Avanço da Nvidia com PTFE acirra disputa por materiais para placas de circuito de IA

Um material antiaderente conhecido entra na corrida por hardware de IA

A busca da Nvidia por conexões mais rápidas dentro de sistemas de IA está chamando a atenção para o politetrafluoroetileno, ou PTFE, material mais conhecido pela marca Teflon. Seu atrativo é elétrico: o PTFE pode ajudar os sinais a percorrerem uma placa de circuito com menor perda de energia do que em materiais isolantes convencionais.

O desafio é transformar essa vantagem em placas confiáveis com dezenas de camadas. O PTFE não adere facilmente a outros materiais, é relativamente macio e exige um processamento difícil. Essas características dividiram os fabricantes entre cautela e investimento, com fornecedores chineses buscando oportunidades e empresas taiwanesas avaliando materiais concorrentes e custos de fabricação.

A Nvidia apresentou uma nova placa de comutação NVLink em uma cúpula do Open Compute Project no início de outubro, que participantes do setor acreditam poder usar PTFE. As possíveis aplicações incluem comutadores para o Rubin Ultra e futuros planos intermediários ortogonais, placas de conexão que unem outras placas dispostas em ângulos retos. Não foram divulgados um cronograma de produção confirmado nem as especificações finais dos materiais.

A disputa vai além de uma única resina. Folhas de cobre, tecidos de fibra de vidro, equipamentos de prensagem e capacidade fabril estão sob pressão, à medida que os servidores de IA exigem placas mais complexas. Os clientes buscam compromissos de capacidade que cubram o período de 2027 a 2030, enquanto a entrega de alguns equipamentos pode levar 30 meses.

Por que a Nvidia quer que os sinais percorram distâncias maiores

Os processadores de IA precisam trocar enormes quantidades de informação para funcionar em conjunto. Uma placa de circuito impresso, ou PCB, abriga componentes e oferece caminhos para sinais elétricos e energia. À medida que a transmissão se aproxima de 200 gigabits por segundo por canal, fica cada vez mais difícil manter esses sinais íntegros.

O PTFE tem perda dielétrica muito baixa, o que significa que menos energia do sinal é absorvida pelo material isolante ao redor de um caminho de cobre. Ele já é usado em aplicações exigentes, como radares militares, satélites e radares empregados em sistemas avançados de assistência ao motorista. Ampliar seu uso para placas complexas de servidores de IA levaria essa vantagem elétrica a um desafio de fabricação muito maior.

Segundo relatos do setor, a Nvidia quer viabilizar a troca rápida de sinais diretamente entre placas, possivelmente substituindo algumas conexões complexas de cabos de cobre. Caminhos mais longos de cobre impõem exigências maiores ao material ao redor, pois a perda de sinal se acumula à medida que ele percorre essa distância.

A óptica coempacotada, que aproxima as conexões ópticas dos chips de computação ou comutação, é outra alternativa para acelerar a comunicação. Antes que essa tecnologia esteja pronta para as aplicações em discussão, melhorar o material da placa oferece uma opção de projeto mais imediata. A questão prática é se os fabricantes conseguem oferecer o desempenho elétrico exigido a um custo e em volumes de produção aceitáveis.

A característica que ajuda na frigideira complica a fabricação de placas

O laminado revestido de cobre, ou CCL, é um material básico para a fabricação de placas de circuito. Em geral, ele combina folha de cobre com resina e reforço de fibra de vidro. Os fabricantes processam e unem esses materiais para formar a estrutura em camadas que conduz as conexões elétricas de um servidor.

Sistemas convencionais de resina, como epóxi, óxido de polifenileno e resinas de hidrocarbonetos, podem se unir durante o aquecimento e se tornar rígidos após a cura. Isso facilita relativamente as etapas seguintes de perfuração, metalização e montagem. A resistência do PTFE à adesão cria uma tarefa mais difícil: as camadas precisam permanecer firmemente unidas durante a fabricação e o funcionamento.

O PTFE também não tem a rigidez necessária para ser usado sozinho em toda a espessura das placas complexas dos servidores de IA. Em geral, os fabricantes avaliam estruturas híbridas que combinam PTFE com materiais mais rígidos. Esses projetos buscam colocar o material de menor perda onde os sinais mais precisam dele, mantendo a resistência mecânica nas demais áreas.

O processamento pode exigir mudanças importantes nas fábricas. Estimativas do setor apontam que a temperatura de laminação de algumas placas multicamadas de PTFE chega a cerca de 300 graus Celsius. Linhas convencionais de produção de PCB podem não ter equipamentos adequados, o que significa que a mudança de material pode exigir novas máquinas, receitas de processamento revisadas e alterações em vários fornecedores.

A cautela de Taiwan encontra o investimento da China

O presidente da Unimicron, Tung Ting-yu, disse que a Nvidia procurou a empresa para desenvolver PTFE três anos antes. Segundo ele, o interesse inicial da Nvidia foi, em parte, uma resposta à escassez de laminados avançados, e ele questionou se o PTFE se tornará um material amplamente usado em placas de circuito.

Pu Deyu, responsável pela pesquisa de eletrônicos e comunicações internacionais na GF Securities, tem uma visão diferente. Ele argumenta que a necessidade decorre do projeto dos produtos: até mesmo o material avançado M9 pode ter dificuldade para oferecer desempenho de transmissão suficiente em placas com mais de 70 camadas. Ele também acredita que futuras aplicações de computação no espaço podem impulsionar a demanda por PTFE.

Segundo relatos do setor, os fabricantes associados ao trabalho da Nvidia com PTFE são predominantemente chineses, com exceção de uma fabricante americana de placas. Entre eles estão a fornecedora de laminados Shengyi Technology e a fabricante de PCBs Victory Giant Technology, que investiu pesadamente em equipamentos destinados a atender à Nvidia.

Entre as empresas taiwanesas listadas estão a Taiflex, fabricante de laminado flexível revestido de cobre, e a fabricante de circuitos flexíveis Flexium. Nenhuma das duas é uma fornecedora líder de PCBs para servidores de IA. Sua participação mostra que a oportunidade vai além dos produtores tradicionais de placas rígidas para servidores, embora a escala comercial continue sendo um desafio central.

Taiflex e E Ink preparam caminho para a produção

Em 28 de outubro, o conselho da Taiflex aprovou um memorando de entendimento com a E Ink para desenvolver materiais de PTFE. O plano prevê combinar os materiais da Taiflex com produção experimental e validação nas unidades da E Ink em Hsinchu e Guanyin, em Taiwan.

A Taiflex forneceria materiais essenciais e desenvolveria laminados de PTFE para transmissão rápida de sinais. A E Ink contribuiria com pesquisa de materiais, tratamento de superfície e gestão da fabricação. O tratamento de superfície é particularmente relevante para um material cuja resistência à adesão dificulta a fabricação.

O presidente da Taiflex, Chen Yung-heng, disse que a empresa investe há anos em laminados revestidos de cobre e materiais eletrônicos avançados, incluindo tecnologia e produtos de PTFE. A cooperação proposta conecta esse trabalho de desenvolvimento às instalações onde os processos de fabricação podem ser testados.

A parceria ainda precisa ser analisada pelo conselho da E Ink. Os termos comerciais e os detalhes de execução seguem indefinidos, e qualquer contrato de fabricação posterior dependerá do andamento do projeto. As duas unidades são locais previstos para testes, não locais confirmados para a produção comercial de PTFE.

A E Ink e sua subsidiária de materiais detinham, juntas, cerca de 9% da Taiflex no período mencionado. O presidente da E Ink, Johnson Lee, disse que o investimento na Taiflex começou cerca de quatro anos antes. A relação operacional mais estreita entre as empresas se desenvolveu em várias etapas:

• 2 de abril: Chen Yung-heng tornou-se presidente da Taiflex.
• 27 de maio: a E Ink garantiu quatro assentos no conselho da Taiflex em uma eleição para o conselho.
• 29 de julho: Johnson Lee tornou-se vice-presidente da Taiflex.
• 28 de outubro: o conselho da Taiflex aprovou a cooperação proposta em PTFE.

Mais camadas significam mais material, não apenas mais pedidos

Os servidores de IA estão elevando a demanda por laminados, em parte porque suas placas têm mais camadas. Placas convencionais para servidores podem ter cerca de 16 a 20 camadas, enquanto as de servidores de IA já chegam a 30 ou 40 camadas, ou mais. Comparar 20 com 40 camadas ilustra a mudança: cada placa precisa incorporar o dobro de camadas, embora o consumo efetivo de material também dependa do tamanho e do projeto da placa.

Os prazos de entrega dos laminados passaram de cerca de duas a quatro semanas para três meses ou meio ano. Alguns tecidos avançados de fibra de vidro estão sendo fornecidos por meio de cotas, limitando a quantidade que cada cliente pode obter, mesmo quando quer fazer pedidos maiores.

A produção de fibra de vidro também está ficando mais lenta à medida que as exigências aumentam. Os fornecedores estão transferindo capacidade da produção de tecidos convencionais de vidro para eletrônicos para produtos com melhores propriedades elétricas. Segundo estimativas do setor, a mudança de tecidos mais grossos para versões mais finas pode reduzir a capacidade de produção entre 50% e 70%.

O Morgan Stanley aponta quatro gargalos de curto prazo: processamento de PTFE, oferta restrita de tecido de vidro E fino, longos prazos de entrega de prensas de laminação EPM e substratos de vidro que, segundo a instituição, ainda precisarão de mais dois a três anos para chegar à comercialização. Esses gargalos afetam diferentes etapas da produção, dificultando um aumento rápido da oferta de placas prontas.

O PTFE é uma opção em uma disputa mais ampla por materiais

Segundo o Morgan Stanley, fabricantes taiwaneses de laminados estão explorando resinas de hidrocarbonetos, combinações de resina de hidrocarbonetos e PTFE, além de benzociclobuteno, conhecido como BCB. A escolha depende do desempenho elétrico, da facilidade de processamento, do custo e da capacidade de fornecer material consistente em grandes quantidades.

O tecido de quartzo, muitas vezes chamado de tecido Q, é outra opção para aplicações exigentes. Ele tem propriedades elétricas favoráveis, mas pode custar de 50 a 70 vezes mais do que o tecido comum de fibra de vidro. Sua dureza e fragilidade também dificultam a perfuração.

Uma broca que consegue fazer cerca de 2.000 a 3.000 furos em uma placa convencional de fibra de vidro pode precisar ser trocada após aproximadamente 200 furos em uma placa que usa tecido de quartzo. Esses números indicam que o material convencional permite fazer cerca de 10 a 15 vezes mais furos entre as trocas, o que acrescenta um custo de fabricação considerável à opção de quartzo.

Os fabricantes estão introduzindo técnicas como lasers de picossegundos e perfuração ultrassônica para resolver problemas de processamento. Os clientes também podem usar projetos com materiais mistos, colocando laminados avançados M9 ou M10 nas camadas de sinal mais exigentes e materiais mais baratos nas demais.

O presidente da Elite Material, Tung Ting-yu, disse que o M9 já está em produção em massa, que se espera um aumento da produção do M10 no ano seguinte e que o M11 está em desenvolvimento. A folha de cobre também está mudando: superfícies mais lisas ajudam a reduzir as perdas à medida que os sinais percorrem os caminhos de cobre. Portanto, a escolha da resina é apenas uma parte do projeto elétrico.

Clientes pagam para garantir capacidade futura

O Goldman Sachs afirma que os clientes estão apoiando investimentos em capacidade para o período de 2027 a 2030 por meio de contratos de longo prazo, subsídios à expansão, pagamentos antecipados ou incentivos. A Elite Material, a Zhen Ding Technology e a fabricante de folhas de cobre Co-Tech receberam solicitações desse tipo. Alguns fornecedores preferem manter flexibilidade em vez de aceitar todos os acordos propostos.

O financiamento reflete os longos prazos de espera tanto por materiais quanto por máquinas. O presidente e diretor de estratégia da Unimicron, Chien Shan-chieh, disse que os prazos de entrega aumentaram para cerca de 80% dos equipamentos, com algumas máquinas essenciais levando até 30 meses. Ele estima que a escassez de materiais essenciais poderá chegar a 20% a 40% das necessidades em 2027.

A Nvidia também está buscando mais capacidade para substratos de chips, estruturas com fiação fina que conectam os chips ao restante do sistema. Segundo relatos, a empresa planeja ampliar a capacidade relacionada para 2,5 vezes o nível atual em três anos e forneceu bilhões de dólares em adiantamentos para garantir capacidade à japonesa IBIDEN.

Substratos e PCBs para servidores têm funções diferentes, mas ambos estão atraindo investimentos impulsionados pela expansão do hardware de IA. Os clientes estão comprometendo recursos com maior antecedência porque a construção de fábricas, a instalação de equipamentos e a qualificação de produtos levam muito mais tempo do que fazer um pedido de compra.

Novas fábricas ainda precisarão de materiais qualificados

A Co-Tech planeja investir de NT$ 8 bilhões a NT$ 10 bilhões em uma fábrica na Malásia, com capacidade prevista de 30 mil toneladas e foco em folhas de cobre avançadas HVLP4. Produtos HVLP5 também foram enviados como amostras. As duas primeiras fases da fábrica da Taiwan Union Technology na Tailândia devem oferecer, juntas, capacidade mensal de 1,2 milhão de folhas de laminado, com terreno reservado para uma terceira fase.

A escassez de matérias-primas continua sendo uma grande preocupação, apesar desses planos de expansão. O presidente da ITEQ, Chen Chin-tsai, apontou a insuficiência de materiais como o maior desafio da empresa. O gerente-geral Tsai Hsin-min disse que os preços do tecido de fibra de vidro estão subindo quase todo mês e que a oferta pode começar a se normalizar apenas no segundo semestre de 2027 ou em 2028.

Os clientes finais também estão assumindo maior controle sobre a escolha dos materiais. Depois de qualificar um material, eles podem exigir que os fabricantes de PCB usem aquele produto específico. Por isso, os fornecedores competem tanto pela qualidade confiável e pela produção consistente quanto pela menor perda de sinal.

A iniciativa da Nvidia com PTFE reúne essas exigências. Um material que permite conexões mais rápidas também precisa resistir à prensagem, perfuração, metalização e montagem em muitas camadas. Os investimentos chineses, as alternativas taiwanesas e a parceria da Taiflex são diferentes esforços para atender à mesma exigência prática: entregar placas que funcionem de forma consistente em grandes volumes.

Principais pontos

• A Nvidia está avaliando o PTFE para conexões exigentes de IA porque ele perde menos energia do sinal do que os materiais isolantes convencionais.
• A resistência do PTFE à adesão, sua maciez e as exigências de processamento complicam a fabricação de placas com muitas camadas.
• Fornecedores chineses estão investindo, enquanto fabricantes taiwaneses buscam parcerias em PTFE e materiais alternativos.
• A cooperação proposta entre Taiflex e E Ink prevê testes em duas unidades taiwanesas, mas ainda depende de aprovações e da definição dos termos comerciais.
• Os prazos de entrega dos laminados aumentaram para três meses ou meio ano, enquanto a oferta de fibra de vidro, folha de cobre e equipamentos fica mais restrita.
• Os clientes estão apoiando a expansão da capacidade para o período de 2027 a 2030, enquanto os fabricantes precisam equilibrar desempenho elétrico, custo e confiabilidade da produção.