Karta PCIe - rozvržení PCB a tepelná analýza

Pro našeho cenného partnera v síťovém segmentu jsme vytvořili rozvržení a navrhli pasivní chladič pro serverovou kartu PCIe.

Karta se používá ve třech segmentech: jako akcelerátor procesoru, síťová bezpečnostní karta, karta pro hloubkovou kontrolu paketů a obchodní karta pro burzu.

Karta PCIe - rozvržení PCB a tepelná analýza

Náš úkol a výzva

Vysoká hustota komponent a málo místa

Trh s kartami PCIe založenými na FPGA pro serverové aplikace roste obrovským tempem.  

Náš zákazník, který se dobře vyzná v navrhování SW/FW pro hotové karty PCIe, si uvědomil, že trh neřeší všechny požadované vysokorychlostní funkce. Ve stejné době společnost Xilinx vydala nové ultraškálové FPGA, které jako první překonaly magickou bariéru 100 Gb/s na jeden transceiver.

Aby zákazník získal výhodu na trhu, rozhodl se navrhnout kartu na míru.  

V HW návrhu se cítili jistě, ale rozložení a tepelná správa takové karty je výzvou i pro zkušené týmy. 

Společnost Consilia má dlouholeté zkušenosti s konstrukcí vícevrstvých vysokorychlostních digitálních karet. 

Tato skutečnost vedla k tomu, že jsme byli osloveni jako partner, který může výrobek provést procesem industrializace až na běžící montážní linku.

Rozložení a správa chladiče představovaly pro tým konstruktérů několik výzev.  

Vzhledem k tomu, že deska byla navržena tak, aby pokryla několik segmentů trhu, byla hustota komponent vysoká a FPGA byl v jednom z nejrozsáhlejších balení pro tuto rodinu.

Chladič musel chladit několik komponent s různými výškami a profily a odvádět téměř 63 W tepla.  

Montáž chladiče při zachování dobrého kontaktu s chlazenými součástkami a omezení upevňovacích prvků, které zabírají drahocenné místo na desce, se ukázala jako další mechanická výzva.

Řešení

Byla nutná úzká spolupráce mezi týmem pro návrh HW, týmem pro rozvržení a tepelným inženýrem

HW tým nejprve identifikoval komponenty s nejvyšším rozptylem tepla a určil jejich očekávaný ztrátový výkon. 

Seznam těchto komponent spolu s předpokládaným prouděním vzduchu v serveru sloužil jako vstupní data pro tepelnou analýzu.

Pokud jde o umístění, existuje mnoho, obvykle protichůdných, požadavků návrhářů HW, rozvrhovačů a tepelných inženýrů. Najít kompromisy zvážením toho, které požadavky jsou "must have" a které "should have", vyžaduje čas a mnoho zkušeností.

Tým společnosti Consilia buduje tuto odbornost již desítky let a je spolehlivým a kvalifikovaným partnerem pro návrh velmi rychlých, složitých a vícevrstvých digitálních desek. 

Po týdnech návrhu a simulací a několika iteracích umístění jsme vytvořili umístění, které splňovalo požadavky všech zúčastněných stran, vybrali jsme vhodný materiál pro přenos tepla z obalů do chladiče a navrhli chladič a jeho montáž. Návrh chladiče byl jedinečný, protože chlazení klecí SFP nebylo možné pomocí standardních žeber, takže tepelný návrh musel toto omezení zohlednit.

Hodnota pro zákazníka

Kompaktní karta PCIe s pokročilými funkcemi 

V síťovém segmentu je nezbytné šetřit prostory serveru a minimalizovat poruchy tím, že se nepoužívají pohyblivé komponenty. Navrhli jsme nízkoprofilovou jednoslotovou komunikační kartu PCIe 2 x 100 Gb/s s pasivním chladičem.

Jak probíhal vývoj

Kompletní hardwarový a mechanický design 

První výzvou, když jsme projekt vyhráli, byl výběr materiálu pro desku plošných spojů. Přestože se situace od dokončení projektu zlepšila, najít výrobce desek plošných spojů, který by dokázal vyrobit desky určené pro 100 Gb/s vysílače, je stále náročné. Druhou výzvou bylo umístění součástek, protože hustota pokrytí desky se blížila fyzikálním limitům.

Výsledkem byla nízkoprofilová karta PCIe s následujícími parametry: 

  • Jádro desky plošných spojů od společnosti Megtron 6, 
  • 16vrstvá deska plošných spojů,  
  • použité slepé průchodky, 
  • balíčky klíčových komponent: 2106 pinů BGA a 324 pinů BGA, 
  • poměr pokrytí desky součástkami přesahující 65 % na obou stranách,  
  • párů transceiverů pracujících rychlostí 25 Gb/s, 
  • měděný chladič s černou oxidací s žebry navrženými na míru.

Klient

Inovativní výrobce v oblasti infrastruktury

Náš klient provozuje a rozvíjí národní elektronickou infrastrukturu pro vědu, výzkum a vzdělávání, která zahrnuje počítačovou síť, výpočetní sítě, úložiště dat a prostředí pro spolupráci. Připojeným organizacím nabízí bohatý soubor služeb.

Období realizace: 2016-2017

V letech 2016-2017 jsme spolupracovali na návrhu schématu a vytvořili rozvržení PCB nízkoprofilové karty PCIe. Provedli jsme také tepelnou analýzu a navrhli pasivní chladič pro tuto kartu.

Odkazy

Žádné fotky

Další řešení

Od založení společnosti Consilia v roce 2004 jsme dokončili a podpořili desítky projektů.

Použité služby

Návrh PCB

Jedná se o klíčovou činnost, kterou provádíme v rámci kompletní tvorby produktu nebo jako službu na vyžádání. Můžeme vás podpořit našimi značnými zkušenostmi a technickým zázemím, včetně know-how v oblasti návrhu obvodů, výrobních služeb a profesionálního týmu pro rozvržení desek plošných spojů.

Návrh hardwaru

Jsme aktivní ve všech činnostech souvisejících s návrhem hardwaru a ve všech fázích vývoje.

Nebyly nalezeny žádné položky.

Oblasti použití

IT infrastruktura

Naše moduly dosahují datové propustnosti 400 Gb/s.

30

VÝVOJÁŘI

připraven vám pomoci.

Společnost Consilia zaměstnává 30 vývojářů, kteří se zabývají vývojem softwaru, testováním softwaru, návrhem hardwaru, RF designem, FPGA designem, DSP designem a PCB designem.

Nacházíte se zde:
Vlastní řešení