拆解服务器五大关键组件

2024-06-17 00:06

文章来自“AI服务器五大硬件拆解分析”，本文旨在通过拆解服务器 PCB 构成的过程让读者了解一台服务器内部真实的情况，希望读者能够对服务器中所用PCB情况有更为直观的了解，从而把握未来升级过程中真正的价值所在。

1、五大硬件部分可归纳为——GPU 板组、CPU 母板组、配件

AI 服务器我们瞄准英伟达 DGX A100 和 DGX H100 两款具有标杆性产品力的产品进行分析，鉴于 H100 发布时间较短、资料详尽度不够，我们首先从 DGX A100 出发来观测具有产品力的 AI 服务器的基本架构。英伟达DGX A100 外形类似于常见的家用主机，通过对部件构成进行深度分解，我们认为 DGX A100 大体上可以分为五个硬件板块：

1）风扇模组，从前部（Front）入手，首先看到的是风扇模组板块，DGX A100 的风扇模组由 8 个风扇组成，这一搭配与传统服务器 8U 规格的基本一致；

2）硬盘，前部风扇模组板块的下方摆放了硬盘和前控制台板（控制与外接设备的信号传输），DGX A100 配备了 8 个 3.84TB 的硬盘，合计内部存储 30TB；

3） GPU 板组（GPU Board Tray），后部（Rear）是整个 AI 服务器的关键组件组装区域，最核心的板块就是 GPU 板组，这也是 AI 服务器区别与普通服务器的关键，从 DGXA100 的架构来看，GPU 板组主要包含 GPU 组件、模组板、NVSwitch 三块，这三块都会涉及到不同类型的 PCB 产品；

4） CPU 母板组（CPU Motherboard Tray），这一部分是所有服务器的核心部件（包括普通服务器和 AI 服务器），其中包含 CPU 母板、系统内存、网卡、PCIE Switch 等部件，CPU 母板、系统内存、网卡是主要涉及到 PCB 用量的部分；

5）电源模组，DGX A100 后部的下方还配有 6 组电源，电源内部会涉及到厚铜 PCB 板的使用。

从功能性的角度，我们认为 AI 服务器的 PCB 价值量计算可以归纳为三个部分，其一是AI 服务器最为核心的 GPU 板组，其二是所有服务器都必备的 CPU 母板组，最后是风扇、硬盘、电源板块等配件组。本文将基于这三大部分逐一分解。

2、GPU 板组：单机价值量 1.2 万，载板占比 52%、PCB 板占 48%

GPU 板组的 PCB 主要是由 4 个部分组成，GPU 载板、NVSwitch、OAM、UBB。

1） GPU 载板，英伟达 A100 的 GPU 和 DRAM 采用 2.5/3D 先进封装工艺，用于承载的板材采用 70*70mm~100*100mm、14~16 层的 FCBGA 载板，数量上与 GPU 数量存在一一对应关系，按照 DGX A100 搭载 8 颗 GPU 的数量来看，1 台 AI 服务器需要用到 8 颗 GPU 载板；根据产业链调研，单颗价值量约为 100 美元，即 650 元人民币/颗，由此对应单机 GPU 载板价值量为 5200 元。

2） NVSwitch，基于 NVLink 标准用于 GPU 之间通信的基础模组，搭载 NVSwitch 的载体是类似于载板的产品，加工性要求较简单、关键是承担多数据量高速传输的性能，根据产业链调研单颗价值量约为 30 美元，即 195 元/颗，按 A100 搭载 6 颗计算可得单机价值量为 1170 元。

3） OAM，OCP Accelerator Module，中文简称 GPU 加速卡，是用于承载 GPU 芯片的板卡，数量上看 OAM 与 GPU 存在一一对应的关系，以 DGX A100 搭载 8 个 GPU 的数量来看，1台 AI 服务器需要用到8块 OAM；面积上来看，借鉴 PCIE 版本 267.7mm*111.15mm的尺寸规格（内部 PCB 规格与外壳规格基本一致），可测算出 OAM 的面积尺寸约为0.03 平方米；PCB 板型上来看，由于 OAM 涉及到 GPU 高速多线路信号传递，根据产业链调研，DGX A100 OAM 的 SXM 版本需要用到 20 层、Ultra Low Loss 等级 CCL 材料、4 阶 HDI 工艺，对应产品单价为 12000 元/平方米，DGX A100 OAM 的 PCIE 版本相对规格较低，只需要用到 14 层、Ultra Low Loss 和高 Tg FR4 等级 CCL 材料混压、1 阶 HDI 工艺，对应产品单价 7000 元/平方米。综合来看，如果按照 DGX A100 机型配置，高端 AI 服务器的 OAM 单价价值量将达到 2880 元。

4） UBB，Unit Baseboard，中文简称GPU模组板，是用于搭载整个GPU平台的PCB 板，1台AI服务器对应1块UBB，根据 DGX A100整机底面规格和产业链调研，我们预估UBB面积约为0.30平方米，需要用到26层通孔PCB板，CCL材料运用Ultra Low Loss，对应单价约为10000元/平方米，对应单机价值量为 3000 元。

综上合计，英伟达DGX A100 GPU板组主要由GPU载板、NVSwitch、GPU加速卡、GPU 模组板四部分组成，四部分合计单机 PCB 面积达到 0.624 平方米，对应 PCB 单机价值量为12250 元，其中载板级别的产品单机价值量为 6370 元、占比 52%，PCB 级别的产品单机价值量 5880 元、占比 48%。

3、CPU母板组：单机价值量2845元，载板占46%、主板占40%

CPU 母板组涉及到CPU载板、CPU主板和配板，其中功能性配板包括系统内存卡、网卡、拓展卡、存储操作系统驱动板。

1）CPU 载板，根据产业链调研，CPU载板与GPU 载板规格相近，如果按单颗 CPU 载板价值量 100 美元、DGX 搭载2颗CPU，则单机价值量约为 1300 元。

2）CPU 主板，主要用于承载 CPU 芯片、PCIE Switch 芯片、TPM 模组及各种功能性配板卡，该类 PCB 板的规格主要由 CPU 平台设计和总线标准，按照 DGX A100 的方案主要采用 64 核 AMD Rome 的 CPU 芯片、总线标准仍然为 PCIE 4.0，因此 CPU 主板仍然采用 10~12 层、Low Loss 等级 CCL 材料、通孔板的设计，根据产业链调研，单价约为3000 元/平方米；按照 DGX A100 的尺寸规格设计，估测 CPU 主板面积为 0.38 平方米，由此可计算 CPU 主板单机价值量为 1140 元。

3）功能性配板，配板种类较多，根据产业链调研，配板一般采用的规格是 8~10 层板、Mid Loss 等级 CCL，单价约为 1500 元/平方米，面积和数量参照 DGX A100 则为：

CPU 内存卡，DGX A100 设计配置 32 块 CPU 内存卡、合计 2TB RAM，一般来说服务器 CPU 内存卡行业有较为统一的标准尺寸，估测单块内存卡面积约为 0.004平方米/片；
网卡，DGX A100 网卡采用 Mellanox ConnectX 系列产品（有 X-7 和 X-6 的产品选配），标配的网卡为10张（8 个单端口 200Gb/s 的 IB，2 个双端口 200Gb/s 以太网），根据英伟达官网披露 Mellanox ConnectX-7 的尺寸 68.90mm*167.65mm，计算可得单块网卡板面积约为 0.012 平方米/张；
拓展卡，Riser Card，服务器会因为板卡摆放设计而用一些拓展卡来拓展 PCIE接口，DGX A100 中因为有一张横置 Storage networking 网卡，因此需要设置一张拓展卡，根据产业链调研该拓展卡面积约为 0.01 平方米/张；
存储操作系统驱动板，DGX A100中会搭载2个1.92TB M.2 NVMe 的系统驱动器，但两个驱动器是搭载在一张PCB板的两面，因此系统驱动板只有1块，面积约为0.01 平方米/张。

上述四部分合计，功能性配板单机面积为 0.27 平方米，对应单机价值量约为 405 元。

综上合计，英伟达DGX A100 CPU母板组PCB用量面积合计为0.662平方米，单机价值量约为 2845 元，其中载板级产品占比 46%，PCB 级的主板产品占比40%，PCB级的配板产品占比14%。

4、其他配件：单机价值量合计 226 元

除 GPU 板组和CPU模板组外，其他配件还包括电源、硬盘、前控制台板等，根据产业链调研，这一类产品主要采用 6~10 层、FR4/Mid Loss 等级CCL的规格，单价约为1000~1500 元/平方米不等，参照 DGX A100 规格对用量和面积进行计算则为：

1）电源，从用量上看 DGX A100搭配6个电源，参照台达电2200W 服务器电源 DPS-2200-AB-2 型号 73.5*265.0mm的规格，我们估测单个电源用PCB板面积为0.019平方米；

2）硬盘，从用量上看 DGX A100 搭配8个硬盘，参照行业标准3.5’盘，我们估测单块硬盘中 PCB 面积为0.008平方米；

3）前控制台板，主要用于控制外接设备，是放在8个硬盘中间的1块 PCB 板，根据产业链调研，我们估测该板面积约为 0.010 平方米。

综合GPU板组、CPU模板组和配件，我们估测DGX A100整机 PCB用量面积为 1.474 平方米，单机价值量为15321元，其中GPU板组单机价值量达到 1.2万元、占比达到80%，CPU母板组单机价值量为2845 元、占比为 19%，其他配件单机价值量 226 元、占比为1%；从板级的分类来看，载板级别单机价值量为7670元、占比达到 50.1%，PCB 板级单机价值量为7651元、占比为 49.9%。

1、GPU技术篇