服務(wù)器及印制板應(yīng)用趨勢

馮志強(qiáng)

（珠海方正印刷電路板發(fā)展有限公司，廣東 珠海 519175）

0 前言

隨著5G通信，物聯(lián)網(wǎng)，人工智能，邊緣計(jì)算，云計(jì)算，虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)的興起和快速發(fā)展，數(shù)據(jù)量的爆發(fā)使服務(wù)器的需求持續(xù)上升。而服務(wù)器作為數(shù)據(jù)中心設(shè)備中的最大部分，具有舉足輕重的影響。文章主要通過對(duì)服務(wù)器市場發(fā)展趨勢，5G如何推動(dòng)計(jì)算變革以及服務(wù)器PCB應(yīng)用趨勢等三方面進(jìn)行深入分析，闡述了服務(wù)器的市場以及和PCB（印制電路板）行業(yè)相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用，以供業(yè)界同行以及客戶參考。

1 服務(wù)器市場分析

1.1 全球服務(wù)器市場

新冠肺炎疫情對(duì)服務(wù)器市場沖擊較小，甚至互聯(lián)網(wǎng)需求促進(jìn)了對(duì)服務(wù)器需求。2020年全年全球服務(wù)器出貨量1220萬臺(tái)，同比增長3.92%，出貨金額910.1億美元，同比增長4.26%，見圖1所示[1]。

圖1 2014～2020年全球服務(wù)器市場規(guī)模圖

全球服務(wù)器制造商戴爾、惠普、浪潮位列前三，位于第一梯隊(duì)；其次有聯(lián)想、華為、思科等。5G商業(yè)化使邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為基礎(chǔ)設(shè)施的作用變得越來越關(guān)鍵，全球服務(wù)器市場需求持續(xù)增長。

1.2 中國市場

（1）拉動(dòng)中國服務(wù)器市場增長的主要行業(yè)為互聯(lián)網(wǎng)、電信、金融和服務(wù)行業(yè)，出貨量增速均超過20%，其中大型互聯(lián)網(wǎng)和運(yùn)營商的增長尤其強(qiáng)勁。據(jù)國際數(shù)據(jù)公司預(yù)測，到2023年中國X86服務(wù)器出貨量將接近500萬臺(tái)，未來2年出貨量年均增長將達(dá)8.9%，見圖2[1]所示。

圖2 中國X86服務(wù)器出貨量預(yù)測圖

（2）與全球市場不同，中國服務(wù)器市場由國產(chǎn)品牌主導(dǎo)，原始設(shè)計(jì)制造商市場占有率較低。在國家“自主可控”發(fā)展戰(zhàn)略下，尤其在政府、能源、電力、金融等關(guān)鍵領(lǐng)域服務(wù)器國產(chǎn)化替代趨勢明顯，見圖3[1]所示，隨著人工智能技術(shù)應(yīng)用場景逐漸成熟，中國加速計(jì)算市場規(guī)模大幅提升，從2018年上半年市場規(guī)模的5.5億美元增長至2021年上半年的23.8億美元。

圖3 中國X86服務(wù)器廠商市場份額圖

2 5G推動(dòng)計(jì)算變革

信息技術(shù)的發(fā)展從單機(jī)計(jì)算到萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，5G推動(dòng)計(jì)算場景的變化，見圖4[2]所示。

圖4 5G對(duì)信息技術(shù)的影響圖

5G為計(jì)算和數(shù)據(jù)帶來的變化使計(jì)算邊界延伸、數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)量的增加、邊云協(xié)同，這些也對(duì)服務(wù)器帶來了新需求，如新增邊緣服務(wù)器、加速AI服務(wù)器、強(qiáng)化云服務(wù)器的需求。

3 服務(wù)器PCB發(fā)展趨勢

3.1 服務(wù)器主板PCB設(shè)計(jì)特點(diǎn)

服務(wù)器主板PCB設(shè)計(jì)特點(diǎn)對(duì)比，見圖5所示。

圖5 新服務(wù)器平臺(tái)主板PCB設(shè)計(jì)特點(diǎn)圖

3.2 服務(wù)器PCB技術(shù)發(fā)展趨勢

（1）混壓疊構(gòu)的使用可以帶來成本的優(yōu)勢，如14層板原設(shè)計(jì)全用低介電常數(shù)和低損耗因子的EM-528基板，改為芯板用普通的EM-378基板，可使PCB成本降低約2%。

（2）在低輪廓銅箔和超低輪廓銅箔之外，開辟具有成本優(yōu)勢的第二代、第三代和第四代反轉(zhuǎn)銅箔，以滿足服務(wù)器極致的成本追求，見圖6所示。

圖6 不同粗糙度銅箔對(duì)比圖

（3）低粗化棕化藥水的應(yīng)用不僅使基材成本降低，還滿足信號(hào)完整性（SI）的要求，見圖7所示。

圖7 低粗化藥水應(yīng)用圖

（4）高速信號(hào)線延伸到外層，促進(jìn)了外層低粗糙度銅箔以及低介電常數(shù)阻焊油墨的使用。不同低介電常數(shù)阻焊油墨相對(duì)于常規(guī)油墨的插損對(duì)比報(bào)告[3]顯示：容大9100GT（26.8%）＞永勝泰Z28DF（17.06%）＞太陽LD1K（15.88%）＞太陽LT02G（11.76%）＞炎墨DHG01（5.88%）（百分比為各低介電常數(shù)油墨，相對(duì)太陽普通油墨GHP3X的插損改善比例@19.9 GHz頻率下）。

（5）HDI（高密度互連）特別是跨層孔（skip via）的使用避免了背鉆殘樁以及增加布線靈活性，見圖8所示。

圖8 HDI在高多層板的應(yīng)用圖

（6）BGA pitch（球刪陣列封裝焊盤的中心間距）從常規(guī)的1.0 mm夾雙線或0.8 mm夾單線，減少到0.94 mm或0.90 mm夾雙線，見圖9所示。背鉆大量應(yīng)用以及BGA pitch減少，加快了背鉆品質(zhì)自動(dòng)化檢測的需求。

圖9 小Pitch BGA背鉆夾線設(shè)計(jì)建議圖

（7）PCIe G5和G6的應(yīng)用使高速信號(hào)的傳輸頻率和速率增加，需要使用英特爾的Delta-L 4.0測試板提高插損測量的精度，網(wǎng)絡(luò)分析儀需要支持16 GHz的測試頻率，見圖10所示。

圖10 Delta-L4.0測試板設(shè)計(jì)圖

3.3 服務(wù)器PCB和原材料成本發(fā)展趨勢

新服務(wù)器平臺(tái)的PCB和PCB原材料成本相比過往平臺(tái)顯著增加，見圖11所示。

圖11 服務(wù)器PCB和PCB原材料成本發(fā)展趨勢圖

4 總結(jié)

服務(wù)器平臺(tái)每隔兩三年會(huì)進(jìn)行一次升級(jí)換代，以滿足新的應(yīng)用場景下數(shù)據(jù)傳輸速率和運(yùn)行頻率不斷增加的需求。PCIe總線技術(shù)的演進(jìn)推動(dòng)服務(wù)器PCB層數(shù)由低至高，應(yīng)用的材料從低速高損耗材料向高速低損耗材料發(fā)展。服務(wù)器PCB層數(shù)的增加推動(dòng)價(jià)格升高，同步推動(dòng)產(chǎn)值增長，預(yù)計(jì)從PCIe 4.0升級(jí)到5.0的過程中，單臺(tái)服務(wù)器的PCB總價(jià)值量將提升100%以上。文章分析了服務(wù)器的市場發(fā)展趨勢以及服務(wù)器PCB的技術(shù)應(yīng)用趨勢，希望能給業(yè)界同行提供參考。