فراخوان دستیابی به دانش فنی طراحی برد تجمیع دیسک‌های NVMe سرور با فناوری PCIe 5

بنیاد ملی علم ایران روز سه‌شنبه با انتشار فراخوان فراخوان دستیابی به دانش فنی طراحی برد تجمیع دیسک‌های NVMe سرور با فناوری PCIe 5 (با سرعت ۳۲ گیگاترنسفر بر ثانیه) اعلام کرد که افراد واجد شرایط به مدت یک ماه، یعنی تا ۱۷ مهر فرصت دارند که پروپوزال خود را از طریق سامانه کایپر برای بنیاد ارسال کنند. توضیحات فراخوان بنیاد ملی علم ایران در راستای هدفمند شدن پژوهش‌ها و حمایت از طرح‌های پژوهشی که به فناوری روز دنیا می‌پردازد، سلسله فراخوان‌هایی در قالب برنامه حمایت از پژوهش عمیق مورد نیاز شرکت‌های دانش‌بنیان منتشر می‌کند.

در همین راستا ضمن اعلام فراخوان «دستیابی به دانش فنی طراحی برد تجمیع دیسک‌هایNVMe سرور با فناوریPCIe 5 (با سرعت GT/S۳۲)» از پژوهشگران عضو هیئت‌علمی دانشگاه‌ها و مؤسسات پژوهشی واجد شرایط دعوت می‌شود که پروپوزال خود را از طریق سامانه کایپر برای بنیاد ملی علم ایران ارسال کنند. «برد تجمیع (Backplane) دیسک» قطعه‌ای ضروری در سرور است که جهت انتقال داده و توزیع برق میان دیسک‌های سرور جهت تسهیل نصب ابزارهای ذخیره‌سازی به‌صورت مرکزی استفاده می‌شود.

این برد همچنین در انواع Storageها شامل DAS وNAS، رایانه‌های صنعتی و ایستگاه‌های کاری به کار می‌رود. پروژه بومی‌سازی برد تجمیع دیسک‌های NVMe با فناوری PCI Express Revision 5.0 (با سرعت ۳۲ گیگاترنسفر بر ثانیه برای هر Lane) با بهره‌گیری از سرعت و پهنای باند چندبرابری آن نسبت به فناوری‌های گذشته مانند SAS و SATA، امکان رقابت بیشتر را در روند شتابان فناوری اطلاعات و ارتباطات در زمینه پردازش سریع و ذخیره‌سازی انبوه داده‌ها برای نسل‌های آتی سرور فراهم خواهد کرد.

پیشینه مسئله پژوهشی؛ در عصر کنونی، رشد تصاعدی داده‌ها در حوزه‌هایی مانند هوش مصنوعی، کلان‌داده و اینترنت اشیا، نیاز به زیرساخت‌های ذخیره‌سازی با سرعت و پهنای باند فوق‌العاده زیاد را به یک الزام حیاتی تبدیل کرده است. در این میان، سرورها به‌عنوان ستون فقرات فناوری اطلاعات، نیازمند پیشرفته‌ترین فناوری‌های ارتباطی برای انتقال داده بین پردازنده و حافظه‌های ذخیره‌سازی هستند.

«برد تجمیع (Backplane) دیسک» به‌عنوان قطعه‌ای کلیدی در این معماری، نقش واسط بین دیسک‌ها و مادربرد یا کارت کنترلر را ایفا می‌کند. با وجود پیشرفت‌های شرکت‌های دانش‌بنیان داخلی در زمینه طراحی بردهای الکترونیکی و شاسی سرور، دستیابی به فناوری‌های نسل جدید که قادر به پشتیبانی از سرعت‌های بسیار بالا باشند، همچنان با چالش مواجه است.

نسل‌های قبلی فناوری‌های ذخیره‌سازی مانند SAS و SATA، به‌دلیل محدودیت ذاتی در پهنای باند، پاسخگوی نیازهای محاسباتی امروز مانند پردازش همزمان داده‌های حجیم در مراکز داده نیستند. فناوری PCI Express (PCIe) با ارائه مسیرهای ارتباطی پرسرعت، راهگشای این مشکل بوده است.

نسل پنجم این فناوری (PCIe 5.0) با سرعت ۳۲ گیگاترنسفر بر ثانیه (GT/s) برای هر Lane، پهنای باندی دو برابر نسل قبلی خود فراهم می‌کند. با این‌حال، طراحی بردهای مداری که بتوانند سیگنال‌هایی با این فرکانس بالا (در محدوده ۱۶ گیگاهرتز) را با حداقل افت و اعوجاج انتقال دهند، یک مسئله فنی بسیار پیچیده و تخصصی محسوب می‌شود.

از منظر کلان، بومی‌سازی این فناوری توانمندساز، وابستگی کشور به واردات را کاهش داده، امنیت زیرساخت‌های حیاتی اطلاعاتی را افزایش می‌دهد و زمینه‌ساز توسعه نسل آینده سرورهای پردازشی و ذخیره‌سازی داخلی می‌شود. این دستاورد نه‌تنها یک محصول سخت‌افزاری، بلکه گامی اساسی در جهت حاکمیت دیجیتال و اقتصاد دانش‌بنیان است.

با توجه به سرعت بالای تغییرات فناوری و نیاز مبرم به زیرساخت‌های پیشرفته، انجام این پژوهش برای دستیابی به دانش فنی طراحی برد تجمیع دیسک‌های NVMe با فناوری PCIe 5.0، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و می‌تواند جایگاه صنعت سرورسازی کشور را در سطح منطقه ارتقا دهد. مشروح مسئله پژوهشی؛ پروژه حاضر با هدف دستیابی به دانش فنی طراحی و ساخت برد تجمیع (Backplane) برای دیسک‌های NVMe مبتنی بر فناوری PCI Express نسل پنجم (PCIe Gen 5) تعریف شده است.

موفقیت در این پروژه به معنای عبور از محدودیت‌های فنی بردهای فرکانس بالا و دستیابی به محصولی است که از سرعت ۳۲ گیگاترنسفر بر ثانیه برای هر Lane پشتیبانی کند. هدف نهایی، طراحی بردهایی با قابلیت جایگذاری در سرورهای 2U است که توانایی میزبانی از ۸ دیسک SFF ( ۲.۵ اینچ) را داشته و امکان نصب همزمان ۳ عدد از این بردها را در یک شاسی سرور فراهم آورد.

برای تحقق این هدف، تمرکز اصلی روی حل چالش‌های الکترومغناطیسی و سیگنالی ناشی از فرکانس بالای ۱۶ گیگاهرتز خواهد بود. این امر مستلزم بررسی دقیق عوامل متعددی از جمله انتخاب زیرلایه (Substrate) مناسب با تلفات کم، استفاده از تطبیق امپدانس برای جلوگیری از بازتاب سیگنال، مدیریت مسیر برگشتی سیگنال (Return Path)، بهینه‌سازی ساختار وایاها (Vias) برای کاهش اثرات خازنی و القایی، و بهره‌گیری از تکنیک‌های هم‌ترازسازی (Equalization) در فرستنده و گیرنده است.

فرآیند طراحی باید به گونه‌ای پیش رود که برد نهایی به‌عنوان گلوگاه (Bottleneck) در مسیر ارتباطی پرسرعت بین دیسک‌ها و پردازنده عمل نکند. به‌منظور تضمین عملکرد مدار در سرعت اسمی، انجام شبیه‌سازی‌های پیشرفته اجزاء محدود با استفاده از نرم‌افزارهای تمام‌موج مانند HFSS و همچنین شبیه‌سازی کانال داده با ابزارهایی نظیر ADS الزامی است.

در این شبیه‌سازی‌ها، پارامترهای پراکندگی (S-Parameters)، افت مسیر (Insertion Loss)، نرخ خطای بیت (BER) و نمودار چشم (Eye Diagram) برای مدولاسیون‌های NRZ باید با دقت تحلیل و بهینه‌سازی شوند. نتایج شبیه‌سازی باید به‌گونه‌ای باشد که تطابق کامل با الزامات استاندارد PCIe 5.0 را نشان دهد.

پس از مرحله شبیه‌سازی، ساخت نمونه اولیه (Prototype) با استفاده از فرآیندهای مونتاژ ماشینی دقیق (با توجه به حساسیت فرکانس بالا) انجام خواهد شد. تست‌های عملی با استفاده از تجهیزات پیشرفته مانند تحلیلگر شبکه برداری (VNA) یا دستگاه TDR برای اعتبارسنجی نتایج شبیه‌سازی و استخراج پارامترهای واقعی کانال انتقال صورت می‌گیرد.

در صورت مشاهده مغایرت، فرآیند عیب‌یابی و اصلاح طرح انجام شده و در صورت نیاز، از زیرلایه‌های باکیفیت‌تر برای بهبود عملکرد استفاده می‌شود. در پایان، محصول نهایی باید در یک بازه زمانی مشخص (چند ماه) تحت بار واقعی و آزمایش فشار کاری قرار گیرد تا پایداری و کارایی آن در شرایط عملیاتی به اثبات رسد.

این پروژه نیازمند دانش عمیق در زمینه مهندسی فرکانس بالا، طراحی PCB، شبیه‌سازی الکترومغناطیس و آشنایی کامل با استانداردهای PCIe است. چالش‌های کلیدی نیاز فناورانه دستیابی به ارتباط پایدار و بدون خطا در سرعت ۳۲ گیگاترنسفر بر ثانیه بر روی یک PCB، با چالش‌های متعددی مواجه است که مهم‌ترین آنها عبارتند از: ۱- چالش‌های طراحی مدارات فرکانس بالا (۱۶ گیگاهرتز) مهم‌ترین گلوگاه فنی پروژه، مدیریت یکپارچگی سیگنال (Signal Integrity) در فرکانس‌های بالا است.

۲- چالش‌های شبیه‌سازی و اعتبارسنجی شبیه‌سازی دقیق عملکرد برد در محیط نرم‌افزار، یکی از مراحل حیاتی است. ۳- چالش‌های تأمین و تولید فرآیند ساخت و تأمین با موانع عملیاتی قابل توجهی روبرو است.

گام‌های پژوهشی و الزامات طرح گام‌های تحقیقاتی پیشنهادی برای دستیابی به نتایج مدنظر این طرح به شرح زیر است: فاز ۱: مطالعات پایه و آماده‌سازی فاز ۲: طراحی و شبیه‌سازی فاز ۳: ساخت و مونتاژ فاز ۴: تست، ارزیابی و اعتبارسنجی فاز ۵: مستندسازی تسهیم مالکیت فکری مالکیت معنوی مجری در مالکیت معنوی ناشی از اجرای پژوهش سهیم خواهد بود. انتشار مقاله مشترک بین مجری و متقاضی در ژورنال‌های داخلی و خارجی و ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و ذکر نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.

در خصوص مالکیت معنوی مرتبط با طرح‌های ثبت اختراع، توافق‌نامه جداگانه با اولویت شرکت متقاضی منعقد خواهد شد. مالکیت منافع مادی با توجه به مدل کسب‌وکار شرکت متقاضی که تولیدکننده سرور است، منافع مالی ناشی از تجاری‌سازی و تولید انبوه این فناوری به‌طور کامل متعلق به شرکت متقاضی بوده و مجری تنها حق‌الزحمه اجرای پروژه پژوهشی را دریافت خواهد کرد.

استفاده از خروجی‌های این پژوهش در سایر پروژه‌های شرکت متقاضی منوط به توافق طرفین است. نحوه پذیرش پذیرش طرح‌ها رقابتی است و از بین پروپوزال‌های دریافتی، موردی که شرایط زیر را داشته باشد، در اولویت خواهد بود: ترکیب تخصصی و سابقه کاری تیم پیشنهادی مرتبط با زمینه‌های مهندسی فرکانس بالا، طراحی PCB، شبیه‌سازی SI/PI باشد.

افراد پیشنهادشده، دارای سابقه پژوهشی و فنی اثبات‌شده در زمینه طراحی و آزمون بردهای فرکانس بالا (حداقل تا فرکانس ۱۶ گیگاهرتز) باشند. زمان‌بندی، هزینه و شرح خدمات، متناسب و مرتبط با پژوهش موردتقاضا باشد (در این بخش، مجری می‌تواند برآورد اولیه خود را اعلام کند اما بدیهی است جزئیات اجرایی در ابتدای امر مشخص نیست و مجری و کارفرما با علم به این موضوع وارد این توافق خواهند شد).

پروپوزال، طبق فرمت پیشنهادی بنیاد، تهیه و از طریق سامانه کایپر ارسال شده باشد. فونت حروف و اعداد فارسیB Nazanin و اندازه قلم ۱۳ و فونت حروف و اعداد انگلیسی، Times New Roman و اندازه قلم ۱۱ باشد.

هزینه‌های قابل قبول حق‌التحقیق نیروی انسانی (اعضای اصلی تیم) هزینه‌های مربوط به شبیه‌سازی‌ها (در صورت نیاز به لایسنس‌های خاص) هزینه‌های ساخت PCB (پروتوتایپ‌ها) هزینه تأمین قطعات الکترونیکی مورد نیاز (BOM) هزینه‌های مونتاژ ماشینی هزینه تست‌ها و آنالیزها (استفاده از تجهیزات آزمایشگاهی مانند VNA) هزینه خدمات جانبی (در صورت نیاز) حوزه‌های اولویت‌دار مهندسی برق (گرایش الکترونیک یا مخابرات - میدان) طراحی PCB با نرم‌افزار Altium Designer یا مشابه شبیه‌سازی الکترومغناطیس با ADS، HFSS و مشابه آشنایی با استانداردهای PCIe و مفاهیم Signal Integrity آشنایی با مفاهیم مدیریت توان و طراحی Power Distribution Network (PDN) واجدین شرایط پژوهشگر اصلی تیم لازم است عضو هیئت‌علمی فعال یکی از دانشگاه‌ها و مؤسسات آموزش عالی کشور باشد. پس از دریافت پروپوزال از طریق سامانه، پروپوزال‌ها مورد ارزیابی و داوری علمی قرار خواهند گرفت.

در صورت کسب امتیاز بالا در مرحله داوری علمی، تیم برگزیده جهت مذاکره با بنیاد و شرکت متقاضی برای بررسی انطباق پروپوزال با نیازهای شرکت دعوت خواهد شد. خروجی‌های نهایی مورد انتظار: - خروجی فیزیکی (سخت‌افزاری) ارائه حداقل یک نمونه کاملاً کارا و تست‌شده از برد Backplane منطبق با مشخصات زیر: پشتیبانی از استاندارد PCI Express Revision 5.0 (سرعت ۳۲ GT/s) پشتیبانی از حداقل ۸ عدد دیسک NVMe (فرم فاکتور SFF 2.5 اینچ) قابلیت نصب در سرور با ارتفاع ۲U (قابلیت نصب ۳ برد در شاسی) تأمین توان ۲۵ وات برای هر دیسک.

پشتیبانی از قابلیت تعویض داغ (Hot-Swap) - خروجی کیفی (عملکردی) طراحی بهینه از نظر مدیریت سیم‌کشی، خنک‌سازی (جریان هوا) و کاهش هزینه نگهداری. قابلیت سفارشی‌سازی در ابعاد و تعداد Lane/Port سازگاری کامل با نسل‌های قبلی (PCIe Gen 3/4، SATA، SAS) کیفیت ساخت شامل بردهای ۱۰ لایه یا بیشتر با آبکاری طلا (ENIG) - خروجی فنی (مستندات) فایل‌های نهایی طراحی PCB (Gerber) و شماتیک.

فهرست کامل قطعات (BOM) و گزارش‌های شبیه‌سازی (SI) گزارش علمی ـ پژوهشی جامع از کلیه مراحل طراحی، ساخت، تست و اعتبارسنجی فایل‌های پیوست فرم درخواست پیشنهاده (پروپوزال) تاریخ فراخوان کلیه افراد واجد شرایط به مدت یک ماه از تاریخ انتشار فراخوان یعنی از ۱۷ شهریور تا ۱۷ مهر ۱۴۰۵ فرصت دارند که پروپوزال خود را از طریق سامانه کایپر برای بنیاد ملی علم ایران ارسال کنند. شایان ذکر است که مهلت ثبت این پیشنهاده، تاریخ اعلام شده در فراخوان بوده و پیشنهاده‌هایی که پس از این تاریخ ثبت شوند مورد بررسی قرار نخواهند گرفت.

شیوه ثبت‌نام و ارسال درخواست متقاضیان جهت ثبت‌نام می‌توانند به سامانه کایپر مراجعه و از طریق بخش متقاضیان/پژوهشگران اقدام کنند. در صورتی‌که در این سامانه پروفایل مشخصات فردی ندارند ابتدا ‌نام کرده و سپس به وسیله نام کاربری (Email) و رمز عبور اعطا شده وارد سامانه شوند.

پس از ورود در بخش ارسال طرح جدید می‌توانند از کارتابل پژوهش عمیق شرکت‌های دانش‌بنیان اقدام به ارسال طرح کنند. مسئول پاسخگویی پژوهشگران پس از مطالعه توضیحات فراخوان و آیین‌نامه‌های مربوطه در پورتال بنیاد علم، در صورت داشتن هرگونه سؤال در خصوص فرایند ارسال طرح، شرایط و محتوای علمی فراخوان می‌توانند از پروفایل خود در سامانه کایپر با کارگروه دانش‌بنیان از طریق تیکیت، یا ارسال ایمیل به hatamkhani.a@insf.org اقدام کنند یا با شماره تلفن ۰۲۱۸۲۱۶۱۱۵۰ (آقای مهندس حتم‌خانی) تماس بگیرند.