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Computer circuito stampato aiuta componenti come RAM e CPU comunicano tra loro per un funzionamento regolare.
Questi PCB, tra cui SSD PCB, HDD PCB e HHD PCBsono utilizzati per realizzare le connessioni all'interno dei PCB presenti in dispositivi di archiviazione, scheda madree schede di espansione per periferiche per facilitare la comunicazione elettronica e la gestione dei dati. potenza distribuzione all'interno del sistema.
ELEPCB discuterà Schede PC, la scheda di circuito principale di un computer e la relativa componenti in questo articolo.
La storia del circuito stampato del computer
Il PCB del computer è il principale vettore di hardware per computere la sua evoluzione è favorita direttamente dall'integrazione di elementi elettronici, specifiche di protocollo e tecnologia di produzione.
La fase iniziale (anni '80-'90)
Durante questo periodo, la tecnologia primaria è incarnata dalla singolo o scheda a doppio strato, la densità di cablaggio è bassa, i componenti discreti come resistenze, predominano i condensatori. I protocolli chiave erano il bus ISA (architettura standard industriale) e IDE (Integrated Drive Electronics Interface). Le schede chiave in questo momento sono la scheda madre, che incorpora Zoccoli della CPU, slot di memoria e ISA/PCI e schede di espansione, ad esempio schede grafiche discrete, schede audio e schede di rete, ad esempio schede audio ISA e schede di rete PCI.
Mentre alcune tecnologie vengono ritirate, il bus ISA con una larghezza di banda ridotta (circa 8 MB/s) viene sostituito dal bus PCI con una larghezza di banda di 133 MB/s; anche l'interfaccia IDE viene sostituita dall'interfaccia Serial ATA (SATA) con una velocità di 6 Gb/s.
Il periodo intermedio (anni 2000-2010)
La tecnologia di punta di questa fase è multistrato che supportano una maggiore densità di cablaggio e possono ridurre le interferenze elettromagnetiche (EMI). Per quanto riguarda i protocolli principali, PCIe sostituisce PCI/AGP come interfaccia normale per le periferiche ad alta velocità e le GPU, mentre USB 3.0/3.1 sostituisce le porte seriali/parallele tradizionali per supportare velocità di trasferimento dati da 5 a 10 Gbps. Tra le schede necessarie, le schede madri ospitano controller SATA integrati, PHY Gigabit Ethernet e slot PCIe x16; le GPU sono PCB separati che richiedono il supporto PCIe x16 e un'alimentazione elevata.
Le tecnologie sostituite sono gli slot PCI/AGP completamente sostituiti da PCIe, PS/2, porte VGA sostituite da USB-C, HDMI/Porta di visualizzazione.
La fase attuale (dal 2020 a oggi)
Le tecnologie più significative in questa fase sono l'Interconnessione ad Alta Densità (HDI) e l'interconnessione a qualsiasi strato, che può elaborare più di 10 strati di PCB basati su microvia e laser. perforazione tecnologia, rendendo così ultra-sottile design possibile, ad esempio nell'applicazione dei computer portatili. Nel caso di PCIe Gen5/6, le velocità di segnalazione ad alta velocità sono di 32 GT/s e oltre, per le quali è necessario utilizzare un rigoroso adattamento dell'impedenza e il controllo delle perdite, ad esempio l'utilizzo di Low-Dk materialiLa memoria DDR5 richiede un cablaggio di uguale lunghezza e un design a coppie differenziali per l'integrità del segnale. Per quanto riguarda le schede e le parti principali, i componenti principali della scheda madre sono il socket della CPU (LGA 1700/AM5), lo slot PCIe Gen5, il controller USB4/TB4 e il sistema di alimentazione utilizza un VRM (Voltage Regulator Module) multifase per supportare l'overclocking della CPU/GPU, ad esempio un'alimentazione a 20+fasi; il PCB della GPU adotta una scheda HDI a 12 o più strati con memoria video GDDR6X integrata e interfaccia PCIe Gen5; le SSD NVMe utilizzano i PCB con interfaccia M.2 e supportano le corsie PCIe Gen4/5 x4 (8-16 GT/s). e supportano le corsie PCIe Gen4/5 x4 (8-16 GT/s).
Alcune tecnologie sono state sostituite: le unità SSD SATA sono state sostituite da unità SSD NVMe, con una differenza di velocità pari a 5 volte o più, e alcune delle soluzioni di raffreddamento tradizionali sono state sostituite da camere di vapore e grafene. Termico Membrana.
| Palcoscenico | Tecnologia | Protocolli | Schede di circuito | Tecnico sostituito |
| 1980 - 1990s | Schede a singolo/doppio strato, componenti discreti dominanti | ISA, IDE | Scheda madre (compreso lo zoccolo della CPU, ecc.), schede di espansione | ISA, IDE |
| 2000 - 2010s | Schede multistrato | PCIe, USB 3.0/3.1 | Scheda madre (compresi vari componenti), GPU PCB | PCI/AGP, PS/2, ecc. |
| Anni 2020 - ora | HDI/Qualsiasi livello, progettazione di segnali ad alta velocità | N/D | Scheda madre (compresi vari componenti), GPU PCB, SSD NVMe | Interfaccia M.2 - correlata, parte della dissipazione di calore tradizionale |
Il circuito principale di un computer:
HDD, SSD e HHD
HDD PCB
L'HDD PCB è un chip ARM/DSP dual-core, con l'ARM che esegue il controllo logico e il DSP che gestisce la servo posizione. Contiene un circuito integrato di preamplificazione, che migliora il rapporto segnale/rumore per i segnali della testina inferiori a µV. L'architettura comprende anche un circuito di compensazione adattiva delle vibrazioni (AVC), che compensa in tempo reale gli errori di vibrazione meccanica utilizzando sensori piezoelettrici.
PCB SSD
Il PCB dell'SSD offre una gerarchia di archiviazione a tre livelli con uno strato di cache SLC (capacità di 1-2 GB), una memoria principale TLC/QLC e uno spazio riservato OP. Supporta 176 strati di impilamento 3D NAND e utilizza il cablaggio Flyover per ridurre il ritardo del segnale. La gerarchia comprende anche un motore di correzione degli errori LDPC (correzione degli errori >120bit/2KB) e un'unità di gestione termica dinamica.
PCB HHD
La scheda HHD impiega una piattaforma di calcolo eterogenea basata su una FPGA e un'unità di controllo meccanico (MCU) come progetto di calcolo. Un sistema di triage intelligente dei dati che migra automaticamente i dati caldi a cui si accede frequentemente (oltre 15% di accessi) alla cache 3D XPoint da 8-16GB.
La gestione dell'alimentazione avviene attraverso una modalità ibrida in cui la commutazione automatica in modalità di alimentazione dell'SSD avviene quando i componenti meccanici sono inattivi e si ottiene un risparmio di energia 40%.
| TIPO | NOME COMPLETO | DETTAGLIO |
| HDD PCB | PCB del disco rigido | Scheda di controllo meccanico del disco rigido, azionamento del motore integrato, posizionamento della testina, conversione dei dati e altri moduli di controllo meccatronici. |
| PCB SSD | PCB dell'unità allo stato solido | Schede di controllo dell'archiviazione a semiconduttore che includono il chip di controllo master, l'array di memoria flash NAND e la scheda di controllo dell'archiviazione. gestione dell'energia modulo |
| PCB HHD | PCB dell'unità disco ibrida | Schede disco ibride, sistemi di circuiti compositi con moduli di controllo meccanico HDD e moduli di cache flash SSD |
| ASPETTO | HDD PCB | PCB SSD | PCB HHD |
| Componenti principali | Circuito di azionamento del motore del mandrino + Controllore del motore a bobina vocale + Amplificatore per testa | SoC di controllo principale +DRAM Cache +Gruppo NAND | Modulo di controllo HDD +Controllore flash +Modulo di elaborazione cooperativa dei dati |
| Interfaccia standard | SATA/PATA (fino a 6Gbps) | SATA/NVMe (fino a 32 Gbps) | SATA + A bordo PCIe Canale |
| Strati di PCB | 6-8 strati (isolamento dalle interferenze elettromagnetiche) | 4-6 strati (integrità del segnale ad alta velocità) | 8-10 strati (progettazione dell'isolamento del segnale misto) |
| Caratteristiche del consumo di energia | Tipico 5-7W (compreso l'azionamento del motore) | 2-3W (senza parti meccaniche) | 4-5W (regolazione dinamica del consumo di energia) |
| Indicatore di vibrazione | 60G/2ms (meccanicol design di protezione) | 1500G/0,5ms (struttura a stato solido) | 300G/1ms (meccanismo di doppia protezione) |
| Parametro | HDD PCB | PCB SSD | PCB HHD |
| Larghezza della linea / Spaziatura | 75μm / 75μm (processo di produzione convenzionale) | 50μm / 50μm (processo HDI) | 60μm / 60μm (processo ibrido) |
| Controllo dell'impedenza | 100Ω ± 10% (segnale differenziale) | 85Ω ± 5% (segnale NVMe ad alta velocità) | 90Ω ± 8% (requisito del segnale composito) |
| Dissipazione del calore | Ispessimento locale del foglio di rame (1oz → 2oz) | Substrato di rame per l'intera scheda + riempimento adesivo termoconduttivo | Dissipazione del calore a zone: rame spesso nell'area meccanica + pilastri conduttori di calore nell'area della memoria flash |
| Test di affidabilità | 1000 ore di temperatura e umidità elevate (85°C / 85%RH) | 3000 cicli di temperatura (- 40°C → 125°C) | 2000 ore di test in ambiente misto |
Componenti della scheda PC
Per ottenere componenti di circuiti stampati per computer, i componenti di base e perché? Potrebbe essere necessario sapere che cos'è NVMe-oF (NVMe over Fabrics) prima di apprendere le funzioni di ciascuno.
NVMe-oF è un protocollo di rete aggiuntivo al protocollo NVMe (Non-Volatile Memory Express) per l'accesso remoto allo storage su una rete come Ethernet, InfiniBand o Fibre Channel. Accelera in modo significativo le prestazioni dello storage di data center e cloud implementando le caratteristiche di bassa latenza e alta velocità di NVMe nei sistemi di storage distribuiti.
NVMe-oF richiede circuiti stampati con capacità di segnale ad alta velocità (ad esempio, 25G/100G Ethernet o PCIe Gen4/5), schede multistrato, controllo dell'impedenza, materiali a bassa perdita e materiali avanzati. integrità del segnale progetti.
- NVMe-oF è attualmente una tecnologia emergente nel campo dello storage, che si sta diffondendo molto rapidamente soprattutto nei data center hyperscale e nell'AI/HPC. applicazioni.
- NVM Express Inc. controlla le specifiche NVMe-oF e le aggiorna per accogliere ulteriori livelli di trasporto (ad esempio, TCP/IP, RoCEv2) e funzionalità (ad esempio, multipathing, patch di sicurezza).
- I principali fornitori (ad esempio, Intel, Samsung, Dell) hanno introdotto soluzioni hardware per NVMe-oF per incoraggiarne l'adozione negli SSD aziendali e negli array all-flash.
Controllori di interfaccia ad alta velocità
Remoto/Redriver PCIe
- PCIe Retimer/Redriver è in grado di compensare la degradazione del segnale in caso di trasmissione ad alta velocità come PCIe Gen5, Retimer può ritarare il segnale e Redriver può migliorare la capacità di pilotaggio.
PHY USB4/TB4
- Il PHY USB4/TB4 supporta la trasmissione dati a 40 Gbps e la modalità DisplayPort Alt per la trasmissione di dati e segnali video ad alta velocità.
Dispositivi di potenza
DrMOS (MOSFET di pilotaggio)
- DrMOS integra driver e MOSFET per ridurre l'induttanza e la resistenza parassite e migliorare l'efficienza del VRM.
Dispositivi di potenza GaN (nitruro di gallio)
- Il GaN viene utilizzato in progetti ad alta densità di potenza, come i moduli di ricarica dei computer portatili, per ottenere alta potenza efficienza di conversione in piccoli pacchetti.
Componenti passivi
MLCC (condensatore ceramico multistrato) ad alta frequenza
- Alta frequenza Gli MLCC con bassa ESR sono utilizzati per il disaccoppiamento e il filtraggio dei disturbi del circuito ad alta frequenza.
Induttori ad alto Q
- Per ottenere un'elevata efficienza si utilizzano induttori ad alto Q DC-Conversione CC per ridurre le perdite di energia.
Tecnologie PCB per computer da conoscere
I circuiti stampati per computer coinvolgono una varietà di tecnologie e materiali. In termini di materiali, quelli a basso Dk/Df (ad esempio Panasonic MEGTRON6, Isola FR408HR) hanno valori di Dk e Df più bassi per ridurre la perdita di segnale ad alta frequenza, mentre i substrati termicamente conduttivi (ad esempio alluminio substrati in PCB a nucleo metallico) possono essere utilizzati per dissipare il calore dei componenti ad alta potenza. In termini di fabbricazione Il metodo semi-additivo (mSAP) è in grado di ottenere una larghezza di linea/spazio di 3/3μm, utilizzata per la fabbricazione di substrati di pacchetti CPU/GPU; la tecnologia dei componenti interrati consente di risparmiare spazio incorporando resistenze o condensatori all'interno del PCB.
| CLFS. | Dettaglio |
| Materiale | Materiali a basso Dk/Df: bassi valori di Dk e Df per ridurre la perdita di segnale ad alta frequenza Substrati termicamente conduttivi: per la dissipazione del calore dei componenti ad alta potenza |
| Fabbricazione | mSAP: realizza larghezza di linea/passo di linea di 3/3μm per la produzione di substrati di pacchetti CPU/GPU Tecnologia dei componenti interrati: L'inserimento di resistenze/capacitori all'interno del PCB consente di risparmiare spazio |
Conclusione
Il passato dei circuiti stampati per computer è sempre stato uno dei più importanti. alta potenza, alta densitàe ad alta velocità. Tecnologie come NVMe-oF hanno fatto progredire la tecnologia dei circuiti stampati in integrità del segnale, materiali e standard come PCIe Gen5 e DDR5 hanno definito i confini tecnologici dei progetti attuali.
Con il progredire della tecnologia, la dipendenza dai circuiti stampati dei computer è sempre più forte. La scheda madre che collega tutto, il circuito stampato SSD che aiuta ad accelerare la memorizzazione o il circuito HDD che controlla i vecchi dischi rigidi, questi circuiti stampati sono necessari per il buon funzionamento dell'esperienza informatica.
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