Плата сервера EPYC

Печатная плата сервера EPYC: определение, область применения и для кого предназначен этот гайд

Печатная плата сервера EPYC — это специализированная печатная плата, разработанная для размещения процессоров серии AMD EPYC™ (таких как Genoa, Bergamo или Turin). В отличие от стандартных настольных или серверных плат начального уровня, эти печатные платы должны поддерживать массивные возможности ввода-вывода, включая до 128 линий PCIe, 12 каналов памяти DDR5 и сети питания, способные поддерживать 300 Вт до 400 Вт+ TDP на сокет. Сложность заключается в управлении целостностью сигнала для PCIe Gen 5.0 (и грядущего Gen 6.0) при сохранении термической стабильности на большой площади поверхности.

Этот гайд охватывает сквозной процесс закупок и инженерной валидации для этих высокопроизводительных плат. Он выходит за рамки базовых заметок по изготовлению, чтобы рассмотреть специфические проблемы экосистемы сокета SP5, многослойных стеков и выбора материалов со сверхнизкими потерями. Мы сосредоточены на физическом изготовлении платы (голой платы) и критических ограничениях сборки, которые влияют на выход годных изделий.

Этот сборник рекомендаций написан для инженеров по аппаратному обеспечению, инженеров по целостности сигнала (SI) и руководителей по закупкам, которые переходят от прототипа к пилотному или массовому производству. Если вы отвечаете за поиск надежного оборудования для центров обработки данных, кластеров HPC или периферийных вычислительных устройств, этот гайд предоставляет техническую и коммерческую основу для минимизации рисков.

Когда использовать печатную плату сервера EPYC (и когда стандартный подход лучше)

Понимание специфических архитектурных требований платформы AMD помогает определить, когда специализированный высокоскоростной производственный процесс строго необходим, а когда достаточно стандартного серверного процесса.

Используйте выделенный производственный процесс для печатных плат серверов EPYC, когда:

Виртуализация с большим количеством ядер: Вы развертываете двухсокетные системы, где межсокетная связь (Infinity Fabric) требует точного согласования импеданса для предотвращения повреждения данных.
Рабочие нагрузки ИИ и высокопроизводительных вычислений (HPC): Вы создаете печатную плату сервера ИИ, которая интегрирует несколько графических ускорителей. Дальность сигнала PCIe Gen 5.0 требует материалов со сверхнизкими потерями и обратного сверления (backdrilling) для минимизации отражения сигнала.
Хранилище высокой плотности: В конструкции используются все 128 линий PCIe для хранилища NVMe, что требует межсоединений высокой плотности (HDI) для вывода сигналов из массивного сокета SP5 LGA.
Экстремальные тепловые условия: Шасси сервера представляет собой компактную печатную плату сервера 1U, где поток воздуха ограничен, что требует толстых медных слоев (2oz или 3oz) для эффективного распределения питания без перегрева.

Придерживайтесь стандартного или менее требовательного процесса, когда:

Устаревшие архитектуры: Вы используете процессоры старого поколения (например, Naples), где скорости PCIe Gen 3.0 не требуют продвинутого обратного сверления или экзотических материалов.
Низкопотребляющие периферийные узлы: Вы разрабатываете односокетную плату начального уровня, которая не использует полную пропускную способность памяти или емкость ввода-вывода.
Экономичное универсальное решение: Вы сравниваете с бюджетной печатной платой ARM-сервера для базового веб-хостинга, где скорости сигнала не выходят за пределы возможностей материалов FR-4.

Спецификации печатной платы сервера EPYC (материалы, стек, допуски)

Чтобы избежать задержек в производстве из-за инженерных запросов (EQ), вы должны определить конкретные параметры, соответствующие электрическим и механическим потребностям платформы EPYC.

Количество слоев и стек:
- Цель: от 12 до 26 слоев.
- Требование: Симметричный стек для предотвращения коробления. Выделите специальные слои для высокоскоростных сигналов, расположенных между земляными плоскостями.
Базовый материал (Ламинат):
- Цель: Сверхнизкие потери или Супернизкие потери.
- Особенности: Panasonic Megtron 6, Megtron 7 или Isola Tachyon 100G. Стандартный FR-4, как правило, недостаточен для трасс PCIe Gen 5.0 длиной более 5-7 дюймов.
Вес меди:
- Цель: 1 унция (внутренний сигнал), 2 унции+ (силовые плоскости).
- Требование: Процессоры EPYC имеют высокие токовые переходные процессы. Убедитесь, что силовые плоскости могут обеспечить подачу тока 300А+ без чрезмерного падения напряжения (IR-падение).
Контроль импеданса:
- Цель: Дифференциальные пары 85 Ом или 100 Ом (PCIe, DDR5, USB).
- Допуск: Требуется строгий допуск ±5% или ±7%. Стандартный допуск ±10% часто слишком велик для сигнализации 32 ГТ/с.
Обратное сверление (Сверление контролируемой глубины):
- Цель: Шлейфы < 10 мил (0,25 мм).
Требование: Существенно для всех высокоскоростных переходных отверстий для удаления неиспользуемой длины ствола, которая действует как антенна, вызывая резонанс сигнала.
Покрытие поверхности:
- Цель: ENIG (химическое никелирование с иммерсионным золочением) или OSP (органический консервант паяемости).
- Требование: Должно обеспечивать идеально плоскую поверхность для массивного сокета SP5 LGA и компонентов BGA с малым шагом. HASL неприемлем.
Технология переходных отверстий:
- Цель: Сквозные, глухие и скрытые переходные отверстия.
- Требование: Возможность соотношения сторон 12:1 или выше для размещения толстых плат (2,4 мм - 3,0 мм), необходимых для жесткости.
Деформация / Изгиб и скручивание:
- Цель: < 0,5% (предпочтительно IPC Класс 3).
- Требование: Критично для большого сокета LGA. Чрезмерная деформация приводит к разрыву соединений на контактах процессора.
Термическая надежность:
- Цель: Tg > 170°C, Td > 340°C.
- Требование: Материал должен выдерживать несколько циклов оплавления (верхняя сторона, нижняя сторона, доработка) без расслоения.
Чистота:
- Цель: Ионное загрязнение < 1,56 мкг/см² (эквивалент NaCl).
- Требование: Предотвращает электрохимическую миграцию (рост дендритов) в условиях центров обработки данных с высоким напряжением и высокой влажностью.

Риски производства печатных плат серверов EPYC (первопричины и предотвращение)

Переход от функционального прототипа к партии из 1000+ единиц вносит изменчивость. Вот конкретные риски для плат класса EPYC и способы их снижения. 1. Рост проводящих анодных нитей (CAF)

Риск: Образование электрических замыканий между переходными отверстиями или дорожками вдоль пучков стекловолокна внутри материала печатной платы.
Причина: Высокая плотность напряжения в серверных платах в сочетании с влажностью и термоциклированием.
Обнаружение: Тестирование сопротивления изоляции высоким напряжением.
Предотвращение: Использование "CAF-устойчивых" материалов и обеспечение правильного соотношения стекла к смоле. Проектирование с достаточным расстоянием между стенками переходных отверстий.

2. Кратеризация контактных площадок под сокетом SP5

Риск: Медная контактная площадка отделяется от смолы печатной платы, нарушая соединение.
Причина: Массивная прижимная сила кулера и сокета EPYC создает механическое напряжение во время обращения или вибрации.
Обнаружение: Тестирование методом "краситель-и-отрыв" (dye-and-pry) или поперечное сечение после испытаний на механический удар.
Предотвращение: Использование "углового склеивания" (corner bonding) или андерфилла на BGA. Использование систем смол с более высокой вязкостью разрушения. Добавление "капель" (teardrops) к соединениям контактных площадок и дорожек.

3. Потеря целостности сигнала из-за эффекта переплетения

Риск: Высокоскоростные дифференциальные пары испытывают перекос (рассогласование по времени), потому что одна дорожка проходит над пучками стекла, а другая над смолой.
Причина: Диэлектрическая проницаемость (Dk) стекла отличается от смолы. При 32 ГТ/с это рассогласование фатально для временных запасов.
Обнаружение: TDR (рефлектометрия во временной области), показывающая изменения импеданса; коллапс глазковой диаграммы.
Предотвращение: Используйте стили "расширенного стекла" (например, 1067, 1078), где волокна сплющены. Поворачивайте рисунок (зигзагообразная трассировка) на 10 градусов относительно переплетения.

4. Усталость металлизированных сквозных отверстий (PTH)

Риск: Трещины в бочонках переходных отверстий, приводящие к прерывистым обрывам цепи.
Причина: Толстые печатные платы расширяются по оси Z во время термического циклирования. Если медное покрытие слишком тонкое или хрупкое, оно ломается.
Обнаружение: Тест на стресс межсоединений (IST).
Предотвращение: Укажите минимальную толщину медного покрытия в среднем 25 мкм (1 мил), при этом ни одно значение не должно быть ниже 20 мкм.

5. Ошибки глубины обратного сверления

Риск: Сверло не проходит достаточно глубоко (оставляя остаток) или проходит слишком глубоко (перерезая активное соединение).
Причина: Изменение толщины платы по всей панели.
Обнаружение: Рентгеновский контроль отверстий с обратным сверлением; TDR-тестирование.
Предотвращение: Используйте сверлильные станки с контролируемой глубиной, которые определяют медные слои. Определите конкретную зону "обязательно вырезать" и "не вырезать" в производственном чертеже.

6. Смещения регистрации паяльной маски

Риск: Паяльная маска заходит на контактные площадки (плохая пайка) или обнажает соседнюю медь (образование мостиков).
Причина: Масштабирование/усадка материала во время ламинирования больших панелей.
Обнаружение: Автоматическая оптическая инспекция (AOI).
Предотвращение: Используйте лазерное прямое изображение (LDI) для нанесения паяльной маски, которое динамически масштабируется в соответствии с фактическими размерами панели. 7. Разрыв импеданса при переходах между слоями
Риск: Отражение сигнала, когда трасса переходит с внутреннего слоя на внешний.
Причина: Плохая конструкция переходных отверстий или отсутствие заземляющих переходных отверстий.
Обнаружение: TDR-тестирование.
Предотвращение: Моделирование переходов через отверстия в 3D-полевых решателях. Размещение заземляющих переходных отверстий близко к сигнальным переходным отверстиям для поддержания обратного пути.

8. Деформация, препятствующая сборке SMT

Риск: Плата не плоская, что приводит к подъему сокета SP5 или больших BGA во время оплавления (дефекты типа "голова-в-подушке").
Причина: Несбалансированное распределение меди или неправильный профиль отверждения.
Обнаружение: Измерение методом теневого муара.
Предотвращение: Сбалансированное покрытие медью на всех слоях. Использование цикла ламинирования с "низким напряжением". При необходимости использование паллет во время сборки.

Валидация и приемка печатных плат серверов EPYC (тесты и критерии прохождения)

Не полагайтесь исключительно на Сертификат соответствия (CoC) производителя. Внедрите план валидации, который докажет, что плата может выдержать жизненный цикл сервера.

1. Микросекционный анализ (купоны)

Цель: Проверка целостности внутренней структуры.
Метод: Качественные поперечные срезы купонов с края панели.
Критерии: Отсутствие расслоения, отсутствие усадки смолы, толщина покрытия > 25 мкм, правильное совмещение слоев.

2. Испытание на прочность межсоединений (IST)

Цель: Ускоренное испытание на долговечность переходных отверстий.
Метод: Циклирование купонов между комнатной температурой и 150°C в течение 500+ циклов.
Критерии: Изменение сопротивления < 10%. Отсутствие трещин в бочонках.

3. Тестирование импеданса методом TDR

Цель: Проверка спецификаций целостности сигнала.
Метод: Тестирование 100% импедансных купонов; выборочная проверка реальных плат, если позволяет конструкция.
Критерии: Все дифференциальные пары в пределах указанного допуска (например, 85 Ом ±5%).

4. Тест на ионное загрязнение (ROSE)

Цель: Обеспечение чистоты платы.
Метод: Тест на удельное сопротивление экстракта растворителя (ROSE).
Критерии: < 1,56 мкг/см² эквивалента NaCl.

5. Тест на паяемость

Цель: Убедиться, что контактные площадки будут принимать припой во время сборки.
Метод: Погружение и визуальный осмотр / Тест на баланс смачивания. Критерии: > 95% покрытия контактной площадки свежим припоем.

6. Термический стресс (Пайка погружением)

Цель: Имитация выживаемости при оплавлении.
Метод: Образец плавает в ванне с припоем при 288°C в течение 10 секунд (3 раза).
Критерии: Отсутствие вздутий, пятен или расслоений.

7. Высоковольтный тест (Hi-Pot)

Цель: Проверка изоляции между питанием и землей.
Метод: Применение высокого напряжения (например, 500В-1000В) между цепями.
Критерии: Отсутствие тока утечки, превышающего предел; отсутствие пробоя.

8. Проверка размеров

Цель: Обеспечение механической совместимости с шасси (1U/2U/4U).
Метод: КИМ (Координатно-измерительная машина).
Критерии: Габаритные размеры, расположение отверстий и размеры пазов в пределах ±0,1 мм.

Контрольный список квалификации поставщиков печатных плат для серверов EPYC (RFQ, аудит, отслеживаемость)

При проверке поставщика печатных плат для серверов EPYC общих возможностей недостаточно. Используйте этот контрольный список для отбора по компетенциям в области высокой надежности. APTPCB (APTPCB PCB Factory) рекомендует использовать эти конкретные критерии для оценки любого потенциального партнера.

Группа 1: Входные данные RFQ для печатных плат серверов EPYC (Что вы должны предоставить)

Файлы Gerber/ODB++: Полны ли они всеми слоями меди, сверления и маски?
Чертеж стека: Указывает ли он диэлектрические материалы по названию (например, Megtron 6) и толщине?
Таблица импеданса: Четко ли идентифицированы целевые линии по слою и ширине?
Таблица сверления: Являются ли отверстия с обратным сверлением явно идентифицированными с требованиями к глубине?
Нетлист: Включен ли нетлист IPC-356 для сравнения электрических испытаний?
Панелизация: Определены ли направляющие и реперные точки для вашей сборочной линии?
Требование к классу: Четко ли указан класс IPC 2 или класс IPC 3?
Покрытие поверхности: Определена ли конкретная толщина ENIG/OSP?

Группа 2: Доказательство возможностей для печатных плат серверов EPYC (Спросите поставщика)

Количество слоев: Могут ли они производить 20+ слоев собственными силами без аутсорсинга?
Соотношение сторон: Могут ли они надежно покрывать переходное отверстие с соотношением сторон 12:1 или 15:1?
Обратное сверление: Есть ли у них автоматизированное сверление с контролем глубины и рентгеновской проверкой?
LDI: Используют ли они лазерную прямую визуализацию (LDI) для регистрации паяльной маски?
Наличие материалов: Хранят ли они высокоскоростные ламинаты (Megtron/Tachyon) на складе или покупают по требованию? (влияет на время выполнения заказа).
Точность импеданса: Могут ли они гарантировать допуск ±5%?

Группа 3: Система качества и прослеживаемость

Сертификаты: Имеют ли они сертификацию ISO 9001 и UL для конкретной комбинации слоев/материалов?
АОИ: Выполняется ли автоматическая оптическая инспекция (АОИ) на каждом внутреннем слое?
ЭТ: Является ли 100% электрическое тестирование (летающий зонд или ложе из игл) обязательным?
Микрошлифовка: Выполняют ли они микрошлифы на каждой производственной панели?
Прослеживаемость: Могут ли они отследить конкретную плату до партии сырья и цикла прессования ламината?
Возраст оборудования: Достаточно ли современно оборудование для ламинирования и сверления для высокоточной работы?

Группа 4: Контроль изменений и доставка

Политика PCN: Согласны ли они предоставлять уведомление об изменении продукта (PCN) перед изменением материалов или химии?
Обработка инженерных запросов: Есть ли у них англоязычные инженеры CAM для быстрого решения инженерных запросов (EQ)?
Мощность: Есть ли у них запасная мощность для обработки вашего наращивания производства с 50 до 5 000 единиц?
Упаковка: Используют ли они вакуумную, ESD-безопасную упаковку с картами-индикаторами влажности?
Поддержка DFA: Могут ли они предоставить обратную связь по рискам сборки (например, расстояние между компонентами)?
Логистика: Есть ли у них опыт доставки плат с толстым слоем меди без повреждений?

Как выбрать печатную плату сервера EPYC (компромиссы и правила принятия решений)

Инженерия — это искусство компромисса. Вот как ориентироваться в типичных компромиссах при проектировании печатных плат серверов EPYC.

1. Стоимость материала против потери сигнала

Компромисс: Megtron 7 значительно дороже стандартного High-Tg FR4.
Рекомендация: Если самая длинная трасса PCIe Gen 5 составляет < 4 дюймов, вы можете обойтись материалом со средними потерями (например, Isola 370HR), если тщательно смоделируете. Если трассы превышают 5-6 дюймов, выбирайте Megtron 6/7. Стоимость материала ниже стоимости неработоспособного сервера.

2. Плотность против количества слоев

Компромисс: Использование HDI (микропереходов) уменьшает количество слоев, но увеличивает сложность процесса и стоимость.
Рекомендация: Если вы ограничены по высоте Z (например, плотный блейд-сервер), выбирайте HDI. Если у вас есть вертикальное пространство (стандартная печатная плата сервера 2U или печатная плата сервера 4U), выбирайте большее количество слоев со сквозными отверстиями. Это, как правило, более надежно и дешевле для небольших объемов.

3. Обратное сверление против глухих отверстий

Компромисс: Обратное сверление удаляет заглушки из сквозных отверстий; глухие отверстия полностью избегают заглушек, но их сложнее ламинировать последовательно.
Рекомендация: Для стандартных серверных материнских плат выбирайте обратное сверление. Это отраслевой стандарт для плат EPYC, и это более экономично, чем несколько последовательных циклов ламинирования, необходимых для глубоких глухих отверстий.

4. Поверхностное покрытие OSP против ENIG

Компромисс: OSP более плоский и дешевый, но имеет более короткий срок хранения. ENIG надежен, но может страдать от "черной площадки" при плохой обработке.
Руководство: Для больших BGA-сокетов (SP5) выбирайте OSP, если вы строго контролируете сроки сборки. Он обеспечивает наилучшую копланарность. Если платы будут храниться месяцами до сборки, выбирайте ENIG.

5. Тепловая конструкция 1U против 4U

Компромисс: Конструкции печатных плат серверов 1U имеют высокое сопротивление воздушному потоку; конструкции печатных плат серверов 4U имеют достаточно места.
Руководство: В 1U приоритет отдавайте внутренним слоям из толстой меди для бокового распределения тепла. В 4U вы можете больше полагаться на радиаторы и воздушный поток, что позволяет использовать стандартные веса меди.

Часто задаваемые вопросы по печатным платам серверов EPYC (Диэлектрическая проницаемость (DK)/Df)

В: Каков максимальный размер платы для печатной платы сервера EPYC? О: Большинство производителей могут обрабатывать платы размером до 24" x 30", но наиболее распространены стандартные форм-факторы E-ATX или SSI EEB. APTPCB может размещать негабаритные объединительные платы при необходимости.

В: Действительно ли мне нужно обратное сверление для PCIe Gen 4? О: Для Gen 4 это рекомендуется, но иногда необязательно в зависимости от длины трассы. Для PCIe Gen 5 (стандарт для серии EPYC 9004) обратное сверление является обязательным для уменьшения резонанса шлейфа.

В: Как предотвратить деформацию такой большой платы? О: Используйте строго симметричный стек (баланс меди и толщина диэлектрика). Убедитесь, что содержание смолы равномерно. Во время сборки используйте приспособление/поддон для поддержки платы. Q: Могу ли я использовать стандартный FR4 для внешних слоев и Megtron для внутренних слоев? A: Да, это называется «гибридный стек» (Hybrid Stackup). Это позволяет сэкономить. Однако это требует тщательного управления несоответствиями КТР (коэффициента теплового расширения) для предотвращения расслоения.

Q: Каков типичный срок изготовления этих плат? A: Прототипы обычно занимают 10-15 дней из-за сложных этапов ламинирования и обратного сверления. Серийное производство обычно занимает 4-5 недель.

Q: Требует ли сокет SP5 специального усиления печатной платы? A: Да. Всегда используется задняя пластина, но сама печатная плата должна иметь достаточную толщину (обычно 2,4 мм или примерно 93 мил), чтобы выдерживать монтажное давление без изгиба.

Q: Сколько слоев обычно требуется для двухсокетной платы EPYC? A: Двухсокетная конструкция обычно требует от 16 до 24 слоев для успешной маршрутизации всех каналов DDR5 и линий PCIe.

Q: Каков минимальный размер сверла для этих толстых плат? A: Из-за высокого соотношения сторон (толщина платы к диаметру отверстия) старайтесь по возможности использовать механические сверла диаметром более 0,25 мм (10 мил). 0,2 мм (8 мил) возможно, но увеличивает стоимость и риск образования пустот в покрытии.

Ресурсы для печатных плат серверов EPYC (связанные страницы и инструменты)

Решения для печатных плат серверов и центров обработки данных: Изучите специфические возможности для высокопроизводительных вычислений и инфраструктуры хранения данных.
Производство высокоскоростных печатных плат: Глубокое погружение в вопросы целостности сигнала, контроля импеданса и выбора материалов для высокочастотных приложений.
Материалы для печатных плат Megtron: Узнайте, почему Panasonic Megtron является золотым стандартом для разработок PCIe Gen 5 и Gen 6.
Технология печатных плат HDI: Узнайте, как межсоединения высокой плотности (HDI) позволяют маршрутизировать огромное количество выводов BGA в серверных средах.
Изготовление объединительных печатных плат: Обзор специализированных методов, используемых для толстых многослойных плат, которые служат основой серверных шасси.

Запросить коммерческое предложение на печатную плату сервера EPYC (обзор DFM + ценообразование)

Получение точного коммерческого предложения на печатную плату сервера EPYC требует большего, чем просто размеры. Чтобы гарантировать, что ваш дизайн пригоден для производства и оптимизирован по стоимости, мы предоставляем бесплатный обзор DFM (Design for Manufacturability) с каждым запросом.

Что отправить для точного коммерческого предложения:

Файлы Gerber (RS-274X) или ODB++: Полный набор данных.
Схема стека: Включая типы материалов (например, Megtron 7) и требования к импедансу.
Файл сверления: Четко указывающий места обратного сверления.
Объем и сроки выполнения: Количество прототипов по сравнению с производственными целями.

Нажмите здесь, чтобы загрузить ваши файлы и получить предложение от APTPCB. Наша инженерная команда рассмотрит ваш стек для выявления рисков целостности сигнала и предоставит подробную смету затрат в течение 24 часов.

Заключение: Следующие шаги для печатных плат серверов EPYC

Успешное развертывание печатной платы сервера EPYC требует навигации в сложном ландшафте физики целостности сигнала, материаловедения и механических ограничений. Определяя строгие спецификации для материалов и обратного сверления, понимая риски масштабирования, такие как CAF и коробление, и тщательно проверяя вашего поставщика, вы можете обеспечить стабильную основу для вашей высокопроизводительной инфраструктуры. Этот сборник рекомендаций служит вашей дорожной картой для обеспечения того, чтобы приобретаемое вами оборудование соответствовало невероятному потенциалу поддерживаемого им кремния.