大模型算力需求驱动AI服务器需求爆发，驱动PCB单机价值量提升

发布时间：2023-04-17　　来源：立鼎产业研究网　点击量： 1086　

——AI服务器中增加GPU模块，驱动PCB面积大幅提升

GPU模块加入使得AI服务器新增GPU模组板并需要更大面积的主板，推动PCB整体面积增加。传统服务器一般搭载2或4颗CPU，封装对PCB板面积要求较低。而AI服务器中除了CPU之外，一般还需要搭载4颗至8颗GPU，例如AI服务器英伟达DGXA100搭载2颗CPU与8颗GPU。加入GPU模组后，每个GPU卡需要封装在模组板上，相比传统服务器增加了模组板的面积。同时，各个GPU需要集成封装到一张主板上，目前主流AI服务器采取双层架构，CPU和GPU分别封装在不同的大板上，有单独的GPU主板，使得PCB板面积大大提升。以浪潮服务器为例，浪潮NF5280LM6通用服务器搭载2颗第三代英特尔至强可扩展处理器，封装在主板上；而浪潮NF5280LM6AI服务器同样使用2颗第三代英特尔至强可扩展处理器，封装在主板上，但由于多出了8颗GPU，需要增加相应的GPU模组板；同时采用双层架构，相比传统服务器多出一块主板，GPU模组板和该主板之间通过连接器相连。GPU模组的加入使得AI服务器相比传统服务器增加了模组板，并提升了主板的面积，使得PCB用量大大提升。

DGX A100系统硬件组成示意图

来源：NVIDIA A100 Tensor Core GPU Architecture

浪潮NF5280LM6普通服务器示意图

来源：浪潮官网

浪潮NF5468M6AI服务器示意图

来源：浪潮官网

DGX A100系统硬件组成示意图

来源：浪潮官网，新华三官网，京东商城

——AI服务器高速传输需求下，总线标准提升促使PCB层数增加

AI服务器GPU模块具有高传输需求，促使PCB层数增加。系统总线标准PCle决定了服务器主板上芯片间的信号传输速率，以Intel服务器平台为例，从Purley到Whitley再到Eagle Stream，对应的PCIe接口级别依次提升，分别为PCIe3.0、4.0和5.0。英伟达供应的AI服务器基于NVLink技术构建了NVSwitch高速互联模组，为计算密集型工作负载提供更高带宽和更低延迟，H100上总带宽达到了PCIe5.0带宽的7倍之多。GPU模块高速传输的需求，促使走线的密度提升、复杂性提高，要求PCB需要拥有更高层数。PCB层数越多，电路板走线设计的灵活性越大，并实现更好的阻抗控制，从而实现芯片组间电路信号高速传输。AI服务器用PCB一般具有20-28层，相比之下传统服务器一般最多为16层。PCB每增加一层，其价值量均有明显提升，层数大幅增加将带动AI服务器用PCB价值量大大提升。

各代次服务器搭载的NVLink传输速率不断提升

来源：英伟达官网

——AI服务器PCB规格升级，配套CCL材料性能同比提升

AI服务器用PCB性能要求高，CCL需要满足高速高频低损耗等特征。覆铜板作为PCB的关键原材料，同样需要提升性能参数以适应服务器升级。AI服务器要求信号传输高频高速、信号损耗较低，使得覆铜板的介质损耗等性能需要不断提升。以PCIe5.0总线标准为例，其PCB使用CCL材料等级需要达到VeryLowLoss，其对应的介质损耗因子Df值需要降至0.006-0.005。随着CCL材料等级提升、df值降低，高速高频、低损耗等性能提升，制作技术难度越高，例如高频产品常见路线需要使用PTFE及碳氢化合物树脂材料，材料工艺难度极高。因此，随df值等性能提升，CCL单价与毛利率将显著上升。