英伟达，盯上特氟龙？

AI服务器的军备竞赛，已经卷到了PCB材料上。

据报道，英伟达正在评估把PTFE（聚四氟乙烯）用到下一代AI服务器的高速PCB上，可能的落点是Rubin Ultra的NVSwitch交换板。PTFE这个名字有点陌生，换个叫法就熟了：特氟龙，不粘锅涂层用的就是它。英伟达看上的当然不是不粘，而是它传输高频高速信号时损耗低。

Rubin Ultra的材料路线最近还有个变化。SemiAnalysis在8月20日发布了《PTFE Pushing Copper Further》，文中提到英伟达仍想在NVSwitch板上用PTFE，但方案已经不是之前市场上炒得很热的"全面取代玻纤布"，而是PTFE Core + M9 Prepreg的混合架构。

从全面替代退到混合，说明难点不只在材料性能。信号损耗要降，高多层PCB还得做得出来、量得起来，这才是这条路真正要过的坎。

为什么要用特氟龙？

AI集群越做越大，GPU之间要交换的数据越来越多，NVLink这类高速互连的速率也在往上走。芯片算得再快，数据在GPU、交换芯片和其他硬件之间传不稳，整套系统的效率照样上不去。到了单通道200Gbps这个速率，PCB走线上的信号损耗就没法忽略了。

具体有多高的频率？200Gbps通道一般用PAM4调制，奈奎斯特频率在50GHz上下。信号频率越高，PCB上的损耗就越大，板材的选择也就越关键。

PCB上的损耗主要来自两块。一块是导体损耗：高频下电流会挤到铜线表面，这就是趋肤效应，50GHz时趋肤深度只有零点几微米，铜箔表面粗糙度因此直接影响损耗，这也是低粗糙度铜箔（HVLP）越来越受重视的原因。另一块是介质损耗：包在铜线周围的绝缘介质会吸走一部分电磁能量，频率越高越明显。AI服务器的PCB走线越来越复杂，层数越来越多，信号要走的路也越来越长，板材本身的电气性能就成了设计时绕不开的变量。

这几年高速覆铜板一直朝低介电常数、低介电损耗的方向走：从传统环氧树脂，到PPO/PPE、Hydrocarbon，再到M8、M9这些高端材料，目的都是让高速信号走得更顺。PTFE被盯上，是因为它在低损耗上的优势更突出。

SemiAnalysis给的数据是，PTFE在10GHz下的介电常数Dk约2.1，介电损耗因子Df约0.0003，比一般的PPO/PPE和Hydrocarbon树脂都低。Dk反映材料对电场的响应程度，Df反映电磁能量在介质里损耗了多少。对高速PCB来说，Df越低，信号传出去之后剩下的能量就越多。需要补一句，这是10GHz下的数据，而实际工作频段高得多。PTFE的一个特点是Df随频率变化很小，到了几十GHz仍然保持在很低的水平，所以高频段的优势只会比10GHz下更明显。

PTFE的另一个吸引力和玻纤布有关。常规PCB基材是树脂加玻纤布，玻纤和树脂的介电常数不同，而玻纤编织并不均匀，信号走线恰好压在玻纤束上还是树脂区上，局部Dk就不一样，这就是玻纤效应。差分对的两根线如果经过的区域不同，传播速度就有差异，产生时序偏差（skew），速率越高越麻烦。PTFE核心层玻纤含量很少，甚至不含玻纤，这个问题天然就轻得多。所以市场此前传"全面替代玻纤布"，动机不只是低Df。

英伟达想把PTFE用到NVSwitch板上，也是这个原因。Rubin Ultra要进一步扩大GPU互连规模，交换芯片得处理大量数据，交换板和中板要跑的速率也更高。Wccftech提到，一些高端PCB的层数已经超过70层，就算用顶级的M9，也可能撑不住未来的信号要求。现有材料体系不一定够用，那就只能去找介电损耗更低的材料。

难在制造

PTFE的电气性能倒不是最大的问题，麻烦在制造。

之前市场传Rubin Ultra可能用PTFE全面取代玻纤布，这个说法忽略了一个很现实的问题：材料电气性能再好，也得过得了钻孔、压合、电镀这些工序，最后做成一块可靠的多层板。

PTFE化学性质非常稳定，表面能低，很难和别的材料粘在一起。这让它成了很好的低损耗介质，也让PCB厂头疼。

先说钻孔。PTFE比较软，又是热塑性的，钻的时候一摩擦一发热，就容易软化，出现孔壁残留和毛边。要是材料里还掺了玻纤或其他填料，软硬不一，钻孔更难，孔壁质量和尺寸精度都会受影响。高多层板还要做背钻，把通孔里多余的那一截铜柱（stub）钻掉，免得它在高频下造成信号反射。背钻对深度和位置的精度要求很高，钻孔质量一旦不稳，背钻也跟着受影响。

钻完孔，金属化更麻烦。传统PCB钻孔后要除胶渣、化学沉铜、电镀，把各层可靠地连通。但PTFE表面太稳定，普通PCB用的高锰酸盐除胶渣工艺基本拿它没办法，铜也很难直接附着。厂商得用特殊化学处理或等离子体处理把表面活化，提高表面能，铜层才能附着得好一些。

再就是多层压合。PTFE的熔点在327°C左右，比环氧体系常用的压合温度高得多，加工条件差别很大，不同材料混在同一块板里，压合工艺就得重新调。PTFE和其他材料之间的粘结本身也是难点，通常得靠专门的粘结片来解决。另外，PTFE比较软，受压会慢慢变形（冷流），压合时的压力和厚度控制也更难。

还有热膨胀的问题。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，严重的还会让铜层疲劳开裂。板子越厚、层数越多，这个问题越突出。

这些问题在普通高频PCB上就不好解决，放到几十层、要长期稳定运行的AI服务器交换板上，只会更难。

所以SemiAnalysis披露的混合方案看起来更合理。和之前传的全无玻纤方案不同，PTFE Core + M9 Prepreg只在部分核心层用PTFE，其他层还是M9级别的半固化片。PTFE负责压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，整板的制造难度就降下来了。

一块高多层PCB，并不是每层都要承担同样的高速传输任务。把PTFE放在对损耗要求最高的关键层，其余部分用成熟度更高的M9，既用上了PTFE的电气优势，又避开了整板全用PTFE的制造难题。当然，混合叠构也不是没有代价：两种材料的热膨胀和收缩不同，叠构设计不对称的话，板子容易翘曲，这是设计时得专门控制的地方。

所以Rubin Ultra材料路线的这次调整，不太像是PTFE方案让了步，更像是思路变务实了：不追求整板只用一种材料，按各层的功能和信号要求来配。

把铜互连再往前推一把

PTFE的意义不止于换一种PCB材料。SemiAnalysis把报告取名《PTFE Pushing Copper Further》，已经点出了背后更大的产业逻辑：光互连在往前走，但行业仍然想把铜互连的使用范围尽量延长。

AI集群内部的互连正在变。GPU数量和集群规模上去之后，传统铜连接在传输距离、信号损耗和带宽上压力越来越大，光互连因此被重视，CPO也被看作未来高速互连的重要方向。

不过铜和光不是简单的替代关系。

英伟达公布的Vera Rubin Ultra NVL576系统，把8个机架整合成一个576 GPU的NVLink Domain，每个机架配72颗Rubin Ultra GPU，里面铜连接和直接光学连接都用上了。可见未来的AI Scale-up网络不会只靠一种传输技术，而是按距离、带宽和功耗需求，让铜和光各干各的活。

短距离连接上，铜在成本、功耗和制造成熟度方面仍有优势。只要信号损耗能继续降，铜的速率就还有提升空间。PTFE的价值就在这儿：它不是要取代光互连，而是改善PCB的介质性能，让高速电信号在铜线路里走得更远、更稳。

PTFE、M9/M10、Low-Dk玻纤、Q布、低粗糙度铜箔，材料体系各不相同，指向的却是同一个目标：降低高速信号传输中的损耗。前面讲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布在压低介质损耗，低粗糙度铜箔在压低导体损耗。

这也意味着，未来高端PCB的材料之争，大概不会由某一种材料说了算，而是按板卡类型和各层的信号要求搭配着用。高速交换板和中板可能多一个PTFE的选项，其他计算板和通用高速PCB，成熟的低损耗材料还是有它的位置。

当然，PTFE能不能真的进入Rubin Ultra的量产设计，还得等最终验证。光电气性能好不够，钻孔、压合、金属化、热循环可靠性和整体良率都得过关。

从GPU、HBM到交换芯片，再到现在的PCB基材，AI基础设施的升级一路往更底层挖。英伟达盯上特氟龙，表面上是在找一种新的低损耗材料，实际上是在为下一代高速互连多争取一些空间。芯片之间传数据越来越关键，连承载数据的电路板也卷进了技术竞争。

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。