A aposta da Nvidia no PTFE desencadeia disputa pelos materiais das placas de circuito para IA

Um material antiaderente conhecido entra na corrida pelo hardware de IA

A procura da Nvidia por ligações mais rápidas no interior dos sistemas de IA está a chamar a atenção para o politetrafluoroetileno, ou PTFE, o material mais conhecido pela marca Teflon. A sua vantagem é elétrica: o PTFE pode ajudar os sinais a percorrer uma placa de circuito com menos perda de energia do que os materiais isolantes convencionais.

O desafio é transformar essa vantagem em placas fiáveis com dezenas de camadas. O PTFE resiste à aderência a outros materiais, é relativamente macio e exige um processamento difícil. Estas propriedades dividem os fabricantes entre a cautela e o investimento, com fornecedores chineses a procurar oportunidades e empresas taiwanesas a ponderar materiais alternativos e custos de produção.

No início de outubro, a Nvidia apresentou uma nova placa para o comutador NVLink numa cimeira do Open Compute Project que, segundo participantes do setor, poderá utilizar PTFE. Entre as aplicações potenciais estão os comutadores para o Rubin Ultra e futuros planos médios ortogonais, placas de ligação que unem outras placas dispostas em ângulo reto. Não foram divulgados um calendário de produção confirmado nem as especificações finais dos materiais.

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

Porque quer a Nvidia que os sinais percorram distâncias maiores

Os processadores de IA têm de trocar enormes quantidades de informação para funcionarem em conjunto. Uma placa de circuito impresso, ou PCB, aloja componentes e fornece percursos para os sinais elétricos e a alimentação. À medida que a transmissão se aproxima dos 200 gigabits por segundo por via, torna-se cada vez mais difícil manter esses sinais intactos.

O PTFE tem perdas dielétricas muito baixas, o que significa que o material isolante em torno de um percurso de cobre absorve menos energia do sinal. Já é utilizado em aplicações exigentes, incluindo radares militares, satélites e radares usados em sistemas avançados de assistência à condução. Estender a sua utilização a placas complexas para servidores de IA levaria essa vantagem elétrica para um desafio de fabrico muito maior.

Segundo relatos do setor, a Nvidia pretende permitir a troca rápida de sinais diretamente entre placas, substituindo potencialmente algumas ligações complexas por cabos de cobre. Os percursos de cobre mais longos impõem maiores exigências ao material envolvente, porque a perda de sinal se acumula à medida que este se propaga.

A ótica co-embalada, que aproxima as ligações óticas dos chips de computação ou comutação, é outra via para acelerar as comunicações. Antes de essa tecnologia estar pronta para as aplicações em discussão, melhorar o material da placa oferece uma opção de conceção mais imediata. A questão prática é saber se os fabricantes conseguem proporcionar o desempenho elétrico necessário a um custo e num volume de produção aceitáveis.

A propriedade útil numa frigideira complica o fabrico de uma placa

O laminado revestido a cobre, ou CCL, é um material de base para placas de circuito. Combina normalmente folha de cobre com resina e reforço de fibra de vidro. Os fabricantes processam e unem estes materiais para criar a estrutura em camadas que transporta as ligações elétricas de um servidor.

Os sistemas de resina convencionais, incluindo resinas epóxi, de óxido de polifenileno e de hidrocarbonetos, podem aderir durante o aquecimento e tornar-se rígidos após a cura. Isso torna relativamente simples a perfuração, a metalização e a montagem posteriores. A resistência do PTFE à aderência torna a tarefa mais difícil: as camadas têm de permanecer firmemente unidas durante o fabrico e a utilização.

O PTFE também não tem a rigidez necessária para ser usado isoladamente em toda a espessura das placas complexas utilizadas nos servidores de IA. Em geral, os fabricantes ponderam estruturas híbridas que combinam PTFE com materiais mais rígidos. Estas conceções procuram colocar o material com menores perdas onde os sinais mais precisam dele, mantendo a resistência mecânica noutras zonas.

O processamento pode exigir alterações significativas nas fábricas. Segundo estimativas do setor, a temperatura de laminação de algumas placas multicamada de PTFE ronda os 300 graus Celsius. As linhas de produção convencionais de PCB podem não dispor de equipamento adequado, pelo que a mudança de material pode exigir novas máquinas, receitas de produção revistas e alterações junto de vários fornecedores.

A cautela de Taiwan cruza-se com o investimento chinês

Tung Ting-yu, presidente da Unimicron, afirmou que a Nvidia contactou a empresa três anos antes para desenvolver PTFE. O seu relato enquadra o interesse inicial da Nvidia, em parte, como uma resposta à escassez de laminados avançados, e Tung questionou se o PTFE se tornará um material de uso generalizado nas placas de circuito.

Pu Deyu, responsável pela investigação de eletrónica e comunicações internacionais da GF Securities, tem uma perspetiva diferente. Defende que a necessidade decorre da conceção dos produtos: mesmo o avançado material M9 poderá ter dificuldade em proporcionar um desempenho de transmissão suficiente em placas com mais de 70 camadas. Considera também que futuras aplicações de computação no espaço reforçarão a procura de PTFE.

Segundo relatos do setor, os fabricantes associados ao trabalho da Nvidia com PTFE são predominantemente chineses, com exceção de um fabricante norte-americano de placas. Entre eles estão o fornecedor de laminados Shengyi Technology e o fabricante de PCB Victory Giant Technology, que investiu fortemente em equipamento destinado a servir a Nvidia.

Entre os participantes cotados em Taiwan estão a Taiflex, fabricante de laminados flexíveis revestidos a cobre, e a Flexium, fabricante de circuitos flexíveis. Nenhuma das duas é um fornecedor de referência de PCB para servidores de IA. A sua participação mostra que a oportunidade vai além dos produtores estabelecidos de placas rígidas para servidores, embora a escala comercial continue a ser um desafio central.

Taiflex e E Ink preparam uma via para a produção

A 28 de outubro, o conselho de administração 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 a produção experimental e a validação nas instalações da E Ink em Hsinchu e Guanyin, em Taiwan.

A Taiflex forneceria materiais essenciais e desenvolveria laminados de PTFE para transmissão de sinais a alta velocidade. A E Ink contribuiria com investigação de materiais, tratamento de superfícies e gestão da produção. O tratamento de superfícies é particularmente relevante num material cuja resistência à aderência dificulta o fabrico.

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

A parceria ainda tem de ser analisada pelo conselho de administração da E Ink. As condições comerciais e os pormenores da execução continuam por definir, e qualquer produção contratada posterior dependerá dos progressos. As duas instalações estão previstas como locais de teste, não como unidades confirmadas para produção comercial de PTFE.

A E Ink e a sua subsidiária de materiais detinham, em conjunto, cerca de 9% da Taiflex na altura referida. Johnson Lee, presidente da E Ink, afirmou que o investimento na Taiflex começou cerca de quatro anos antes. A relação operacional mais estreita entre as empresas desenvolveu-se em várias etapas:

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

Mais camadas significam mais material, não apenas mais encomendas

A procura de laminados está a aumentar, em parte, porque as placas dos servidores de IA têm mais camadas. As placas convencionais para servidores podem ter cerca de 16 a 20 camadas, enquanto as dos servidores de IA já chegam às 30 a 40 ou mais. A comparação entre 20 e 40 camadas ilustra a mudança: é preciso incorporar o dobro das camadas em cada placa, embora o consumo real de material também dependa das dimensões e da conceção da placa.

Os prazos de entrega dos laminados passaram de cerca de duas a quatro semanas para três meses ou meio ano. Alguns tecidos de fibra de vidro avançados são fornecidos através de quotas, limitando a quantidade que cada cliente pode obter, mesmo quando pretende encomendar mais.

A produção de fibra de vidro também está a abrandar à medida que os requisitos se tornam mais exigentes. Os fornecedores estão a transferir capacidade do tecido de vidro eletrónico convencional para produtos com melhores propriedades elétricas. Segundo estimativas do setor, a passagem de tecidos mais espessos para versões mais finas pode reduzir a capacidade de produção entre 50% e 70%.

A Morgan Stanley identifica quatro constrangimentos a curto prazo: o processamento do PTFE, a escassez de tecido de vidro E fino, os longos prazos de entrega das prensas de laminação EPM e os substratos de vidro que, segundo a instituição, ainda deverão demorar dois a três anos a chegar à comercialização. Estes constrangimentos afetam diferentes fases da produção, dificultando um aumento rápido da oferta de placas acabadas.

O PTFE é uma opção numa disputa mais ampla entre materiais

Segundo a Morgan Stanley, os fabricantes taiwaneses de laminados estão a explorar resinas de hidrocarbonetos, combinações de resina de hidrocarbonetos e PTFE, e 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 tecido Q, é outra opção para aplicações exigentes. Tem propriedades elétricas favoráveis, mas pode custar 50 a 70 vezes mais do que o tecido de fibra de vidro comum. A sua dureza e fragilidade também dificultam a perfuração.

Uma broca capaz de fazer cerca de 2.000 a 3.000 furos numa placa convencional de fibra de vidro pode ter de ser substituída após cerca de 200 furos numa placa que utilize tecido de quartzo. Estes valores indicam que, com o material convencional, se podem fazer cerca de 10 a 15 vezes mais furos entre substituições, o que acrescenta um custo de fabrico considerável à opção do quartzo.

Os fabricantes estão a introduzir técnicas como lasers de picossegundos e perfuração ultrassónica para resolver problemas de processamento. Os clientes também podem recorrer a conceções com materiais mistos, colocando laminados avançados M9 ou M10 nas camadas de sinal mais exigentes e materiais mais baratos nas restantes.

Tung Ting-yu, presidente da Elite Material, afirmou que o M9 já está em produção em massa, que se prevê um aumento da produção de M10 no ano seguinte e que o M11 está em desenvolvimento. A folha de cobre também está a mudar: superfícies mais lisas ajudam a reduzir as perdas à medida que os sinais percorrem os caminhos de cobre. A escolha da resina é, por isso, apenas uma parte da conceção elétrica.

Os clientes pagam para garantir capacidade futura

A Goldman Sachs afirma que os clientes estão a apoiar investimentos em capacidade para o período de 2027 a 2030 através de acordos de longo prazo, subsídios à expansão, pagamentos antecipados ou incentivos. A Elite Material, a Zhen Ding Technology e a produtora de folha de cobre Co-Tech receberam pedidos deste tipo. Alguns fornecedores preferem manter flexibilidade em vez de aceitarem todos os acordos propostos.

O financiamento reflete os longos tempos de espera, tanto por materiais como por máquinas. Chien Shan-chieh, presidente e diretor de estratégia da Unimicron, afirmou que os prazos de entrega aumentaram para cerca de 80% dos equipamentos, com algumas máquinas essenciais a demorarem até 30 meses. Estima que, em 2027, a escassez de materiais essenciais possa atingir entre 20% e 40% das necessidades.

A Nvidia também está a procurar mais capacidade para substratos de chips, as estruturas de ligações finas que conectam os chips ao resto do sistema. Segundo relatos, a empresa planeia aumentar a capacidade relacionada para 2,5 vezes o nível atual no prazo de três anos e terá adiantado milhares de milhões de dólares norte-americanos à japonesa IBIDEN para garantir capacidade.

Os substratos e as PCB para servidores desempenham funções diferentes, mas ambos estão a atrair investimento impulsionado pela expansão do hardware de IA. Os clientes comprometem fundos mais cedo porque a construção de fábricas, a instalação de equipamento e a qualificação dos produtos demoram muito mais do que a colocação de uma encomenda.

As novas fábricas continuarão a precisar de materiais qualificados

A Co-Tech planeia investir entre 8.000 e 10.000 milhões de dólares taiwaneses numa fábrica na Malásia, com uma capacidade prevista de 30.000 toneladas, orientada para folha de cobre avançada HVLP4. Também foram apresentados como amostras produtos HVLP5. As duas primeiras fases da fábrica da Taiwan Union Technology na Tailândia deverão proporcionar uma capacidade mensal conjunta de 1,2 milhões de folhas de laminado, estando já reservado terreno para uma terceira fase.

A escassez de matérias-primas continua a ser uma preocupação importante, apesar desses planos de expansão. Chen Chin-tsai, presidente da ITEQ, identificou a insuficiência de materiais como o maior desafio da empresa. Tsai Hsin-min, diretor-geral, afirmou que os preços do tecido de fibra de vidro estão a subir quase todos os meses e que a oferta poderá começar a aliviar apenas no segundo semestre de 2027 ou em 2028.

Os clientes finais também estão a assumir maior controlo sobre a seleção de materiais. Depois de qualificarem um material, podem exigir que os fabricantes de PCB utilizem esse produto específico. Por conseguinte, os fornecedores competem tanto pela qualidade fiável e pela consistência da produção como pelas menores perdas de sinal.

A aposta da Nvidia no PTFE reúne estes requisitos. Um material que permita ligações mais rápidas também tem de resistir à prensagem, à perfuração, à metalização e à montagem ao longo de muitas camadas. O investimento chinês, as alternativas taiwanesas e a parceria da Taiflex representam diferentes esforços para responder à mesma exigência prática: fornecer placas que funcionem de forma consistente e em grandes quantidades.

Principais pontos

• A Nvidia está a explorar o PTFE para ligações de IA exigentes, porque este perde menos energia do sinal do que os materiais isolantes convencionais.
• A resistência do PTFE à aderência, a sua suavidade e os requisitos de processamento complicam o fabrico de placas com muitas camadas.
• Fornecedores chineses estão a investir, enquanto fabricantes taiwaneses procuram parcerias em torno do PTFE e materiais alternativos.
• A cooperação proposta entre a Taiflex e a E Ink visa realizar testes em duas instalações de Taiwan, estando ainda pendentes as aprovações e as condições comerciais.
• Os prazos de entrega dos laminados aumentaram para três meses ou meio ano, numa altura em que se estreita a oferta de fibra de vidro, folha de cobre e equipamento.
• Os clientes estão a apoiar a capacidade para o período de 2027 a 2030, enquanto os fabricantes têm de equilibrar o desempenho elétrico, o custo e a fiabilidade da produção.