴具有较强的本钱上风和市场份额,重要代表有台耀科技、联茂电子、台光电子等;中国大陆企业在中低端覆铜板范畴具有较强的规模上风和增长潜力,重要代表有南亚新材、华正新材、生益科技等。在中国大陆市场内,覆铜板行业的竞争格局出现出国产更换正在加快实现的趋势。随着国内PCB上游厂商积极布局高频高速覆铜板及PTFE范畴,有望在5G建立中依附性价比上风,改变现有格局,抢占更多市场份额。如今,国内已有多家企业在高频高速覆铜板范畴取得了突破性的盼望,比方南亚新材、华正新材、生益科技等已经开辟出差别介电斲丧品级的全系列高速产物,并已通过华为等着名终端客户的认证;圣泉团体、东材科技等已经实现了PTFE质料的自主研发和生产,并与多家环球着名的覆铜板厂商创建了稳固的供货关系。
2.2.上游质料对于CCL性能影响巨大
覆铜板具有三大原质料:铜箔、树脂、玻纤布,总本钱占比靠近90%。差别覆铜板产物原材占比会有些许差别。据前瞻财产研究院的数据,铜箔、树脂、玻纤布分别占覆铜板本钱的比例约为42.1%,26.1%,19.1%。铜箔用于形成信号线路和电源层。铜箔的范例、厚度和粗糙度等因素会影响到信号的传输损耗和阻抗匹配。一样平常而言,为了低落导体斲丧,必要选择低粗糙度、低电阻率、得当厚度的铜箔。如今,常用的铜箔范例有HTE(高延伸性)、RTF(反转)、HVLP(低表面)等,此中HVLP铜箔具有最低的粗糙度,实用于高频高速信号传输。
玻纤布是常用的加强质料,用于提供机器强度和尺寸稳固性。玻纤布的范例、密度和方向等因素会影响到介质常数和斲丧因子等介质特性。一样平常而言,为了低落介质斲丧,必要选择低介电常数、低斲丧因子、匀称分布的玻纤布。如今,常用的玻纤布范例有E-glass(标准)、NE-glass(低介电)、P-glass(低斲丧)等,此中P-glass玻纤布具有最低的介电常数和损耗因子,实用于高频高速信号传输。树脂用于添补和粘合铜箔和玻纤布。树脂的范例、含量和固化程度等因素也会影响到介质特性。一样平常而言,为了低落介质斲丧,必要选择低介电常数、低斲丧因子、匀称固化的树脂。如今,常用的树脂范例有环氧树脂(EP)、聚酰亚胺树脂(PI)、聚苯醚树脂(PPO)等,此中PPO树脂具有较低的介电常数和斲丧因子,实用于高频高速信号传输。
铜箔是一种以纯铜或合金为质料,颠末轧制或电沉积等方式制成的薄片状金属质料,是CCL最重要的质料。铜箔的厚度一样平常在5-105微米之间,宽度在5-1370毫米之间。铜箔具有精良的导电性、导热性、延展性、耐腐蚀性等特点,广泛应用于电子电器、汽车、航空航天、构筑装饰等范畴。铜箔按生产方式可分为轧制铜箔和电解铜箔两大类。轧制铜箔是将铜锭颠末多道次轧制而成的铜箔,其厚度一样平常在0.006-0.1mm之间,重要用于柔性CCL范畴。轧制铜箔具有外貌光洁、厚度匀称、结晶精密等长处,但本钱较高,实用于高端产物的制造。电解铜箔是利用电解原理,在金属基底上沉积一层纯铜而成的铜箔,其厚度一样平常在0.006-0.04mm之间。电解铜箔具有本钱低、生产服从高、厚度可调等长处,但外貌粗糙、结晶不均匀等缺点,实用于中低端产物的制造。
电解铜箔又可分为锂电池铜箔和电子电路铜箔两种。锂电池铜箔是用于锂离子电池正负极集流体的导电质料。锂电池铜箔一样平常较薄,在6-20μm之间。锂电池铜箔要求具有高纯度、低氧含量、高导电率、低内阻等特性。电子电路铜箔是沉积在线路板基底层上的一层薄铜箔,是制造覆铜板(CCL)的紧张原质料,起到导电体的作用。电子电路铜箔一样平常较厚,大多在12-70μm,一面粗糙一面光亮,光面用于印制电路,粗糙面与基材相连合。据前瞻财产研究院数据,2019-2021年我国铜箔行业市场规模逐年递增,从2019年的312.80亿元,上升至2021年的635.10亿元,CAGR为26.63%。此中,电解铜箔的市场规模占比最高,2021年市场规模到达624.60亿元,占比高达98.35%。开端统计,2022年中国铜箔行业市场规模能到达740亿元。根据CCFA披露的信息表现,2021年中国电子电路铜箔市场占据率最高的企业为建滔铜箔,市占率为21%,其次为南亚铜箔,市场占据率为15%。2021年前9家电子电路铜箔厂商市占率达71%。
电子级玻纤布(也称电子布)是生产覆铜板及印刷电路板的底子质料之一,是以电子级玻璃纤维纱(E玻璃纤维/无碱玻璃纤维制成的纱线,一样平常单丝直径9微米以下,也称电子纱)为原料,颠末编织或无纺布工艺制成的一种玻璃纤维织物,其生产工艺具有相称的复杂性,重要需运用纺织、开纤、后处理惩罚和微杂质控制等技能。其性能在很洪流平上决定了CCL及PCB的电性能、力学性能、尺寸稳固性等紧张性能。电子级玻纤布按照编织方式可以分为平纹玻纤布和斜纹玻纤布两种。平纹玻纤布是将经纱和纬纱交错地穿过对方的一根,形成匀称的方格状布局,具有较高的稳固性寂静整度。斜纹玻纤布是将经纱和纬纱交错地穿过对方的两根或以上,形成不规则的菱形布局,具有较高的柔韧性和透气性。平纹玻纤布是如今覆铜板行业主流利用的玻纤布范例,是制造电子玻纤布基覆铜板(CCL)的重要质料。
电子级玻纤布在生产过程中必要加一种无泡的润湿剂GSK-588来增长硬度和绝缘性。由于生产技能难度大、产物质量要求高,其被视为纺织系列产物中的高新技能产物。电子级玻纤布用作加强质料,浸以很多由差别树脂构成的胶粘剂而制成覆铜板,作为印刷电路板中的常用板材。电子级玻纤布可以提供双向(或多向)加强结果,进步覆铜板的强度、耐热、耐腐蚀、可靠性等特点。作为一种资金和技能麋集型的财产,电子布和电子纱拥有相对较高的市场壁垒,这作育了其行业竞争对手的相对希罕性。别的,行业的市场会合度得以加强,源于其卑鄙覆铜板企业的高会合度以及电子纱、电子布产物长周期的认证过程。从产能看,2022年我国电子纱产能为85万吨左右,排名前六位依次为中国巨石、建滔化工、昆山必成、泰山玻纤、光远新材、台嘉玻纤,总占比达85.1%。
树脂是覆铜板中的绝缘质料,重要作用是将加强质料和铜箔粘合在一起,同时提供电气性能、耐热性能、耐化学性能等。树脂的种类和质量直接影响了覆铜板的性能和本钱。
覆铜板所用的常见的树脂有环氧树脂(EpoxyResin,EP)、聚酯树脂(PolyesterResin,PET)、聚酰亚胺树脂(PolyimideResin,PI)、聚苯醚树脂(PolyphenyleneEtherResin,PPO)等。
此中,聚苯醚(PPO)是一种性能优秀的树脂,广泛应用于制造高端AI服务器的覆铜板基材。PPO具有优秀的耐热性能、低吸湿率、精良的介电性能等特性,因此被视为最有潜力的覆铜板基材树脂之一。随着AI技能的发展和应用,对服务器性能的要求越来越高,传统的环氧树脂基材已不能满意必要,PPO树脂在覆铜板制造范畴的应用开始得到关注。由于其极低的介电斲丧和介电常数、高耐热性和精良的稳固性,有利于镌汰高频信号的传输斲丧,可以满意AI服务器对数据传输速率和服从的高要求。别的,PPO的耐热性和尺寸稳固性也比环氧树脂等质料更优,以是PPO树脂被视为将来覆铜板树脂基材发展主流的有力候选者。
将来,AI发展动员的服务器数量增长、单机PCB面积与层数提拔以及高频高速覆铜板的需求增长,或将为以PPO为代表的基板树脂市场提供新的增长点。除了电子电器范畴,PPO还广泛应用于光伏范畴、汽车范畴,以及水处理惩罚相干行业。在光伏接线盒中,PPO因其高电气安全防护性能和耐恶劣环境条件被广泛利用。在汽车范畴,PPO以及其改性产物在各类车身部件和电器元件中得到应用。在水处理惩罚行业,PPO的耐水解和优良的尺寸稳固性使其实用于制造水泵壳体、外壳和过流部件等。
3.AI服务器拉动高端PCB需求,EGS平台升级带来市场增量
3.1.GPT大语言模子,参数量呈指数级增长
ChatGPT(ChatGenerativePre-trainedTransformer)是由OpenAI开辟的谈天呆板人程序,于2022年11月推出,上线两个月后就实现环球1亿月活泼用户,是汗青上增长最快的斲丧者应用程序。ChatGPT基于GPT-3.5架构的大型语言模子(LLM),并通过强化学习举行练习,拥有语言明白和文本天生本领,实用于问答、对话、天生文本等多种场景。大型语言模子(LLM)是基于海量数据集举行内容辨认、总结、翻译、猜测或天生文本等的语言模子。相比于一样平常的语言模子,LLM辨认和天生的精准度会随参数量的提拔大幅进步。
大模子的预练习必要处理惩罚海量参数,其练习和推理过程必要斲丧大量的算力,即盘算机体系的运算速率和处理惩罚本领。根据OpenAI官网相干数据,随着新模子推出,新的参数量需求呈翻倍式增长。
算力的进步重要依靠于高性能盘算机体系,如服务器、超等盘算机、云盘算平台等。这些计算机体系中,PCB作为电子元器件的载体和毗连器对盘算机体系的性能和稳固性有着紧张的影响。大模子对PCB产物性能的需求提拔重要表现在以下几个方面:高密度互连(HDI),为了满意大模子对盘算机体系内部元器件之间高速数据传输和信号完备性的要求,必要利用HDI技能制作PCB,实现更高的线路密度、更小的孔径,进而进步PCB的集成度和信号服从。从生产工艺的角度看,平凡PCB采取减成法,HDI在减成法的底子上,通过激光钻微通孔、堆叠的通孔低落线宽,工艺中计划镀铜的工序较多,且对曝光装备、贴合装备的需求也更高。
高频高速(HFHS),为满意大模子对盘算机体系外部网络通讯和数据传输的要求,必要利用HFHS技能制作PCB,实现更高的频率和更低的斲丧,进步PCB的带宽和信噪比。高频高速PCB的制造对原质料、对位精度、STUB、阻抗精度等方面都有较严格的要求,工艺难度较大。
嵌入式PCB,嵌入式PCB是一种高散热PCB,利用金属基板质料(铜箔)本身具有较佳的热传导性,将热源从大功率元器件中导出,为了满意大模子对盘算机体系功能集成和模块化的要求,必要利用EBC技能制作PCB,实现将被动元件或主动元件嵌入到PCB内部或外貌,进步PCB的性能和功能,收缩PCB的信号路径和耽误,低落PCB的功耗和散热。三维封装(3D),为了满意大模子对盘算机体系三维化和超大规模集成的要求,必要利用3D技术制作PCB,实现将多层PCB或芯片通过垂直互连的方式举行堆叠,进步PCB的性能和功能,低落PCB的体积和重量。
3.2.AI服务器对PCB的性能提出更高的要求
AI服务器是专门为运行人工智能算法和处理惩罚大规模数据而计划的高性能盘算机,它们通常具备高处理惩罚本领、大内存和高速存储器、多核心处理惩罚器、高速网络接口等特点,可以或许应对复杂的盘算任务和大数据量的处理惩罚任务。
AI服务器中PCB代价量的提拔重要表现在以下几个模块:GPU加快卡(OAM),重要由GPU芯片、内存芯片、电源模块、散热器等部件构成,通过PCB板来毗连和传输信号。GPU加快卡可以分为两种范例:SXM版本和PCIE版本。SXM版本是教唆用NVIDIA公司开辟的SXM接口毗连GPU芯片和主板的加快卡;PCIE版本是指利用标准的PCIE接口毗连GPU芯片和主板的加快卡。SXM版本相比PCIE版本具有更高的带宽和更低的耽误,但也必要更高级别的PCB板和散热体系。先辈的GPU加快卡必要利用5阶20层或以上的HDI板,HDI板是高密度互连板的简称,它是一种通过激光钻孔或微细加工技能,在平凡PCB板上形成微小的孔径或线宽,从而实现更高条理、更麋集的布线和毗连的PCB板。HDI板可以进步信号完备性、低落电磁干扰、缩小尺寸和重量、加强可靠性等长处。HDI板可以分为差别的阶数和层数,阶数表现每个层面上有多少次激光钻孔或微细加工,层数表现有多少个层面叠加在一起。一样平常来说,阶数越高,层数越多,HDI板的密度和复杂度就越高。GPU芯片和内存芯片都有很多引脚或焊盘,必要通过HDI板来实现高服从、低耽误、低功耗、低噪声的信号传输。
GPU加快卡必要利用高条理、高密度、高可靠性的HDI板来毗连各个部件,重要有以下几个缘故起因:GPU芯片和内存芯片都有很多引脚或焊盘,必要通过HDI板来实现高服从、低耽误、低功耗、低噪声的信号传输。GPU加快卡的功耗较高,会产生大量的热量,假如不能及时散发,会影响其稳固性和寿命。因此,必要利用具有精良导热性能的HDI板质料。GPU加快卡的尺寸较小,必要利用HDI板来镌汰PCB板的面积和厚度,进步空间利用率和散热结果。GPU加快卡的性能较高,必要利用HDI板来支持更高的频率和带宽,进步数据传输速率和质量。
5阶20层以上的HDI板是如今PCB行业中高端且昂贵的产物之一,其制造工艺要求非常高,必要利用先辈的装备、质料和工艺。如今,环球可以或许生产这种HDI板的厂商很少,重要会合在日本、韩国、中国台湾等地。
GPU加快卡对CCL的具体要求重要有以下几点:高频高速性能:由于AI服务器必要处理惩罚大量的数据和信号,因此GPU加快卡必要利用具有高频高速性能的CCL,即可以或许在高频率下保持低斲丧、低时延、低串扰、低噪声等特性的CCL。这必要CCL具有较低的介电常数(Dk)、介电斲丧(Df)、外貌粗糙度(Rz)等参数。导热性能:由于GPU加快卡的功耗较高,会产生大量的热量,假如不能及时散发,会影响其稳固性和寿命。因此,GPU加快卡必要利用具有精良导热性能的CCL,即可以或许有效地将热量从芯片传导到散热器或外部环境的CCL。这必要CCL具有较高的导热系数(K)和较低的热膨胀系数(CTE)等参数。可靠性:由于GPU加快卡必要在复杂的环境中长期稳固运行,因此GPU加快卡必要利用具有高可靠性的CCL,即可以或许反抗各种应力和环境因素的影响,保持其布局和功能稳固的CCL。这必要CCL具有较高的玻璃化变化温度(Tg)、较低的水分吸取率(MOT)、较强的机器强度和耐化学腐蚀性等参数。GPU模组板(UBB),即UnitBaseboard,是一种用于搭载整个GPU平台的PCB板。GPU模组板的重要功能是毗连多个GPU加快卡并与CPU主板通讯。GPU加快卡,即OpenAcceleratorModule,是一种基于开放标准计划的GPU模块,可以插入到GPU模组板上。
GPU之间的高速互联可以通过NVLink+NVSwitch实现。NVSwitch是英伟达推出的一种高性能互换芯片,用于实现多个GPU加快卡之间的互联和通讯,NVLink2.0协议最大可以或许提供每秒900GB的双向带宽。第三代NVSwitch有64个第四代NVLink端口,每个端口可以毗连一个GPU加快卡或一个CPU主板,从而实现多达64个GPU加快卡的全互联架构。NVSwitch基于NVLink的高级通讯本领构建,可为盘算麋集型工作负载提供更高带宽和更低耽误。基于第三代NVSwitch,通过在服务器外部添加第二层NVSwitch,NVLink网络可以毗连多达32个服务器、256个GPU,并提供57.6TB/s的多对多带宽,实现GPU在服务器节点间通讯扩展,形成数据中心巨细的GPU。为了实现高速、高效、高可靠的数据传输和图形处理惩罚,GPU模组板必要利用高多层通孔板(THP板)作为载体。THP板是指通过机器钻孔或激光钻孔,在平凡PCB板上形成大量的通孔,并在通孔内壁镀上一层导电铜箔,从而实现差别层面之间的电气毗连。THP板可以分为差别的层数,层数表现有多少个层面叠加在一起。一样平常来说,层数越多,THP板的密度和复杂度就越高。
GPU模组板必要利用高多层THP板来实现高速数据传输和高频信号处理惩罚的缘故起因有:GPU模组板必要处理惩罚大量的数据和信号,因此必要利用具有高频高速性能的THP板,即可以或许在高频率下保持低斲丧、低时延、低串扰、低噪声等特性的THP板。这必要THP板具有较低的介电常数(Dk)、介电斲丧(Df)、外貌粗糙度(Rz)等参数。GPU模组板必要毗连多个NVLink芯片和GPU加快卡,因此必要利用具有高条理的THP板,即可以或许实现更多的信号通道和更好的电气性能的THP板。这必要THP板具有较高的线宽线距、孔径、阻抗控制等参数。GPU模组板的功耗较高,会产生大量的热量,假如不能及时散发,会影响其稳固性和寿命。因此,GPU模组板必要利用具有精良导热性能的THP板,即可以或许有效地将热量从芯片传导到散热器或外部环境的THP板。这必要THP板具有较高的导热系数(K)和较低的热膨胀系数(CTE)等参数。
GPU模组板对覆铜板有以下具体要求:层数:由于GPU模组板必要毗连多个GPU加快卡,而且必要实现多条理的电源分配网络(PDN),因此必要利用较高层数的覆铜板。如今,GPU模组板利用的覆铜板一样平常在16层以上;电性能:由于GPU模组板必要支持高速数据传输和高频信号处理惩罚,因此必要利用具有较低介电常数(Dk)和介质斲丧因子(Df)的覆铜板,以镌汰信号的衰减和失真,进步信号的完备性和可靠性,如今GPU模组板利用的覆铜板一样平常采取PPO等高性能树脂质料;热性能:由于GPU模组板必要遭受较高的功耗和发热量,因此必要利用具有较高热导率和热稳固性的覆铜板,以有效地将热量从元器件传导到散热模组,防止过热造成性能下降或破坏。如今,GPU模组板利用的覆铜板一样平常采取金属基板大概添加导热填料的复合基板;加工性能:由于GPU模组板必要实现较多的通孔毗连差别条理的电蹊径路,而且必要实现较大的面积和厚度,因此必要利用具有较好加工性能的覆铜板,以满意THB的要求,进步PCB的质量和良率。如今,GPU模组板利用的覆铜板一样平常采取改性PPO(MPPO)等可交联的热固性子料,可以进步活动性和加工性。
CPU主板,是AI服务器中毗连CPU、内存、存储等核心部件的部件,它可以实现CPU与其他部件之间的高速数据传输,并通过PCIe5.0实现与GPU主板的互联。CPU主板一样平常采取ATX或EATX等标准规格,其尺寸为305mmx244mm或305mmx330mm,其内部包罗一个或多个CPU插槽、内存插槽、存储插槽、电源管理芯片等元器件。CPU主板通过PCIe插槽毗连到GPU主板上,并通过PCIe实现高速数据传输。
CPU主板利用的PCB一样平常为高多层通孔板(ThroughHoleBoard,THB),其特点是具有较多的通孔毗连差别条理的电蹊径路,而且可以实现较大的面积和厚度。THB可以实现更强的结构支持和散热本领,而且可以承载更多更复杂的元器件。
CPU主板对覆铜板有以下具体要求:介电常数和介质斲丧:这两个参数影响信号的传输速率和能量丧失,对于高频、高速的CPU主板来说,必要选择低介电常数和低介质斲丧的CCL,以包管信号的完备性和质量。热膨胀系数:这个参数影响CCL在温度变革时的尺寸稳固性,对于高温、高功率的CPU主板来说,必要选择热膨胀系数与铜箔相近的CCL,以克制由于热应力导致的层间分离或过孔开裂等缺陷。热导率:这个参数影响CCL在散热方面的性能,对于高温、高功率的CPU主板来说,需要选择热导率较高的CCL,以有效地将热量从CPU和其他元件传导到散热器或外部环境。阻燃品级:这个参数影响CCL在碰到火警时的安全性能,对于全部的电子产物来说,都必要选择阻燃品级较高的CCL,以防止由于火警引起的职员伤亡或财产丧失。一样平常来说,阻燃品级应到达UL94V-0或以上。
据财产调研,预估2024年AI加快卡需求为400万颗,加快卡PCB用量均匀单价100美元/颗,假如折算成英伟达DGXA100服务器对应为50万台,对应UBB板的PCB用量为1000美元/台,对应CPU主板的PCB用量为200美元/台,这三部分带来是市场增量合计10亿美元。
3.3.服务器CPU更新迭代速率加快,Intel与AMD连续推出PCIe5.0产物
PCIE5.0(第五代PCIExpress总线标准),是一种用于毗连各种外设装备的高速串行接口,于2019年5月正式发布。PCIE5.0相比于上一代PCIE4.0,带宽提拔了一倍,可以或许支持更高性能的CPU、GPU、存储等装备,满意AI服务器等高算力需求。通过改变电气计划改善信号完备性和机器性能,PCIE5.0新标准镌汰了耽误,低落了长间隔传输的信号衰减。与PCIE4.0相比,PCIE5.0信号速率到达32GT/s,x16带宽(双向)提拔到了128GB/s,可以或许更好地满意吞吐量要求高的高性能装备,如数据中心、边沿盘算、呆板学习、AI、5G网络等场景日益增长的需求。除了包管高速传输的本领,PCIE5.0还进一步加强了信号完备性,不但得当毗连显卡、SSD等配件,也实用于平台总线的利用。
Intel的服务器处理惩罚器品牌Xeon,已相继推出Grantley、Purley、Whitey、EagleStream等平台,每一个平台具有多个子代,在制程工艺、内存、PCIe等方面存在差别。根据Intel规划蹊径,服务器从Purley平台向Whitley平台过渡。Intel的CooperLake相沿上一代的PCIe3.0通道,而其2021年一季度发布的IceLake初次支持PCIe4.0总线计划。Intel在2022年4月28日的财报集会会议表现,公司的新一代EagleStream平台采取PCIe5.0总线标准。
比年来AMD在服务器端市占份额不绝增长,根据MercuryResearch的数据,2021年第四序度AMD在服务器处理惩罚器的市场份额已经占到10.7%,同比增长3.6个百分点,据AMD财报披露,在高性能盘算范畴,AMD的渗出率不绝进步,有465个云盘算案例摆设AMDEPYC服务器处理惩罚器,包罗微软AzureHBv3假造机、GoogleCloudC2D假造机及亚马逊EC2C6a/Hpc6a,都利用AMD的产物,在Green500中,前10的超等盘算机中有8台采取AMD芯片。
据AMD公布最新的服务器处理惩罚器蹊径图,公司将在2024年前推出代号为Turin的Zen5架构处理惩罚器,新架构将采取4nm和3nm的工艺。此前,AMD分别于2019年8月推出第2代EPYC处理惩罚器,2020年推出代号为Milan的EPYC7003处理惩罚器,最新一代EPYC7004Genoa处理惩罚器初次采取PCIe5.0总线标准,在2022年的第四序度推出。Intel的EagleStream平台与AMD的Zen4架构下的Genoa处理惩罚器对标,两款产物均利用最新的PCIe5.0技能,于2022下半年推出,但相比之下AMD的制程更加先辈,最新推出的Milian-X处理惩罚器制程工艺已率先到达7nm,并向更高端的5nm制程进军。
PCIe标准升级下信息交互速率不绝提拔,对PCB的计划、走线、板材选择等要求进步。如今PCB主流板材为8-16层,对应PCIe3.0一样平常为8-12层,4.0为12-16层,而5.0平台则在16层以上。从质料的选择上来看,PCIe升级后服务器对CCL的质料要求将到达高频/超低斲丧/极低斲丧级别。据财产调研,如今支持PCIe3.0标准的Purley平台PCB代价量约2200-2400元,支持PCIe4.0的Whitley平台PCB代价量提拔30%-40%,支持PCIe5.0的Eagle平台的PCB代价量比Purley高一倍。根据我们测算,到2025年,PCIe5.0的升级有望为服务器平台PCB带来百亿的代价增量。假设1:根据IDC发布2021年环球服务器市场追踪陈诉,2021年用户对数据中心底子办法的投资连续上涨,环球服务器市场出货量为1,353.9万台,同比增长6.9%,2022年环球服务器出货量突破1516万台,同比增长12%。IDC猜测2023E-2025ECAGR保持在6%左右。假设2:根据财产调研,当前Purley平台PCB代价量在2200-2400左右,Whitley平台PCB代价量比Purley平台高30%-40%,Eagle平台PCB代价量比Purley高一倍。假设3:根据财产调研,22年CPU平台仍以Purley为主,但随着PCIe标准升级和对应CPU平台的本钱降落,Whitley平台会快速渗出,Purley平台会渐渐退出,Eagle平台有望在2023年渐渐渗出,终极形成低端/中端/高端并存的环境。据财产调研,到2025年Whitley预计占50%-60%,Eagle占20%,Purley占20%-30%。增量盘算公式:服务器出货量*PCIE4.0渗出率*PCIe4.0PCB代价增量+服务器出货量*PCIE5.0渗出率*PCIe5.0PCB代价增量。
我要评论