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112Gbps PAM4 신호 대응 Cable-free PCB 도입으로 AI 서버 배선 패러다임 전환
Zhen Ding Joins Nvidia MGX: Cable-Free PCB Technology Replaces Copper Cables in AI Server Factories
AI 요약
Context
고밀도 AI GPU 랙의 NVLink 연결 증가로 인한 DAC 및 AOC 케이블의 물리적 한계 봉착. 케이블 뭉치로 인한 Thermal obstruction 및 Connector-to-PCB 전이 지점의 Signal integrity 저하가 시스템 병목으로 작용.
Technical Solution
- 수백 개의 개별 구리 케이블을 고층 PCB Backplane으로 대체하여 연결 구조 단순화
- 30~60+ Layer의 고다층 설계 및 Ultra-low-loss Material(Df 0.002) 채택을 통한 신호 손실 최소화
- Sequential Lamination 및 Backdrill 공법을 적용하여 Via Stub로 인한 신호 반사 제거
- 85Ω Differential Impedance의 오차 범위를 ±5% 내로 정밀 제어하여 112Gbps PAM4 신호 무결성 확보
- Compute Tray 슬라이딩 방식의 Modular Architecture 구현으로 유지보수 및 Module Swap 시간 단축
Impact
- 신호 속도 112Gbps PAM4 per lane 달성
- 랙당 PCB 부가가치 $2,000~$5,000에서 $5,000~$15,000로 2~3배 상승
- 72 GPU 기반 NVLink Mesh 연결의 물리적 복잡도 제거 및 냉각 효율 개선
Key Takeaway
데이터 전송 속도가 극한으로 상승하는 AI 인프라에서는 단순한 케이블 교체가 아닌, 물리 계층(Physical Layer) 자체를 통합 PCB 구조로 설계하는 아키텍처적 전환이 필수적임.
실천 포인트
1. 28GHz 이상 고주파 설계 시 FR-4 대신 Megtron 7 등 Ultra-low-loss Laminate 검토
2. 56GHz(112G PAM4) 환경에서 도체 손실 감소를 위한 ULVP(Rz <
1.5µm) 동박 적용 여부 확인
3. Layer 변경 지점의 Anti-pad 설계 및 3D 전자기 시뮬레이션을 통한 Via Transition 최적화
4. 고다층 Stackup(40+ Layer) 구현 가능한 Fabricator의 공정 정밀도(Impedance ±5%) 검증