لوحة دوائر تعدين الإيثيريوم: مواصفات التيار العالي، استكشاف الأخطاء وإصلاحها ودليل التصميم

يتطلب تصميم أو صيانة لوحة دوائر مطبوعة لتعدين الإيثيريوم (Ethereum Mining PCB) التعامل مع الأحمال الحرارية القصوى وتوصيل الطاقة المستمر عالي التيار. على الرغم من أن شبكة الإيثيريوم قد انتقلت إلى إثبات الحصة (PoS)، فإن فئة الأجهزة المحددة بواسطة "لوحات الدوائر المطبوعة للتعدين" — وتحديداً اللوحات الخلفية متعددة وحدات معالجة الرسوميات (multi-GPU backplanes)، وبطاقات الرفع (riser cards)، ووحدات التحكم المتخصصة في الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC controllers) — تظل حاسمة لتعدين عملات Ethash البديلة (مثل ETC) ومجموعات الحوسبة عالية الأداء للذكاء الاصطناعي. يغطي هذا الدليل المعايير الهندسية المطلوبة لمنع الأعطال الكارثية للوحة تحت حمل مستمر على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع.

إجابة سريعة (30 ثانية)

للحصول على لوحة دوائر مطبوعة لتعدين الإيثيريوم متينة، يجب على المهندسين إعطاء الأولوية لسلامة الطاقة وتبديد الحرارة على كثافة المكونات.

  • وزن النحاس: استخدم ما لا يقل عن 2 أوقية (70 ميكرومتر) من النحاس في طبقات الطاقة الداخلية؛ يوصى بـ 3 أوقية+ للوحات الخلفية التي تتعامل مع >1000 واط.
  • اختيار المواد: مادة FR4 عالية Tg (Tg > 170 درجة مئوية) إلزامية لمنع الانفصال الطبقي أثناء التعرض المطول للحرارة.
  • سلامة PCIe: حافظ على مقاومة تفاضلية صارمة تبلغ 85 أوم أو 100 أوم لخطوط بيانات PCIe لمنع انقطاع وحدات معالجة الرسوميات (GPU).
  • تصنيف الموصل: تحقق من أن موصلات الطاقة 12 فولت (PCIe 6-pin/8-pin) مصنفة لدورات تيار عالية ومعززة بمثبتات عبر الفتحات (through-hole anchors).
  • الإدارة الحرارية: نفذ فتحات حرارية قوية تحت ترانزستورات التأثير المجالي لأشباه الموصلات المعدنية (MOSFETs) ومنظمات الطاقة.
  • التحقق: قم بإجراء فحص بصري آلي (AOI) واختبار إلكتروني (E-Test) للتأكد من عدم وجود دوائر قصيرة في مسارات التيار العالي قبل التشغيل.

متى تنطبق لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) لتعدين الإيثيريوم (ومتى لا تنطبق)

يساعد فهم حالة الاستخدام المحددة في اختيار المواد والتصميم الطبقي المناسبين من APTPCB (مصنع APTPCB للوحات الدوائر المطبوعة).

متى تنطبق

  • منصات متعددة وحدات معالجة الرسوميات (GPU): لوحات خلفية مخصصة أو لوحات أم مصممة لاستضافة 6-12 وحدة معالجة رسوميات عبر رافعات PCIe للتعدين أو العرض.
  • لوحات تجزئة ASIC: لوحات متخصصة لخوارزميات Ethash (مثل Ethereum Classic) تتطلب تنظيمًا عالي الكثافة للطاقة.
  • توزيع الطاقة العالية: لوحات توزيع تحول خرج وحدة تزويد الطاقة (PSU) للخادم إلى موصلات PCIe متعددة.
  • مجموعات حوسبة الذكاء الاصطناعي: أجهزة مصممة في الأصل للتعدين يتم إعادة استخدامها لمهام التعلم الآلي التي تتطلب كثافة طاقة مماثلة.
  • الإصلاح والتجديد: استكشاف الأخطاء وإصلاحها لأجهزة التعدين القديمة لإعادة بيعها أو إعادة استخدامها.

متى لا تنطبق

  • أجهزة الكمبيوتر المكتبية القياسية: تفتقر اللوحات الأم ATX القياسية إلى عرض المسارات والقدرة الحرارية اللازمة لأحمال وحدات معالجة الرسوميات المتعددة المستمرة.
  • أجهزة إنترنت الأشياء منخفضة الطاقة: متطلبات النحاس الثقيل والمتطلبات الحرارية غير ضرورية ومكلفة للغاية.
  • إعدادات الألعاب بوحدة معالجة رسوميات واحدة: لوحات الدوائر المطبوعة الاستهلاكية القياسية كافية؛ وتضيف مواصفات التعدين المتخصصة تكلفة غير ضرورية.
  • الخوادم التي تعتمد على وحدة المعالجة المركزية فقط: تتطلب هذه الخوادم بنية مختلفة تركز على عرض نطاق الذاكرة بدلاً من توزيع مسارات PCIe.

القواعد والمواصفات

القواعد والمواصفات

يوضح الجدول التالي قواعد التصميم الهامة لـ لوحة دوائر التعدين للإيثيريوم (PCB). يؤدي تجاهل هذه القواعد غالبًا إلى احتراق المسارات أو عدم استقرار معدلات التجزئة (hashrates).

القاعدة القيمة/النطاق الموصى به لماذا هي مهمة كيفية التحقق إذا تم تجاهلها
Tg للمادة الأساسية > 170 درجة مئوية (FR4 عالي Tg) يمنع تليين لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وتفكك طبقاتها عند درجات حرارة التشغيل العالية (80 درجة مئوية فأكثر). التحقق من ورقة البيانات (مثل Isola 370HR). تلتوي اللوحة، تتشقق الفتحات (vias)، فشل دائم.
وزن النحاس الداخلي 2 أوقية (70 ميكرومتر) كحد أدنى يقلل المقاومة في مستويات الطاقة (VCC/GND)، مما يقلل من انخفاض الجهد والحرارة. تحليل المقطع الدقيق. انخفاض الجهد يسبب عدم استقرار وحدة معالجة الرسوميات (GPU)؛ تحترق المسارات.
وزن النحاس الخارجي 1 أوقية - 2 أوقية يوازن دقة النقش لمسارات PCIe مع سعة التيار. قياس المقطع العرضي. ضعف سلامة الإشارة أو ارتفاع درجة حرارة المسارات السطحية.
معاوقة PCIe 85Ω أو 100Ω ±10% يضمن نقل بيانات خالٍ من الأخطاء بين وحدة المعالجة المركزية (CPU) ووحدات معالجة الرسوميات (GPUs). استخدم حاسبة المعاوقة واختبار TDR. لا يتم اكتشاف وحدات معالجة الرسوميات (GPUs) أو تتعطل تحت الحمل.
تصنيف تيار الفتحة (Via) فتحة 0.3 مم = ~1.5 أمبير (تقريبي) لا يمكن للفتحات الفردية (vias) التعامل مع تيارات التعدين؛ هناك حاجة إلى مصفوفات. حاسبة IPC-2152. تعمل الفتحات (vias) كصمامات وتنفجر.
عرض المسار (الطاقة) > 40 ميل لكل أمبير (قاعدة عامة) يمنع ارتفاع درجة حرارة المسارات. حاسبة IPC-2221. تنفصل المسارات عن اللوحة أو تنصهر.
حاجز قناع اللحام > 4 ميل يمنع جسور اللحام على المكونات ذات الخطوة الدقيقة مثل دوائر التحكم المتكاملة. فحص DFM. دوائر قصيرة أثناء التجميع.
الانتهاء السطحي ENIG (النيكل الكيميائي بالذهب الغاطس) يوفر سطحًا مستويًا لمكونات BGA/QFN ومقاومة للأكسدة. فحص بصري. وصلات لحام رديئة على رقائق التحكم.
الممرات الحرارية فتحة 0.3 مم، خطوة 0.6 مم ينقل الحرارة من مكونات الطاقة إلى المستويات الأرضية الداخلية. فحص بالأشعة السينية. تتجاوز MOSFETs درجة الحرارة وتفشل.
طلاء الموصلات ذهب صلب (>30 ميكروبوصة) للأصابع يتحمل الإدخال المتكرر لبطاقات التوسعة. اختبار سمك الطلاء. أكسدة التلامس تؤدي إلى خطر الحريق.

خطوات التنفيذ

خطوات التنفيذ

اتبع هذه الخطوات لنقل لوحة PCB لتعدين GPU أو لوحة تحكم من المفهوم إلى الإنتاج.

  1. تحديد ميزانية الطاقة: احسب إجمالي التيار المطلوب على سكة 12 فولت. بالنسبة لجهاز تعدين بـ 6 وحدات معالجة رسومية (GPU)، يمكن أن يتجاوز هذا 100 أمبير. تأكد من أن موصلات الإدخال (مثل موصلات PCIe متعددة ذات 6 سنون أو قضبان توصيل الخادم) يمكنها التعامل مع هذا الحمل فعليًا.

  2. اختيار ترتيب الطبقات: اختر ترتيب طبقات من 4 أو 6 طبقات. خصص الطبقات الداخلية بدقة لمستويات الأرض والطاقة لتعمل كمشتتات حرارة. استشر هندسة APTPCB للحصول على ترتيبات الطبقات النحاسية الثقيلة المتاحة.

  3. وضع المكونات الحيوية: ضع موصلات الطاقة 12 فولت بالقرب من الحافة ولكن قريبة من الحمل لتقليل طول المسار. ضع فتحات PCIe بمسافة كافية لتدفق الهواء إذا تم تركيب وحدات معالجة الرسوميات (GPU) مباشرة.

  4. توجيه إشارات السرعة العالية (PCIe): قم بتوجيه أزواج PCIe TX/RX أولاً. اجعلها قصيرة، متطابقة الطول، ومرجعية إلى مستوى أرضي صلب. تجنب عبور المستويات المقسمة.

  5. توجيه مستويات الطاقة: استخدم المضلعات (الصبات) بدلاً من المسارات الرفيعة لـ 12V و GND. تأكد من أن مناطق "التضييق" (حيث تمر المسارات بين الأطراف) لا تصبح اختناقات للتيار.

  6. إضافة تخفيف حراري: ضع مصفوفات من الفتحات الحرارية تحت جميع MOSFETs الطاقة والمحثات. لا تستخدم أذرع التخفيف الحراري على وسادات التيار العالي؛ استخدم اتصالاً مباشرًا (غمر) لأقصى تدفق للتيار، حتى لو جعل ذلك اللحام أصعب.

  7. فحص قواعد التصميم (DRC): قم بتشغيل فحص قواعد التصميم (DRC) مع قيود محددة لخلوص الجهد العالي (التسرب السطحي) وعروض المسارات الدنيا.

  8. تصنيع النماذج الأولية: اطلب دفعة صغيرة. حدد "High Tg" و "المقاومة المتحكم بها" في ملاحظات التصنيع.

  9. اختبار على المنضدة: قم بتشغيل اللوحة العارية بدون وحدات معالجة الرسوميات (GPUs) أولاً. تحقق من مسارات الجهد. ثم أضف وحدة معالجة رسوميات واحدة، ثم قم بالتوسيع. راقب درجة حرارة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) باستخدام كاميرا حرارية.

أنماط الفشل واستكشاف الأخطاء وإصلاحها

بيئات التعدين قاسية. إليك كيفية تشخيص الأعطال الشائعة في لوحات دوائر تعدين الإيثيريوم (Ethereum Mining PCBs) و لوحات دوائر منصات التعدين (Mining Rig PCBs).

1. العرض: موصل 12V محترق

  • السبب: مقاومة تلامس عالية بسبب موصل رديء الجودة أو عدم كفاية النحاس عند الوسادة.
  • الفحص: افحص بحثًا عن تغير اللون أو البلاستيك المذاب.
  • الإصلاح: استبدل بموصلات مصنفة للتيار العالي (مثل Molex Mini-Fit Jr. HCS).
  • الوقاية: استخدم موصلات متعددة لتقسيم حمل التيار.

2. العرض: عدم اكتشاف وحدة معالجة الرسوميات (GPU) (الرمز 43 أو مفقود)

  • السبب: فقدان سلامة إشارة PCIe أو انخفاض الجهد على طاقة الرايزر.
  • التحقق: قم بقياس 3.3 فولت و 12 فولت عند فتحة الرايزر. افحص مكثفات PCIe بحثًا عن التلف.
  • الإصلاح: استبدل الرايزر أو أصلح المسار المكسور.
  • الوقاية: قم بتوجيه مسارات PCIe بتحكم صارم في المعاوقة.

3. العرض: إعادة تشغيل عشوائية / عدم استقرار

  • السبب: تموج الجهد (انخفاض الجهد) على مسار 12 فولت أثناء توليد DAG أو الحوسبة الثقيلة.
  • التحقق: استخدم راسم الذبذبات للتحقق من استقرار مسار 12 فولت.
  • الإصلاح: أضف سعة كبيرة (مكثفات إلكتروليتية أو بوليمرية) بالقرب من الحمل.
  • الوقاية: استخدم مستويات طاقة أوسع ونحاسًا أثقل.

4. العرض: انفصال طبقات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) (تقرح)

  • السبب: تجاوزت درجة حرارة التشغيل درجة حرارة انتقال الزجاج (Tg) للمادة.
  • التحقق: فقاعات مرئية أو انفصال الطبقات.
  • الإصلاح: اللوحة تالفة بشكل دائم؛ استبدلها.
  • الوقاية: حدد مواد Isola PCB أو ركائز عالية Tg مكافئة.

5. العرض: انفجار MOSFET

  • السبب: هروب حراري بسبب عدم كفاية التبريد.
  • التحقق: تلف بصري في منطقة VRM.
  • الإصلاح: استبدل MOSFET والمشغل؛ افحص مقاومات البوابة.
  • الوقاية: زد عدد الفتحات الحرارية واستخدم التبريد النشط.

6. العرض: اتصال متقطع على الرايزر

  • السبب: أكسدة على الأصابع الذهبية أو تآكل موصل USB.
  • التحقق: حرك الكابل؛ راقب حالة الارتباط.
  • الإصلاح: نظف نقاط التلامس بالكحول الأيزوبروبيلي؛ استبدل الكابل.
  • الوقاية: استخدم طلاء الذهب الصلب على موصلات الحافة.

قرارات التصميم

عند تصميم لوحة تحكم تعدين (PCB) أو لوحة خلفية، يجب إجراء مقايضات محددة.

النحاس الثقيل مقابل التكلفة النحاس القياسي بوزن 1 أونصة أرخص ولكنه سيسخن بشكل كبير تحت أحمال التعدين (50 أمبير+). الانتقال إلى 2 أونصة أو 3 أونصة يزيد التكلفة ولكنه ضروري للسلامة وطول العمر. بالنسبة لجهاز تعدين يعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، فإن تكلفة التوقف عن العمل تتجاوز تكلفة لوحة الدوائر المطبوعة الإضافية.

التوصيل المباشر مقابل كابلات الرفع (Riser Cables) تصميم لوحة أم "بدون رافعات" (حيث يتم توصيل وحدات معالجة الرسوميات مباشرة بلوحة الدوائر المطبوعة) يزيل نقاط فشل الكابلات (كابلات USB، لوحات الدوائر المطبوعة للرافعات). ومع ذلك، فإنه يتطلب لوحة دوائر مطبوعة أكبر بكثير وأكثر تكلفة ويحد من خيارات التباعد المادي للتبريد.

لون قناع اللحام على الرغم من أنه جمالي، إلا أن قناع اللحام الأسود يجعل الفحص البصري للمسارات صعبًا. يُفضل اللون الأخضر أو الأزرق غير اللامع للوحات التي تتطلب صيانة مكثفة مثل لوحات الدوائر المطبوعة لتعدين البيتكوين أو ما يعادلها من الإيثيريوم، حيث يسمح ذلك بتحديد مشاكل المسارات المحترقة بسهولة أكبر.

اختيار الموصلات غالبًا ما تُصنف موصلات ATX القياسية لـ 9 أمبير فقط لكل دبوس. يمكن أن تتجاوز أحمال التعدين هذا الحد. يعد استخدام قضبان التوصيل من فئة الخوادم أو أطراف التوصيل اللولبية لمدخل 12 فولت الرئيسي قرار تصميم قوي للوحات توزيع الطاقة العالية.

الأسئلة الشائعة

1. هل لا يزال بإمكاني تعدين الإيثيريوم باستخدام لوحات الدوائر المطبوعة هذه؟ لا، تحولت إيثريوم إلى إثبات الحصة (PoS). ومع ذلك، لا تزال لوحات الدوائر المطبوعة لتعدين إيثريوم تُستخدم لتعدين إيثريوم كلاسيك (ETC) ورافينكوين (RVN)، ولتقديم وحدات معالجة الرسوميات عالية الأداء أو مجموعات حوسبة الذكاء الاصطناعي.

2. ما هو أفضل مادة لـ PCB لأجهزة التعدين؟ FR4 عالي Tg (Tg 170 درجة مئوية أو أعلى) هو المعيار. قد يلين FR4 القياسي (Tg 130-140 درجة مئوية) ويفشل تحت الحرارة المستمرة لجهاز التعدين.

3. لماذا تحترق لوحات الدوائر المطبوعة للتعدين كثيرًا؟ تعمل بأقصى طاقتها 24/7. معظم الأعطال ترجع إلى مسارات أو موصلات صغيرة الحجم لا تستطيع تحمل التيار المستمر، مما يؤدي إلى هروب حراري.

4. ما هو سمك النحاس الذي يجب أن يكون؟ بالنسبة للوحات توزيع الطاقة، يوصى بـ 2 أونصة أو 3 أونصة. أما بالنسبة للوحات التحكم المنطقية فقط، فإن 1 أونصة كافية.

5. ما هو الفرق بين لوحة PCB للتعدين ولوحة PCB للألعاب؟ تُعطي لوحات PCB للتعدين الأولوية لعدد فتحات PCIe واستقرار توصيل الطاقة على الميزات مثل الصوت أو RGB أو دعم كسر سرعة الذاكرة الشديد.

6. هل يمكن لـ APTPCB تصنيع لوحات تعدين نحاسية ثقيلة؟ نعم، نحن متخصصون في لوحات الدوائر المطبوعة النحاسية الثقيلة ويمكننا دعم ما يصل إلى 6 أونصات من النحاس لتطبيقات الطاقة القصوى. اطلع على قدراتنا في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة.

7. كيف أتحكم في المعاوقة لرافعات PCIe؟ يجب عليك حساب عرض المسار والتباعد بناءً على تكديسك لتحقيق معاوقة تفاضلية 85Ω أو 100Ω.

8. هل ENIG ضروري للوحات التعدين؟ يوصى بشدة باستخدام ENIG للوسادات المسطحة على المكونات ذات الخطوة الدقيقة ومقاومة أفضل للتآكل مقارنة بـ HASL، خاصة في بيئات مزارع التعدين الرطبة.

9. ما هي "لوحة دوائر التعدين الجماعي (Mining Pool PCB)"؟ غالبًا ما يكون هذا المصطلح تسمية خاطئة. يشير عادةً إلى أجهزة التحكم (مثل Raspberry Pi أو لوحة مخصصة) التي تدير اتصال جهاز التعدين بخادم التعدين الجماعي.

10. كيف أقوم بإصلاح مسار محترق على لوحة دوائر التعدين؟ اكشط قناع اللحام، نظف المنطقة، وقم بلحام سلك نحاسي سميك (وصلة) عبر الجزء التالف لتجاوز المسار المحترق. تأكد من أن مقياس السلك يمكنه تحمل التيار.

11. هل أحتاج إلى فتحات عمياء أو مدفونة؟ عادة لا. الفتحات البينية (vias) ذات الثقوب النافذة أرخص وكافية لتعقيد معظم لوحات التوصيل الخلفية للتعدين. الفتحات العمياء مطلوبة فقط للتصاميم ذات الكثافة العالية جدًا.

12. ما هو الوقت المستغرق لتصنيع لوحة توصيل خلفية مخصصة للتعدين؟ يمكن إنجاز النماذج الأولية القياسية في 24-48 ساعة. تستغرق دفعات الإنتاج عادةً من 5 إلى 10 أيام حسب التعقيد.

13. هل يمكنني استخدام لوحات دوائر الألومنيوم للتعدين؟ تعتبر لوحات دوائر الألومنيوم ممتازة لتبديد الحرارة ولكنها أحادية الطبقة أو ثنائية الطبقة بسيطة. تُستخدم لمصابيح LED أو توزيع الطاقة البسيط، وليس للوحات متعددة الطبقات المعقدة مع توجيه PCIe.

مسرد المصطلحات (المصطلحات الرئيسية)

المصطلح التعريف
مسار PCIe زوج من مسارات الإشارة التفاضلية (TX/RX) المستخدمة لنقل البيانات عالي السرعة بين وحدة معالجة الرسوميات (GPU) ووحدة المعالجة المركزية (CPU).
Tg (درجة حرارة الانتقال الزجاجي) درجة الحرارة التي يتحول عندها ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) من حالة صلبة زجاجية إلى حالة مطاطية ناعمة.
نحاس ثقيل سمك نحاس لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) أكبر من 2 أوقية (70 ميكرومتر)، يستخدم لتطبيقات التيار العالي.
مقاومة تفاضلية المقاومة بين موصلين (مثل أزواج PCIe) والتي يجب التحكم فيها لمنع انعكاس الإشارة.
بطاقة رايزر (Riser Card) لوحة دوائر مطبوعة (PCB) صغيرة تعمل على تمديد فتحة PCIe، مما يسمح بتركيب وحدات معالجة الرسوميات (GPUs) بعيدًا عن اللوحة الأم للتبريد.
VRM (وحدة تنظيم الجهد) دوائر تحول مدخل 12 فولت إلى الفولتيات الأقل (حوالي 1 فولت) التي يحتاجها قلب وحدة معالجة الرسوميات (GPU).
تخفيف حراري (Thermal Relief) نمط شعاعي يربط وسادة بمستوى لتسهيل اللحام؛ غالبًا ما يتم إزالته في التصميمات عالية التيار لزيادة التدفق.
لوحة خلفية (Backplane) لوحة دوائر مطبوعة (PCB) تحتوي على موصلات ولكن بها منطق نشط قليل، تستخدم لتوزيع الطاقة والإشارات على بطاقات فرعية متعددة (وحدات معالجة الرسوميات).
Ethash خوارزمية إثبات العمل التي استخدمتها إيثريوم في الأصل، وتستخدمها الآن إيثريوم كلاسيك وغيرها.
AOI (الفحص البصري الآلي) طريقة فحص تعتمد على الكاميرا تُستخدم أثناء التصنيع لاكتشاف عيوب السطح.
التسرب السطحي أقصر مسافة بين جزأين موصلين على طول سطح المادة العازلة.
لوحة التجزئة (Hashboard) لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) المحددة داخل عامل تعدين ASIC والتي تحتوي على رقائق التجزئة.

خاتمة

بينما انتهى عصر إثبات العمل (PoW) لإيثريوم، تظل المبادئ الهندسية وراء لوحات الدوائر المطبوعة لتعدين إيثريوم (Ethereum Mining PCBs) المعيار الذهبي للإلكترونيات عالية التيار والحرارة. سواء كنت تصمم مجموعة حوسبة جديدة للذكاء الاصطناعي، أو لوحة دوائر مطبوعة لوحدة تحكم التعدين (Mining Controller PCB)، أو تقوم بإصلاح لوحات دوائر مطبوعة لتعدين وحدات معالجة الرسوميات (GPU Mining PCBs) القديمة، فإن النجاح يعتمد على مستويات طاقة قوية، وإدارة حرارية، وسلامة الإشارة.

توفر APTPCB قدرات النحاس الثقيل والمواد عالية Tg اللازمة لبناء لوحات تتحمل أقسى الأحمال المستمرة. تأكد من أن تصميمك القادم مصمم ليدوم.