服务器及印制板应用趋势

冯志强

（珠海方正印刷电路板发展有限公司，广东 珠海 519175）

0 前言

随着5G通信，物联网，人工智能，边缘计算，云计算，虚拟现实等新技术的兴起和快速发展，数据量的爆发使服务器的需求持续上升。而服务器作为数据中心设备中的最大部分，具有举足轻重的影响。文章主要通过对服务器市场发展趋势，5G如何推动计算变革以及服务器PCB应用趋势等三方面进行深入分析，阐述了服务器的市场以及和PCB（印制电路板）行业相关的技术应用，以供业界同行以及客户参考。

1 服务器市场分析

1.1 全球服务器市场

新冠肺炎疫情对服务器市场冲击较小，甚至互联网需求促进了对服务器需求。2020年全年全球服务器出货量1220万台，同比增长3.92%，出货金额910.1亿美元，同比增长4.26%，见图1所示[1]。

图1 2014～2020年全球服务器市场规模图

全球服务器制造商戴尔、惠普、浪潮位列前三，位于第一梯队；其次有联想、华为、思科等。5G商业化使边缘计算、物联网、人工智能等新技术快速发展，数据中心作为基础设施的作用变得越来越关键，全球服务器市场需求持续增长。

1.2 中国市场

（1）拉动中国服务器市场增长的主要行业为互联网、电信、金融和服务行业，出货量增速均超过20%，其中大型互联网和运营商的增长尤其强劲。据国际数据公司预测，到2023年中国X86服务器出货量将接近500万台，未来2年出货量年均增长将达8.9%，见图2[1]所示。

图2 中国X86服务器出货量预测图

（2）与全球市场不同，中国服务器市场由国产品牌主导，原始设计制造商市场占有率较低。在国家“自主可控”发展战略下，尤其在政府、能源、电力、金融等关键领域服务器国产化替代趋势明显，见图3[1]所示，随着人工智能技术应用场景逐渐成熟，中国加速计算市场规模大幅提升，从2018年上半年市场规模的5.5亿美元增长至2021年上半年的23.8亿美元。

图3 中国X86服务器厂商市场份额图

2 5G推动计算变革

信息技术的发展从单机计算到万物互联的物联网时代，5G推动计算场景的变化，见图4[2]所示。

图4 5G对信息技术的影响图

5G为计算和数据带来的变化使计算边界延伸、数据类型和数据量的增加、边云协同，这些也对服务器带来了新需求，如新增边缘服务器、加速AI服务器、强化云服务器的需求。

3 服务器PCB发展趋势

3.1 服务器主板PCB设计特点

服务器主板PCB设计特点对比，见图5所示。

图5 新服务器平台主板PCB设计特点图

3.2 服务器PCB技术发展趋势

（1）混压叠构的使用可以带来成本的优势，如14层板原设计全用低介电常数和低损耗因子的EM-528基板，改为芯板用普通的EM-378基板，可使PCB成本降低约2%。

（2）在低轮廓铜箔和超低轮廓铜箔之外，开辟具有成本优势的第二代、第三代和第四代反转铜箔，以满足服务器极致的成本追求，见图6所示。

图6 不同粗糙度铜箔对比图

（3）低粗化棕化药水的应用不仅使基材成本降低，还满足信号完整性（SI）的要求，见图7所示。

图7 低粗化药水应用图

（4）高速信号线延伸到外层，促进了外层低粗糙度铜箔以及低介电常数阻焊油墨的使用。不同低介电常数阻焊油墨相对于常规油墨的插损对比报告[3]显示：容大9100GT（26.8%）＞永胜泰Z28DF（17.06%）＞太阳LD1K（15.88%）＞太阳LT02G（11.76%）＞炎墨DHG01（5.88%）（百分比为各低介电常数油墨，相对太阳普通油墨GHP3X的插损改善比例@19.9 GHz频率下）。

（5）HDI（高密度互连）特别是跨层孔（skip via）的使用避免了背钻残桩以及增加布线灵活性，见图8所示。

图8 HDI在高多层板的应用图

（6）BGA pitch（球删阵列封装焊盘的中心间距）从常规的1.0 mm夹双线或0.8 mm夹单线，减少到0.94 mm或0.90 mm夹双线，见图9所示。背钻大量应用以及BGA pitch减少，加快了背钻品质自动化检测的需求。

图9 小Pitch BGA背钻夹线设计建议图

（7）PCIe G5和G6的应用使高速信号的传输频率和速率增加，需要使用英特尔的Delta-L 4.0测试板提高插损测量的精度，网络分析仪需要支持16 GHz的测试频率，见图10所示。

图10 Delta-L4.0测试板设计图

3.3 服务器PCB和原材料成本发展趋势

新服务器平台的PCB和PCB原材料成本相比过往平台显著增加，见图11所示。

图11 服务器PCB和PCB原材料成本发展趋势图

4 总结

服务器平台每隔两三年会进行一次升级换代，以满足新的应用场景下数据传输速率和运行频率不断增加的需求。PCIe总线技术的演进推动服务器PCB层数由低至高，应用的材料从低速高损耗材料向高速低损耗材料发展。服务器PCB层数的增加推动价格升高，同步推动产值增长，预计从PCIe 4.0升级到5.0的过程中，单台服务器的PCB总价值量将提升100%以上。文章分析了服务器的市场发展趋势以及服务器PCB的技术应用趋势，希望能给业界同行提供参考。