英伟达，盯上特氟龙？ - 电竞赛事

AI服务器的硬件竞赛，已蔓延至PCB材料领域。

据消息，英伟达正评估将PTFE（聚四氟乙烯）用于下一代AI服务器的高速PCB，潜在应用场景是Rubin Ultra的NVSwitch交换板。PTFE这个名字可能陌生，但换个说法就熟悉了：特氟龙，常用于不粘锅涂层。英伟达看重的自然不是不粘特性，而是它传输高频高速信号时损耗较低。

Rubin Ultra的材料路线近期也有调整。SemiAnalysis在8月20日发布《PTFE Pushing Copper Further》，文中指出英伟达仍计划在NVSwitch板上使用PTFE，但方案已非市场此前热炒的“全面取代玻纤布”，而是采用PTFE Core + M9 Prepreg的混合架构。

从全面替代退至混合，说明难点不仅在于材料性能。信号损耗需降低，高多层PCB还需实现量产、确保产能，这才是这条路真正要克服的挑战。

为何选择特氟龙？

AI集群规模持续扩大，GPU间的数据交换量不断增加，NVLink等高速互连的速率也在提升。芯片计算速度再快，若数据在GPU、交换芯片及其他硬件间传输不稳，整套系统的效率仍会受限。当速率达到单通道200Gbps时，PCB走线上的信号损耗已不可忽视。

具体频率有多高？200Gbps通道通常采用PAM4调制，奈奎斯特频率约为50GHz。信号频率越高，PCB上的损耗越大，板材的选择因此更为关键。

PCB损耗主要来自两方面。一是导体损耗：高频下电流会集中至铜线表面，即趋肤效应，50GHz时趋肤深度仅零点几微米，铜箔表面粗糙度直接影响损耗，这也解释了低粗糙度铜箔（HVLP）为何日益受重视。二是介质损耗：铜线周围的绝缘介质会吸收部分电磁能量，频率越高越明显。AI服务器的PCB走线日益复杂，层数增多，信号路径变长，板材本身的电气性能成为设计时无法回避的变量。

近年来，高速覆铜板持续向低介电常数、低介电损耗方向发展：从传统环氧树脂，到PPO/PPE、Hydrocarbon，再到M8、M9等高端材料，目的均为让高速信号传输更顺畅。PTFE被关注，因其在低损耗方面优势更突出。

SemiAnalysis提供的数据显示，PTFE在10GHz下的介电常数Dk约为2.1，介电损耗因子Df约为0.0003，低于一般的PPO/PPE和Hydrocarbon树脂。Dk反映材料对电场的响应程度，Df反映电磁能量在介质中的损耗量。对高速PCB而言，Df越低，信号传输后剩余能量越多。需补充的是，这是10GHz下的数据，而实际工作频段更高。PTFE的特点在于Df随频率变化极小，即便在几十GHz时仍保持很低水平，因此高频段的优势比10GHz下更显著。

PTFE的另一吸引力与玻纤布相关。常规PCB基材由树脂加玻纤布构成，玻纤与树脂的介电常数不同，而玻纤编织不均匀，信号走线若压在玻纤束或树脂区上，局部Dk会产生差异，即玻纤效应。差分对的两根线若经过不同区域，传播速度会有差异，导致时序偏差（skew），速率越高问题越突出。PTFE核心层玻纤含量极少，甚至不含玻纤，这一问题天然较轻。因此市场此前传闻“全面替代玻纤布”，动机不仅在于低Df。

英伟达计划将PTFE用于NVSwitch板，也是出于此因。Rubin Ultra需进一步扩大GPU互连规模，交换芯片需处理大量数据，交换板和中板的速率要求更高。Wccftech提到，部分高端PCB层数已超70层，即便采用顶级M9，也可能难以满足未来信号需求。现有材料体系可能不足，因此需寻找介电损耗更低的材料。

制造难度大

PTFE的电气性能并非最大问题，制造环节才是挑战。

此前市场传闻Rubin Ultra可能用PTFE全面取代玻纤布，这一说法忽略了一个现实问题：材料电气性能再好，也需通过钻孔、压合、电镀等工序，最终制成可靠的多层板。

PTFE化学性质极为稳定，表面能低，难以与其他材料粘合。这使其成为优质低损耗介质，但也给PCB厂商带来难题。

首先是钻孔。PTFE较软，且为热塑性材料，钻孔时因摩擦发热易软化，导致孔壁残留和毛边。若材料中掺有玻纤或其他填料，软硬不一，钻孔难度更大，孔壁质量和尺寸精度会受影响。高多层板还需进行背钻，去除通孔中多余的铜柱（stub），以避免高频下信号反射。背钻对深度和位置精度要求极高，钻孔质量不稳时，背钻也会受影响。

钻孔后，金属化更为复杂。传统PCB钻孔后需除胶渣、化学沉铜、电镀，以可靠连通各层。但PTFE表面过于稳定，普通PCB使用的高锰酸盐除胶渣工艺基本无效，铜也难以直接附着。厂商需采用特殊化学处理或等离子体处理活化表面，提高表面能，铜层才能较好附着。

多层压合同样棘手。PTFE熔点约327°C，远高于环氧体系常用的压合温度，加工条件差异大，不同材料混在同一板中，压合工艺需重新调整。PTFE与其他材料的粘结本身也是难点，通常需依赖专用粘结片解决。此外，PTFE较软，受压会缓慢变形（冷流），压合时的压力和厚度控制也更困难。

热膨胀问题也不容忽视。纯PTFE的Z轴热膨胀系数很高，远大于铜的约17ppm/°C，加入填料后会降低，但仍有差距。高温压合和反复热循环时，层间尺寸变化会影响通孔可靠性，严重时会导致铜层疲劳开裂。板子越厚、层数越多，这一问题越突出。

这些问题在普通高频PCB上已难解决，放在几十层、需长期稳定运行的AI服务器交换板上，只会更加棘手。

因此SemiAnalysis披露的混合方案显得更合理。与之前传闻的全无玻纤方案不同，PTFE Core + M9 Prepreg仅在部分核心层使用PTFE，其他层仍采用M9级别的半固化片。PTFE负责降低关键高速信号路径上的介质损耗，M9提供机械支撑，加工工艺也相对成熟，整体制造难度因此降低。

一块高多层PCB，并非每层都需承担相同的高速传输任务。将PTFE用于对损耗要求最高的关键层，其余部分采用成熟度更高的M9，既利用了PTFE的电气优势，又避免了整板全用PTFE的制造难题。当然，混合叠构也有代价：两种材料的热膨胀和收缩不同，叠构设计若不对称，板子易翘曲，这是设计时需专门控制之处。

因此Rubin Ultra材料路线的此次调整，并非PTFE方案让步，更像是思路转向务实：不追求整板仅用一种材料，而是按各层功能和信号要求进行配置。

推动铜互连向前迈进

PTFE的意义不止于更换一种PCB材料。SemiAnalysis将报告命名为《PTFE Pushing Copper Further》，已点明背后更大的产业逻辑：光互连在进步，但行业仍希望尽量延长铜互连的使用范围。

AI集群内部的互连正在变化。随着GPU数量和集群规模增长，传统铜连接在传输距离、信号损耗和带宽上压力增大，光互连因此受重视，CPO也被视为未来高速互连的重要方向。

不过，铜与光并非简单的替代关系。

英伟达公布的Vera Rubin Ultra NVL576系统，将8个机架整合为一个576 GPU的NVLink Domain，每个机架配备72颗Rubin Ultra GPU，其中铜连接和直接光学连接均被采用。这表明未来的AI Scale-up网络不会仅依赖一种传输技术，而是按距离、带宽和功耗需求，让铜和光各自发挥作用。

在短距离连接上，铜在成本、功耗和制造成熟度方面仍有优势。只要信号损耗能持续降低，铜的速率仍有提升空间。PTFE的价值正在于此：它并非取代光互连，而是改善PCB的介质性能，使高速电信号在铜线路中传输更远、更稳定。

PTFE、M9/M10、Low-Dk玻纤、Q布、低粗糙度铜箔，这些材料体系各不相同，但指向同一目标：降低高速信号传输中的损耗。前面所述的介质损耗和导体损耗，正好对应这两类材料：PTFE、M9/M10、Low-Dk玻纤和Q布用于降低介质损耗，低粗糙度铜箔用于降低导体损耗。

这也意味着，未来高端PCB的材料竞争，可能不会由某一种材料主导，而是按板卡类型和各层信号要求搭配使用。高速交换板和中板可能多一个PTFE选项，其他计算板和通用高速PCB，成熟的低损耗材料仍有其位置。

当然，PTFE能否真正进入Rubin Ultra的量产设计，仍需等待最终验证。仅电气性能达标不够，钻孔、压合、金属化、热循环可靠性和整体良率均需过关。

从GPU、HBM到交换芯片，再到如今的PCB基材，AI基础设施的升级持续向更底层深入。英伟达关注特氟龙，表面上是寻找一种新的低损耗材料，实则是在为下一代高速互连争取更多空间。芯片间数据传输日益关键，连承载数据的电路板也卷入了技术竞争。

本文来自微信公众号“半导体行业观察”（ID：icbank），作者：编辑部，36氪经授权发布。