Dorongan Nvidia terhadap PTFE Cetus Persaingan Bahan Papan Litar AI

Bahan tidak melekat yang sudah dikenali memasuki persaingan perkakasan AI

Usaha Nvidia mencari sambungan yang lebih pantas dalam sistem AI menarik perhatian kepada politetrafluoroetilena, atau PTFE, bahan yang paling dikenali menerusi jenama Teflon. Daya tarikannya terletak pada sifat elektriknya: PTFE boleh membantu isyarat merentasi papan litar dengan kehilangan tenaga yang lebih rendah berbanding bahan penebat konvensional.

Cabaran utamanya ialah menghasilkan papan berpuluh-puluh lapisan yang boleh diharap. PTFE sukar melekat pada bahan lain, agak lembut dan memerlukan pemprosesan yang rumit. Sifat ini menyebabkan pengeluar mengambil pendekatan berbeza, daripada berhati-hati hingga melabur, dengan pembekal China merebut peluang manakala syarikat Taiwan menimbang bahan alternatif serta kos pembuatan.

Nvidia mempamerkan papan suis NVLink baharu pada sidang kemuncak Open Compute Project pada awal Oktober. Pemain industri percaya papan itu mungkin menggunakan PTFE. Aplikasi berpotensi termasuk suis untuk Rubin Ultra dan satah tengah ortogon pada masa depan, iaitu papan sambungan yang menghubungkan papan lain yang disusun pada sudut tegak. Jadual pengeluaran yang disahkan dan spesifikasi akhir bahan belum didedahkan.

Persaingan ini tidak terhad kepada satu jenis resin. Kerajang tembaga, fabrik gentian kaca, peralatan penekanan dan kapasiti kilang semuanya berdepan tekanan apabila pelayan AI memerlukan papan yang lebih kompleks. Pelanggan sedang mendapatkan komitmen kapasiti bagi tempoh 2027 hingga 2030, sedangkan penghantaran sesetengah peralatan boleh mengambil masa 30 bulan.

Mengapa Nvidia mahu isyarat bergerak lebih jauh

Pemproses AI perlu bertukar maklumat dalam jumlah yang sangat besar untuk berfungsi bersama. Papan litar bercetak, atau PCB, menempatkan komponen serta menyediakan laluan untuk isyarat elektrik dan kuasa. Apabila kelajuan penghantaran menghampiri 200 gigabit sesaat bagi setiap lorong, mengekalkan keutuhan isyarat menjadi semakin sukar.

PTFE mempunyai kehilangan dielektrik yang sangat rendah, bermakna kurang tenaga isyarat diserap oleh bahan penebat di sekeliling laluan tembaga. Bahan ini sudah digunakan dalam aplikasi yang menuntut prestasi tinggi, termasuk radar tentera, satelit dan radar dalam sistem bantuan pemandu termaju. Memperluas penggunaannya kepada papan pelayan AI yang kompleks akan membawa kelebihan elektrik itu ke dalam cabaran pembuatan yang jauh lebih besar.

Menurut maklumat pemain industri, Nvidia mahu membolehkan pertukaran isyarat pantas secara langsung merentasi papan, sekali gus berpotensi menggantikan sebahagian sambungan kabel tembaga yang rumit. Laluan tembaga yang lebih panjang memberi tuntutan lebih besar kepada bahan sekeliling kerana kehilangan isyarat terkumpul sepanjang perjalanan isyarat.

Optik terbungkus bersama, yang membawa sambungan optik dekat dengan cip pengkomputeran atau pensuisan, merupakan satu lagi laluan kepada komunikasi yang lebih pantas. Sebelum teknologi itu bersedia untuk aplikasi yang sedang dibincangkan, penambahbaikan bahan papan menawarkan pilihan reka bentuk yang lebih segera. Persoalan praktikalnya ialah sama ada pengeluar mampu mencapai prestasi elektrik yang diperlukan pada kos dan jumlah pengeluaran yang boleh diterima.

Sifat yang membantu dalam kuali menyukarkan pembuatan papan

Laminat bersalut tembaga, atau CCL, ialah bahan asas untuk membuat papan litar. Lazimnya, ia menggabungkan kerajang tembaga dengan resin dan pengukuh gentian kaca. Pengeluar memproses dan mencantumkan bahan ini menjadi struktur berlapis yang membawa sambungan elektrik pelayan.

Sistem resin konvensional, termasuk resin epoksi, polifenilena oksida dan hidrokarbon, boleh melekat semasa dipanaskan dan menjadi tegar selepas diawet. Ini menjadikan proses penggerudian, penyaduran dan pemasangan seterusnya lebih mudah diurus. PTFE yang sukar melekat membawa cabaran lebih besar: lapisan perlu kekal bercantum kukuh sepanjang proses pembuatan dan penggunaan.

PTFE juga tidak cukup tegar untuk digunakan sendirian pada keseluruhan papan tebal dan kompleks yang digunakan dalam pelayan AI. Pengeluar lazimnya mempertimbangkan struktur hibrid yang menggabungkan PTFE dengan bahan lebih tegar. Reka bentuk sebegini bertujuan meletakkan bahan dengan kehilangan paling rendah di bahagian yang paling memerlukan isyarat, sambil mengekalkan kekuatan mekanikal di bahagian lain.

Pemprosesannya mungkin memerlukan perubahan besar di kilang. Anggaran industri meletakkan suhu pelaminasian bagi sesetengah papan PTFE berbilang lapisan pada kira-kira 300 darjah Celsius. Barisan pengeluaran PCB biasa mungkin tidak mempunyai peralatan yang sesuai, maka perubahan bahan boleh memerlukan mesin baharu, formula proses yang disemak dan perubahan merentas beberapa pembekal.

Sikap berhati-hati Taiwan bertemu pelaburan China

Pengerusi Unimicron, Tung Ting-yu, berkata Nvidia menghubungi syarikat itu mengenai pembangunan PTFE tiga tahun lalu. Menurut beliau, minat awal Nvidia sebahagiannya didorong oleh kekurangan laminat termaju, dan beliau mempersoalkan sama ada PTFE akan menjadi bahan papan litar arus perdana.

Pu Deyu, ketua penyelidikan elektronik dan komunikasi luar negara di GF Securities, berpandangan berbeza. Beliau berhujah bahawa keperluan itu berpunca daripada reka bentuk produk: bahan M9 termaju sekalipun mungkin sukar memberikan prestasi penghantaran yang mencukupi pada papan yang mempunyai lebih 70 lapisan. Beliau juga berpendapat aplikasi pengkomputeran masa depan di angkasa akan mengukuhkan permintaan terhadap PTFE.

Menurut maklumat pemain industri, pengeluar yang dikaitkan dengan kerja PTFE Nvidia kebanyakannya dari China, kecuali satu pembuat papan Amerika. Mereka termasuk pembekal laminat Shengyi Technology dan pengeluar PCB Victory Giant Technology, yang telah melabur besar dalam peralatan untuk memenuhi keperluan Nvidia.

Peserta tersenarai dari Taiwan termasuk Taiflex, pengeluar laminat fleksibel bersalut tembaga, dan pengeluar litar fleksibel Flexium. Kedua-duanya bukan pembekal utama PCB pelayan AI. Penglibatan mereka menunjukkan peluang ini melangkaui pengeluar papan pelayan tegar sedia ada, walaupun pengeluaran pada skala komersial masih menjadi cabaran utama.

Taiflex dan E Ink menyediakan laluan ke pengeluaran

Lembaga pengarah Taiflex meluluskan memorandum persefahaman dengan E Ink pada 28 Oktober untuk membangunkan bahan PTFE. Rancangan itu menggabungkan bahan Taiflex dengan pengeluaran percubaan dan pengesahan di tapak E Ink di Hsinchu dan Guanyin, Taiwan.

Taiflex akan membekalkan bahan utama dan membangunkan laminat PTFE untuk penghantaran isyarat pantas. E Ink pula akan menyumbang penyelidikan bahan, rawatan permukaan dan pengurusan pembuatan. Rawatan permukaan amat penting bagi bahan yang sukar melekat ini, yang menyukarkan proses fabrikasi.

Pengerusi Taiflex, Chen Yung-heng, berkata syarikat itu telah melabur dalam laminat bersalut tembaga dan bahan elektronik termaju selama bertahun-tahun, termasuk teknologi dan produk PTFE. Kerjasama yang dicadangkan itu menghubungkan usaha pembangunan tersebut dengan kemudahan yang boleh digunakan untuk menguji proses pembuatan.

Kerjasama itu masih memerlukan semakan lembaga pengarah E Ink. Syarat komersial dan butiran pelaksanaan belum dimuktamadkan, manakala sebarang pembuatan kontrak selepas ini bergantung pada kemajuan. Kedua-dua kemudahan itu dirancang sebagai lokasi ujian, bukannya tapak yang disahkan untuk pengeluaran PTFE komersial.

E Ink dan anak syarikat bahannya memegang kira-kira 9% saham Taiflex pada masa yang dinyatakan. Pengerusi E Ink, Johnson Lee, berkata pelaburan dalam Taiflex bermula kira-kira empat tahun lalu. Hubungan operasi yang lebih rapat antara kedua-dua syarikat berkembang melalui beberapa langkah:

• 2 April: Chen Yung-heng menjadi pengerusi Taiflex.
• 27 Mei: E Ink memperoleh empat kerusi lembaga pengarah Taiflex dalam pemilihan lembaga.
• 29 Julai: Johnson Lee menjadi naib pengerusi Taiflex.
• 28 Oktober: Lembaga pengarah Taiflex meluluskan kerjasama PTFE yang dicadangkan.

Lebih banyak lapisan bermakna lebih banyak bahan, bukan sekadar lebih banyak pesanan

Pelayan AI meningkatkan permintaan terhadap laminat sebahagiannya kerana papan mereka mempunyai lebih banyak lapisan. Papan pelayan konvensional mungkin mempunyai kira-kira 16 hingga 20 lapisan, manakala papan pelayan AI kini mencapai 30 hingga 40 lapisan atau lebih. Perbandingan antara 20 dengan 40 lapisan menggambarkan perubahan itu: setiap papan perlu dibina dengan dua kali ganda lapisan, meskipun penggunaan bahan sebenar turut bergantung pada saiz dan reka bentuknya.

Tempoh penghantaran laminat meningkat daripada kira-kira dua hingga empat minggu kepada tiga bulan atau setengah tahun. Sesetengah fabrik gentian kaca termaju dibekalkan melalui kuota, sekali gus mengehadkan jumlah yang boleh diperoleh pelanggan meskipun mereka mahu membuat pesanan lebih besar.

Pengeluaran gentian kaca juga semakin perlahan apabila keperluan menjadi lebih mencabar. Pembekal mengalihkan kapasiti daripada fabrik kaca elektronik konvensional kepada produk yang mempunyai sifat elektrik lebih baik. Menurut anggaran industri, peralihan daripada fabrik lebih tebal kepada versi lebih nipis boleh mengurangkan kapasiti pengeluaran sebanyak 50% hingga 70%.

Morgan Stanley mengenal pasti empat kekangan jangka terdekat: pemprosesan PTFE, bekalan kaca-E nipis yang terhad, tempoh penghantaran mesin penekan pelaminasian EPM yang panjang dan substrat kaca yang dijangka memerlukan dua hingga tiga tahun lagi sebelum dikomersialkan. Kekangan ini menjejaskan peringkat pengeluaran yang berbeza, sekali gus menyukarkan peningkatan pesat bekalan papan siap.

PTFE ialah satu pilihan dalam persaingan bahan yang lebih luas

Menurut Morgan Stanley, pengeluar laminat Taiwan sedang meneroka resin hidrokarbon, gabungan resin hidrokarbon dan PTFE, serta benzocyclobutene yang dikenali sebagai BCB. Pemilihan bergantung pada prestasi elektrik, kemudahan pemprosesan, kos dan keupayaan membekalkan bahan yang seragam dalam jumlah besar.

Fabrik kuarza, yang sering dipanggil fabrik Q, ialah satu lagi calon untuk aplikasi yang mencabar. Sifat elektriknya baik, tetapi harganya boleh mencecah 50 hingga 70 kali ganda fabrik gentian kaca biasa. Kekerasan dan sifat rapuhnya turut menyukarkan penggerudian.

Mata gerudi yang boleh menghasilkan kira-kira 2,000 hingga 3,000 lubang pada papan gentian kaca konvensional mungkin perlu diganti selepas kira-kira 200 lubang pada papan yang menggunakan fabrik kuarza. Angka itu bermakna bahan konvensional membolehkan kira-kira 10 hingga 15 kali lebih banyak lubang dibuat antara penggantian mata gerudi, sekali gus menambah kos pembuatan yang besar kepada pilihan kuarza.

Pengeluar memperkenalkan teknik seperti laser pikosaat dan penggerudian ultrasonik untuk menangani masalah pemprosesan. Pelanggan juga boleh menggunakan reka bentuk bahan campuran, dengan meletakkan laminat M9 atau M10 termaju pada lapisan isyarat yang mencabar dan bahan yang lebih murah di bahagian lain.

Pengerusi Elite Material, Tung Ting-yu, berkata M9 sudah dikeluarkan secara besar-besaran, pengeluaran M10 dijangka meningkat pada tahun berikutnya dan M11 sedang dibangunkan. Kerajang tembaga juga berubah: permukaan yang lebih licin membantu mengurangkan kehilangan apabila isyarat bergerak sepanjang laluan tembaga. Oleh itu, pemilihan resin hanyalah satu bahagian daripada reka bentuk elektrik.

Pelanggan membayar untuk menjamin kapasiti masa depan

Goldman Sachs berkata pelanggan menyokong pelaburan kapasiti bagi tempoh 2027 hingga 2030 melalui perjanjian jangka panjang, subsidi pengembangan, bayaran pendahuluan atau insentif. Elite Material, Zhen Ding Technology dan pengeluar kerajang tembaga Co-Tech menerima permintaan sedemikian. Sesetengah pembekal memilih untuk mengekalkan fleksibiliti berbanding menerima semua aturan yang dicadangkan.

Pembiayaan itu mencerminkan tempoh menunggu yang panjang bagi bahan dan mesin. Pengerusi merangkap ketua pegawai strategi Unimicron, Chien Shan-chieh, berkata tempoh penghantaran bagi kira-kira 80% peralatan telah bertambah panjang, dengan sesetengah mesin kritikal mengambil masa sehingga 30 bulan. Beliau menganggarkan kekurangan bahan utama boleh mencapai 20% hingga 40% daripada keperluan pada 2027.

Nvidia juga sedang mendapatkan lebih banyak kapasiti untuk substrat cip, iaitu struktur berpendawaian halus yang menghubungkan cip dengan bahagian lain sistem. Syarikat itu dilaporkan merancang meningkatkan kapasiti berkaitan kepada 2.5 kali ganda paras semasa dalam tempoh tiga tahun dan telah membuat bayaran pendahuluan kapasiti bernilai berbilion dolar AS kepada IBIDEN di Jepun.

Substrat dan PCB pelayan mempunyai fungsi berbeza, tetapi kedua-duanya menerima pelaburan susulan pengembangan perkakasan AI yang sama. Pelanggan mengeluarkan wang lebih awal kerana pembinaan kilang, pemasangan peralatan dan kelulusan produk mengambil masa jauh lebih lama berbanding membuat pesanan belian.

Kilang baharu tetap memerlukan bahan yang diluluskan

Co-Tech merancang melabur NT$8 bilion hingga NT$10 bilion di sebuah kilang di Malaysia yang dirancang mempunyai kapasiti 30,000 tan, dengan sasaran menghasilkan kerajang tembaga HVLP4 termaju. Produk HVLP5 juga telah dikemukakan sebagai sampel. Dua fasa pertama kilang Taiwan Union Technology di Thailand dirancang menyediakan kapasiti gabungan bulanan sebanyak 1.2 juta keping laminat, manakala tanah untuk fasa ketiga telah diperuntukkan.

Kekurangan bahan mentah masih menjadi kebimbangan besar meskipun rancangan pengembangan itu. Pengerusi ITEQ, Chen Chin-tsai, menyifatkan kekurangan bahan sebagai cabaran terbesar syarikat. Pengurus besar Tsai Hsin-min berkata harga fabrik gentian kaca meningkat hampir setiap bulan dan bekalan mungkin hanya mula pulih pada separuh kedua 2027 atau pada 2028.

Pelanggan akhir juga semakin mengawal pemilihan bahan. Selepas meluluskan sesuatu bahan, mereka boleh mewajibkan pengeluar PCB menggunakan produk khusus itu. Oleh itu, pembekal bersaing bukan sahaja dari segi kehilangan isyarat paling rendah, tetapi juga dari segi kualiti yang boleh diharap dan pengeluaran yang konsisten.

Usaha Nvidia menerapkan PTFE menghimpunkan semua tuntutan ini. Bahan yang membolehkan sambungan lebih pantas juga perlu tahan terhadap proses penekanan, penggerudian, penyaduran dan pemasangan merentasi banyak lapisan. Pelaburan China, alternatif dari Taiwan dan kerjasama Taiflex mewakili usaha berbeza untuk memenuhi keperluan praktikal yang sama: membekalkan papan yang berfungsi secara konsisten dalam jumlah besar.

Perkara Utama

• Nvidia sedang meneroka PTFE untuk sambungan AI yang menuntut prestasi tinggi kerana bahan itu kehilangan kurang tenaga isyarat berbanding bahan penebat konvensional.
• Sifat PTFE yang sukar melekat, lembut dan memerlukan pemprosesan khusus menyukarkan pengeluaran papan dengan banyak lapisan.
• Pembekal China sedang melabur, manakala pengeluar Taiwan meneroka kerjasama PTFE dan bahan alternatif.
• Kerjasama yang dicadangkan antara Taiflex dengan E Ink menyasarkan ujian di dua tapak di Taiwan, namun kelulusan dan syarat komersial masih belum dimuktamadkan.
• Tempoh penghantaran laminat meningkat kepada tiga bulan atau setengah tahun apabila bekalan gentian kaca, kerajang tembaga dan peralatan semakin ketat.
• Pelanggan menyokong kapasiti bagi tempoh 2027 hingga 2030, sementara pengeluar perlu mengimbangi prestasi elektrik, kos dan pengeluaran yang boleh diharap.