Обяснение на PCIe 5.0 срещу PCIe 6.0: Ключови предизвикателства пред производството на печатни платки в центрове за данни с изкуствен интелект
Съдържание
- Въведение: Еволюция на PCIe и изисквания на центровете за данни с изкуствен интелект
- Какво е PCIe 5.0
- Какво е PCIe 6.0
- Защо центровете за данни с изкуствен интелект се нуждаят от PCIe 5.0 и 6.0
- Предизвикателства пред целостта на сигнала: PCIe 5.0 срещу 6.0
- Избор на материал и процес за високоскоростни печатни платки
- Как да внедрим PCIe 6.0 PAM4 сигнализация в печатни платки
- Методи за тестване и валидиране
- Казус от фабрика и демонстрация на възможности
- Заключение и препоръки
- Често задавани въпроси (ЧЗВ)
PCIe еволюция и изисквания на AI центровете за данни
PCI Express (PCIe) е един от най-важните стандарти за високоскоростна връзка в сървърите и клъстерите с графични процесори.
Какво е PCIe 5.0
PCIe 5.0, въведен през 2019 г., повиши скоростта на пренос на данни до 32 GT/s, осигурявайки около 4 GB/s на линия и до 64 GB/s за пълен x16 слот. Той все още използва NRZ (Non-Return-to-Zero) сигнализация, поддържайки обратна съвместимост.
Какво е PCIe 6.0
PCIe 6.0, пуснат през 2022 г., удвоява скоростта до 64 GT/s, предлагайки огромните 128 GB/s за x16 линии. Ключовата иновация е преминаването към PAM4 (импулсно-амплитудна модулация с 4 нива) и интегрирането на FEC (корекция на грешките напред) за смекчаване на битовите грешки. Този преход значително увеличава сложността на дизайна на печатни платки, особено по отношение на целостта на сигнала.
Защо центровете за данни с изкуствен интелект се нуждаят от PCIe 5.0 и 6.0
Обучението и изводите с изкуствен интелект изискват ултрабързи връзки между графични процесори (GPU) и централни процесори (CPU). PCIe 5.0 и PCIe 6.0 осигуряват честотната лента, на която разчитат центровете за данни с изкуствен интелект. С увеличаването на плътността на графичните процесори (GPU), предизвикателствата пред целостта на сигнала на печатните платки се умножават, което прави модерното производство от съществено значение.
Предизвикателства пред целостта на сигнала: PCIe 5.0 срещу 6.0
Загуба при вмъкване
За PCIe 5.0, толерансът на вмъкване на загуба е около 28-30 dB, но PCIe 6.0 изисква много по-строги ограничения, често под 20 dB. Диелектричните загуби (Df) на материалите на печатните платки и дължината на релсите пряко влияят върху това дали сигналите остават стабилни.
Контрол на кръстосаните смущения и импеданса
При PAM4 сигнализацията амплитудата се намалява наполовина, което прави кръстосаните смущения и отраженията по-проблематични. Производството на печатни платки трябва да поддържа диференциален импеданс в рамките на 85 ± 5 Ω, което изисква по-строги правила за разстояние и стратегии за екраниране.
Предизвикателства при диференциалното маршрутизиране и оформление
Дължините на трасетата в PCIe 6.0 трябва да бъдат сведени до минимум. Всяка трасе, по-дълго от 10 инча, изисква материали с ултраниски загуби или добавяне на ретаймери, за да се запази целостта на сигнала.
Избор на материал и процес за високоскоростни печатни платки
FR4 срещу високочестотни/високоскоростни материали
Конвенционалните FR4 се затрудняват с PCIe 6.0. Усъвършенстваните материали като Megtron 6, Tachyon 100G и Isola I-Tera MT40 предлагат по-ниско съотношение Dk/Df, което ги прави подходящи за PAM4 сигнализация.
Дебелина на покритието на високоскоростни печатни платки и избор на медно фолио
Прекомерната дебелина на медта увеличава загубата при вмъкване. Дебелината на покритието на високоскоростните печатни платки обикновено е 1 унция или по-малка, като се използва гладко медно фолио за намаляване на грапавостта на повърхността и подобряване на производителността на сигнала.
Как да внедрим PCIe 6.0 PAM4 сигнализация в печатни платки
Внедряването на PAM4 изисква цялостна оптимизация на материали, трасиране и конектори. Симулациите с очна диаграма валидират производителността, докато внимателното управление на отворите минимизира прекъсванията.
Методи за тестване и валидиране
- Тестването за съответствие гарантира съответствие на PCIe 6.0 канала
- Анализът на очната диаграма проверява отварянето на сигнала за очите
- Калибрирането на TX/RX с FEC намалява процента на битови грешки
- CEM тестването валидира оперативната съвместимост на системно ниво
Казус от фабрика и демонстрация на възможности
Нашият опит в производството на печатни платки за центрове за данни с изкуствен интелект включва:
- Масово производство с ламинати с ултраниски загуби
- Възможности за високоскоростно маршрутизиране и контрол на импеданса
- Казуси, показващи 40% намаление на BER и 12% подобрение на латентността при взаимовръзките на графичните процесори
Препоръки
PCIe 5.0 и PCIe 6.0 предефинират производството на печатни платки за центрове за данни с изкуствен интелект. Инженерите-конструктори трябва да дадат приоритет на високоскоростните материали, оптимизираното трасиране и надеждните симулации. Ръководителите на обществените поръчки трябва да си партнират с производители на печатни платки с опит във високочестотни и високоскоростни проекти.
Често задавани въпроси (ЧЗВ)
В1: Какви са основните разлики между PCIe 5.0 и PCIe 6.0?
A1: Скоростта се увеличава от 32 GT/s на 64 GT/s, с приемането на PAM4 и FEC.
Въпрос 2: Защо центровете за данни с изкуствен интелект имат по-високи изисквания за производство на печатни платки?
A2: Мащабът на клъстера на графичните процесори е голям, каналите за взаимосвързване са дълги и проблемите с целостта на сигнала са значителни.
Въпрос 3: Какви са често срещаните избори за високоскоростни материали за печатни платки?
A3: Megtron 6, Tachyon 100G, I-Tera MT40.
Въпрос 4: Как да се намали загубата на сигнал в PCIe 6.0?
A4: Изберете материали с ниски загуби, контролирайте дължината на следите, използвайте повторители на времето.
В5: Влияе ли дебелината на покритието на високоскоростните печатни платки на сигналите?
A5: Да, прекомерната дебелина на медта увеличава загубите. Използвайте гладка мед с подходяща дебелина.
Въпрос 6: Как да се валидира производителността на PCIe канала в дънни платки за центрове за данни с изкуствен интелект?
A6: Чрез тестване за съответствие, анализ на Eye-Diagram и калибриране на FEC.
