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神经网络基石:PCB如何赋能AI芯片的“思考之路”

当AlphaGo落下决胜一手、当自动驾驶系统实时规划路径、当ChatGPT生成流畅对话时,很少有人注意到,这些AI奇迹都

当AlphaGo落下决胜一手、当自动驾驶系统实时规划路径、当ChatGPT生成流畅对话时,很少有人注意到,这些AI奇迹都建立在一个物理基础之上——经过特殊设计的PCB线路板。作为PCB行业十年的工艺负责人,我见证了PCB如何从被动的连接载体,进化为AI运算体系的关键赋能者。

AI芯片与传统处理器的根本区别在于其巨大的并行计算需求。一颗AI加速芯片可能集成数千个计算核心,每秒进行百万亿次矩阵运算。这种计算密度带来三大挑战:超高功耗(可达400W)、极热流密度(>100W/cm²)、以及海量数据交互(TB/s级)。普通PCB如同乡村小路,而AI专用PCB必须是多层次立体交通枢纽。

在最新一代AI训练服务器的基板设计中,我们采用20层超高密度互连(HDI)结构。其中8层专门用于功率分配,采用2oz厚铜箔,将供电阻抗降低至0.5mΩ以下;6层布置上万条差分对,实现芯片间800Gb/s的超高速互连;剩余6层则用于热管理与结构支撑。这种“电-热-力”一体化设计,使单机架AI算力提升至20PFlops。

信号完整性面临前所未有的挑战。AI芯片间传输的112Gbps SerDes信号,对损耗的容忍度极低。我们创新采用超低损耗材料(Df<0.002),配合表面微蚀刻技术,将铜箔粗糙度从常规的1.8μm降至0.5μm。这相当于将砂石路升级为抛光大理石,使32通道并行传输的眼图张开度提升42%,误码率降低三个数量级。

更精妙的是三维集成方案。在边缘AI设备中,我们开发的硅中介层PCB,将AI处理器、HBM内存和光电转换模块通过微凸点直接集成。TSV(硅通孔)密度达10000个/cm²,互连长度缩短至毫米级,内存访问延迟降低60%。这种近存计算架构,使移动设备也能运行百亿参数模型。