Zollner Elektronik gewinnt PCB Design Award 2024
Das prämierte Projekt, eine PCIe Add-On Card für STX Beschleuniger Chiplets, besticht durch seine exzellente High-Speed- und High-Density-Entwicklung und wird in Rechenzentren für maschinelles Lernen, Klimasimulation und neuronale Netzwerke eingesetzt.
Seit mehreren Jahren beschäftigt sich die PCB Design Gruppe bei der Zollner Elektronik AG unter anderem mit Designaufgaben im High Speed / High Density Bereich. Nun wurde die Baugruppe vom Fachverband Elektronik Design und Fertigung (FED) bei der diesjährigen Konferenz mit dem PCB Design Award 2024 ausgezeichnet. Dieser wurde zum siebten Mal vom FED gestiftet und würdigt alle zwei Jahre Baugruppendesigner für exzellente Arbeiten, wie es in einer Medienmitteilung heisst.
Im Rahmen eines Projektes des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) ent-stand eine PCIe Add On Card für STX-Beschleuniger-Chiplets, die in Rechenzentren zur Wetter- und Klimasimulation sowie im Bereich neuronaler Netze und maschinellem Lernen eingesetzt wird. Aufgrund der geplanten Serienproduktion stand bereits beim Demonstrator neben der Funktionalität auch die Marktfähigkeit im Vordergrund, wobei der gesamte Umfang des Research & Development-Leistungsportfolios genutzt wurde.
Neben der Hardware wurde auch die Software für die Steuerung, Diagnose und das Power-Management erstellt. Herausforderungen waren die hohen Schaltgeschwindigkeiten von PCIe 5.0 (32GT/s) und die stabile Energieversorgung mit einem Point-of-Load Konzept, das 21 teilweise getrennte Stromversorgungen umfasst. Die Baugruppe erzeugt eine maximale Verlustleistung von 225W, die luftgekühlt abgeführt wird. Durch energiesparende Massnahmen und Halbierung der Bauhöhe konnte die doppelte Anzahl an Baugruppen in einem 19″ Einschub untergebracht und somit die doppelte Rechenleistung pro Serverrack bei weniger Anschlussleistung erzielt werden.
Gemeinsam mit den Projektpartnern entstand eine Anforderungsspezifikation, die Systemarchitektur sowie die HW- und SW-Anforderungen unter Berücksichtigung aller relevanter Normen. Die Schaltungsteile wurden mithilfe von Simulationen dimensioniert, der Schaltplan abgeleitet, und der Layer Stackup in Zusammenarbeit mit den Leiterplattenherstellern definiert.
Parallel zur Bauteilplatzierung wurden Thermosimulationen und die Kühlkörperauslegung begonnen. Im PCB-Design lag der Fokus auf den High Speed Lagenübergängen, begleitet von elektrischen Simulationen zur Signalintegrität und Power Integrity. Die Bauteilplatzierung berücksichtigte von Beginn an die Produktionsanforderungen (Design for Excellence). Enge Zusammenarbeit entlang der Design Chain sowie die Einbindung von Vorlieferanten und der Baugruppenproduktion sicherten hohe Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und wirtschaftliche Fertigbarkeit.