مع التطور السريع للذكاء الاصطناعي، والتدريب على النماذج الكبيرة، والحوسبة السحابية، دخل بناء مراكز البيانات العالمية جولة جديدة من الانفجار.تتجاوز متطلبات خوادم الذكاء الاصطناعي لعرض النطاق الترددي وكثافة الطاقة واستهلاك الطاقة بكثير متطلبات الخوادم التقليدية، مما يعزز بشكل مباشر التكرار السريع لتقنية الموصل عالي السرعة والنمو السريع للطلب في السوق.تحلل هذه الورقة بشكل منهجي التغيرات في الطلب على الموصلات عالية السرعة في خوادم الذكاء الاصطناعي ومراكز البيانات من الأبعاد الأربعة للتطور التكنولوجي وحجم السوق ونوع المنتج والتحديات والاتجاهات.
1. يؤدي انفجار طاقة الذكاء الاصطناعي إلى زيادة الطلب على الموصلات عالية السرعة
1.1 التوسع السريع في سوق خوادم الذكاء الاصطناعي
في عام 2026، تجاوز سوق خوادم الذكاء الاصطناعي العالمي حاجز 100 مليار دولار، بمعدل نمو سنوي مركب يزيد عن 40 ٪.تعزز السيناريوهات الرئيسية الثلاثة للتدريب على النماذج الكبيرة، ونشر الاستدلال، وحوسبة EDGE AI بشكل مشترك بناء البنية التحتية لقوة الحوسبة في قناة التسارع.إن استخدام الموصل وقيمة خادم الذكاء الاصطناعي الواحد أعلى بكثير من تلك الخاصة بالخوادم ذات الأغراض العامة، مما يجلب فرص النمو الهيكلي إلى سوق الموصلات عالية السرعة.
الاختلافات الأساسية في خوادم الذكاء الاصطناعي مقارنة بخوادم x86 التقليدية هي:
- عدد كبير من رقائق مسرع GPU/AI: أصبحت 8 بطاقات و 16 بطاقة على جهاز واحد تكوينات سائدة
- متطلبات عرض النطاق الترددي للتوصيل البيني العالي: يلزم وجود اتصال فائق السرعة بين وحدات معالجة الرسومات وبين وحدات معالجة الرسومات ووحدات المعالجة المركزية
- كثافة طاقة عالية: استهلاك مستقل للطاقة يصل إلى 10 كيلو واط أو أكثر، ومتطلبات أعلى لموصلات الطاقة
- سعة تخزين كبيرة: تتوفر المزيد من محركات الأقراص الصلبة DDR5 و HBM و NVMe
- هيكل الزوج التفاضلي: تدريع منفصل لكل زوج من خطوط الإشارة لتقليل التشويش
- المستوى المتوسط المتعامد: يتم ترتيب الموصلات الأمامية والخلفية بشكل عمودي لزيادة كثافة الأسلاك
- اللوحة الخلفية للكابل: تقليل فقدان الإشارة عن طريق استبدال اللوحات الخلفية لثنائي الفينيل متعدد الكلور التقليدية بكابلات عالية السرعة
- الهيكل المشترك بين المستويين: إشارة بديلة ودبابيس أرضية لتحسين المعاوقة
- انخفاض جهد التشغيل من 1.2 فولت إلى 1.1 فولت، مما يقلل من استهلاك الطاقة
- زاد الجلب المسبق للبيانات من 8n إلى 16n
- تحسين الموثوقية مع إضافة ECC على الرقاقة
- باستخدام بنية مزدوجة القناة، ينقسم شريط الذاكرة نفسه إلى قناتين مستقلتين
- فقدان الإدراج: يزداد توهين الإشارات عالية السرعة في الموصلات والوسائط مع التردد
- خسارة الإرجاع: انعكاس الإشارة بسبب انقطاع المعاوقة
- حديث متقاطع: التداخل الكهرومغناطيسي بين قنوات الإشارة المتجاورة
- اهتزاز: إزاحة الوقت لحافة انتقال الإشارة، بما في ذلك الارتعاش الحتمي والارتعاش العشوائي
- ارتفاع مقاومة التلامس: ارتفاع درجة الحرارة يسرع أكسدة سطح التلامس، مما يزيد من مقاومة التلامس
- تليين المواد: قد تنعم العوازل البلاستيكية وتتشوه في درجات حرارة عالية
- عدم تطابق التمدد الحراري: يمكن أن تؤدي الاختلافات في معاملات التمدد الحراري بين المواد إلى تراكم الإجهاد
- شيخوخة متسارعة: يسرع عملية الشيخوخة الكيميائية للمواد في درجات حرارة عالية
- دورات التزاوج
- قوة الاحتفاظ
- الاهتزاز ومقاومة الصدمات
- ثبات مقاومة التلامس
- القدرة على التكيف البيئي (درجة الحرارة والرطوبة ورذاذ الملح وما إلى ذلك)
- سيكون PCIe 6.0 متاحًا تجاريًا على نطاق واسع حوالي عام 2027
- ستصبح سيرديس 112 جي معيارًا للربط البيني عالي السرعة
- سيتجاوز معدل الذاكرة 10000 طن متري/ثانية
- تطور معدل الربط البيني البصري إلى 1.6T، 3.2T
- التوصيل البيني في الرف من DAC إلى AOC
- محرك إضاءة داخلي داخل الخادم
- تنضج تقنية CPO وتصبح متاحة تجاريًا
- تستمر تكلفة تكنولوجيا السيليكون الضوئية في الانخفاض
- CXL Interconnect: يتيح Compute Express Link الاتصال البيني المتسق لوحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات والذاكرة
- UCIe: يتيح Universal Chiplet Interconnect Express الاتصال البيني عالي السرعة بين النوى
- الاتصال اللاسلكي: موجة 60 جيجاهرتز مم وتقنيات لاسلكية أخرى قصيرة المدى للاتصال بين اللوحات
- موصل مبرد بالسوائل: إن شعبية تبديد حرارة التبريد السائل تدفع الطلب على موصلات التبريد السائل الخاصة
1.2 زيادة قيمة الموصلات عالية السرعة
في خوادم الذكاء الاصطناعي، تكون القيمة المستقلة للموصلات عالية السرعة أعلى مرتين إلى ثلاث مرات من قيمة الخوادم التقليدية.تتركز الموصلات عالية السرعة للخوادم التقليدية بشكل أساسي في بطاقات الشبكة وواجهات التخزين، في حين أضافت خوادم الذكاء الاصطناعي وصلات GPU و NVLink و CXL و OCP وغيرها من سيناريوهات التوصيل البيني عالية السرعة.
II. أنواع المنتجات الرئيسية للموصلات عالية السرعة لمركز البيانات
2.1 موصل PCIe
PCI Express (PCIe) هو الاتصال البيني عالي السرعة الأكثر شيوعًا داخل الخوادم.مع شعبية PCIe 5.0 وتقدم PCIe 6.0، ارتفع معدل البيانات أحادية القناة من 16GT/s في PCIe 4.0 إلى 32GT/s (PCIe 5.0)، ووصل PCIe 6.0 إلى 64GT/s.أدى تحسين المعدل إلى تقديم متطلبات عالية للغاية لتصميم سلامة الإشارة للموصل.
مقارنة مواصفات PCIe حسب الجيل:
في خوادم الذكاء الاصطناعي، يتم استخدام موصلات PCIe ليس فقط لتوصيل بطاقات تسريع GPU، ولكن أيضًا لتوصيل محركات الأقراص الصلبة NVMe وأجهزة توسيع ذاكرة CXL و NICs الذكية DPU والمزيد.يحدد عدد القنوات والتحكم في التشويش وقدرات مطابقة المعاوقة للموصل بشكل مباشر الحد الأعلى للأداء العام للنظام.
2.2 موصل اللوحة الخلفية عالي السرعة
موصل اللوحة الخلفية هو “الهيكل العظمي” للخوادم والمفاتيح الكبيرة وهو مسؤول عن نقل الإشارة بين اللوحة الأم واللوحات الوظيفية.نظرًا للعدد الكبير من وحدات معالجة الرسومات وطوبولوجيا التوصيل البيني المعقدة، تم تحسين متطلبات الكثافة والمعدل لموصلات اللوحة الخلفية بشكل كبير.
تشمل مسارات تقنية موصل اللوحة الخلفية الحالية عالية السرعة ما يلي:
2.3 موصلات الذاكرة
أصبحت ذاكرة DDR5 هي المعيار لخوادم الذكاء الاصطناعي. يمكن أن يصل معدل البيانات لشريط ذاكرة DDR5 واحد إلى 6400 طن متري/ثانية، وسيزداد إلى أكثر من 8400 طن متري/ثانية في المستقبل.عادة ما تكون خوادم الذكاء الاصطناعي مجهزة بـ 8 أو 12 أو حتى 16 شريط ذاكرة، بسعة ذاكرة إجمالية تبلغ عدة تيرابايت.
يحتوي موصل DDR5 على التغييرات الرئيسية التالية مقارنة بـ DDR4:
بالإضافة إلى ذلك، فإن الطريقة التي ترتبط بها HBM (ذاكرة عرض النطاق الترددي العالي) كمكون أساسي لوحدات معالجة الرسومات تتطور أيضًا.يحقق HBM3/HBM3e تكديسًا ثلاثي الأبعاد من خلال TSV (سيليكون فيا) والمطبات الدقيقة، بسعة واحدة تزيد عن 24 جيجابايت وعرض نطاق ترددي يزيد عن 1 تيرابايت/ثانية.
2.4 الوصلات البينية الضوئية والوحدات الضوئية
مع توسع مجموعات الذكاء الاصطناعي، أصبح عرض النطاق الترددي للتوصيل البيني بين الخوادم عنق زجاجة جديد.تطورت تقنيات InfiniBand و RoCE وغيرها من تقنيات الشبكات عالية السرعة بسرعة، وتم نشر وحدات بصرية 400g و 800g على نطاق واسع، وبدأ تسويق وحدات بصرية 1.6T.
داخل مركز البيانات، تخترق الوصلات البينية الضوئية من الرف إلى الرف وحتى داخل الخوادم.يستمر الطلب على الموصلات البصرية والكابلات البصرية النشطة (AOCs) والمحركات البصرية وغيرها من المنتجات على اللوحة في النمو.يقوم CPO (البصريات المعبأة بشكل مشترك) بتعبئة الوحدة البصرية مع رقاقة ASIC الخاصة بالمفتاح لزيادة تقصير مسافة إرسال الإشارة الكهربائية.
III. التحديات الفنية التي تواجه الموصلات عالية السرعة
3.1 تحدي نزاهة الإشارة
مع زيادة المعدل فوق 25 جيجابت في الثانية، تصبح مشكلات سلامة الإشارة معقدة للغاية.وتشمل التحديات الرئيسية ما يلي:
من أجل مواجهة هذه التحديات، تحتاج الشركات المصنعة للموصلات إلى مواصلة الاستثمار في اختيار المواد والتصميم الهيكلي والمحاكاة والتحسين.تستمر التقنيات الجديدة مثل مواد الناظمة القلبية بدون أسلاك منخفضة الخسارة، والوسائط الهوائية، وهياكل التدريع ثلاثية الأبعاد في الظهور.
3.2 تحديات الإدارة الحرارية
تم تحسين كثافة استهلاك الطاقة لخوادم الذكاء الاصطناعي بشكل كبير، وقفز استهلاك الطاقة للخوادم المستقلة من 1-2 كيلو واط التقليدي إلى 10 كيلو واط أو حتى أعلى.في ظل بيئة درجة الحرارة العالية، ستتأثر مقاومة التلامس وتقادم المواد والقوة الميكانيكية والخصائص الأخرى للموصل.
ينعكس تأثير الإدارة الحرارية على الموصل بشكل أساسي في:
3.3 توازن الكثافة العالية والموثوقية الميكانيكية
من أجل تحقيق عرض نطاق ترددي أعلى في مساحة محدودة، يتم تقليل تباعد المسمار للموصل باستمرار، وتستمر كثافة المسمار في الزيادة.ومع ذلك، كلما كان التباعد أصغر، زادت صعوبة معالجته، وزادت صعوبة ضمان الموثوقية الميكانيكية.
تشمل مقاييس الموثوقية الرئيسية ما يلي:
IV. الاتجاهات المستقبلية
4.1 تستمر المعدلات في التحسن
ستستمر معدلات الاتصال البيني للخادم في التضاعف خلال السنوات الثلاث إلى الخمس القادمة:
4.2 يستمر الانحدار النحاسي المتراجع بالضوء في التعمق
مع زيادة السرعة، أصبح حد مسافة الإرسال للكابلات النحاسية أكثر وضوحًا.ستستمر الوصلات البينية الضوئية في اختراق سيناريوهات المسافات القصيرة:
4.3 استكشاف التقنيات الجديدة المترابطة
بالإضافة إلى الربط الكهربائي التقليدي والربط البيني البصري، يتم أيضًا استكشاف بعض تقنيات الربط البيني الجديدة:
4.4 تسريع الاستبدال المحلي
في سياق قوة حوسبة الذكاء الاصطناعي المستقلة والقابلة للتحكم، تم تسريع عملية الاستبدال المحلية للموصلات عالية السرعة بشكل كبير.تواصل الشركات المصنعة المحلية تحقيق اختراقات في موصلات PCIe وموصلات اللوحة الخلفية وموصلات الذاكرة وغيرها من المجالات، وقد وصلت بعض المنتجات إلى المستوى المتقدم الدولي.في المستقبل، مع نضج صناعة رقائق الذكاء الاصطناعي المحلية، سيتم تعزيز تأثير التآزر لسلسلة الصناعة.
الخاتمة
إن التطور السريع لخوادم الذكاء الاصطناعي ومراكز البيانات يعيد تشكيل المسار التقني ومشهد السوق للموصلات عالية السرعة بشكل عميق.زيادة المعدل، وزيادة الكثافة، وتراجع النحاس البصري، والاستبدال المحلي هي الاتجاهات الأربعة الأكثر وضوحًا في الوقت الحاضر.بالنسبة لشركات التوصيل، تعد هذه فرصة سوقية لا تتكرر إلا مرة واحدة في العمر واختبارًا شاملاً لقوة البحث والتطوير التكنولوجي.
تتابع شركة Shenzhen Ruixin Shengye Electronic Technology Co.، Ltd. عن كثب اتجاه تطوير مركز البيانات وصناعة طاقة الحوسبة بالذكاء الاصطناعي، وتواصل الاستثمار في البحث والتطوير في مجالات الموصلات عالية السرعة، ومحاور الدبوس الدقيقة، وموصلات FPC، وما إلى ذلك، وتلتزم بتزويد العملاء بحلول اتصال عالية الجودة وعالية الموثوقية.
