Un material antiadherente conocido entra en la carrera por el hardware de IA
La búsqueda de Nvidia de conexiones más rápidas dentro de los sistemas de IA está centrando la atención en el politetrafluoroetileno, o PTFE, el material más conocido por la marca Teflon. Su atractivo es eléctrico: el PTFE puede ayudar a que las señales circulen por una placa de circuitos con menos pérdida de energía que al pasar por materiales aislantes convencionales.
Contenido
- Un material antiadherente conocido entra en la carrera por el hardware de IA
- Por qué Nvidia quiere que las señales lleguen más lejos
- La propiedad que facilita su uso en una sartén complica la fabricación de una placa
- La cautela de Taiwán se enfrenta a la inversión de China
- Taiflex y E Ink preparan una vía hacia la producción
- Más capas requieren más material, no solo más pedidos
- El PTFE es una opción dentro de una competencia más amplia por los materiales
- Los clientes pagan para asegurar capacidad futura
- Las nuevas fábricas seguirán necesitando materiales certificados
- Puntos clave
El reto consiste en convertir esa ventaja en placas fiables con decenas de capas. El PTFE resiste la adhesión a otros materiales, es relativamente blando y requiere un procesamiento complejo. Estas propiedades han dividido a los fabricantes entre la cautela y la inversión, mientras proveedores chinos buscan oportunidades y empresas taiwanesas evalúan materiales alternativos y costos de fabricación.
Nvidia mostró una nueva placa de conmutación NVLink en una cumbre del Open Compute Project a principios de octubre, que, según creen participantes del sector, podría utilizar PTFE. Entre sus posibles aplicaciones figuran los conmutadores para Rubin Ultra y futuros planos medios ortogonales, placas de conexión que unen otras placas dispuestas en ángulo recto. No se han divulgado un calendario de producción confirmado ni las especificaciones definitivas de los materiales.
La competencia va más allá de una sola resina. La lámina de cobre, el tejido de fibra de vidrio, los equipos de prensado y la capacidad de las fábricas están bajo presión a medida que los servidores de IA requieren placas más complejas. Los clientes buscan compromisos de capacidad que cubran de 2027 a 2030, mientras que algunas entregas de equipos pueden tardar 30 meses.
Por qué Nvidia quiere que las señales lleguen más lejos
Los procesadores de IA deben intercambiar enormes cantidades de información para funcionar en conjunto. Una placa de circuito impreso, o PCB, aloja componentes y proporciona rutas para las señales eléctricas y la energía. A medida que la transmisión se acerca a los 200 gigabits por segundo por canal, resulta cada vez más difícil mantener intactas esas señales.
El PTFE tiene una pérdida dieléctrica muy baja, lo que significa que el material aislante que rodea una pista de cobre absorbe menos energía de la señal. Ya se utiliza en aplicaciones exigentes, como radares militares, satélites y radares empleados en sistemas avanzados de asistencia a la conducción. Extender su uso a placas complejas para servidores de IA trasladaría esa ventaja eléctrica a un reto de fabricación mucho mayor.
Según fuentes del sector, Nvidia quiere permitir el intercambio rápido de señales directamente entre placas, lo que podría reemplazar algunas conexiones complejas mediante cables de cobre. Las rutas de cobre más largas exigen más al material que las rodea, porque la pérdida de señal se acumula a medida que esta avanza.
La óptica de empaquetado conjunto, que acerca las conexiones ópticas a los chips de computación o conmutación, es otra vía para acelerar las comunicaciones. Antes de que esta tecnología esté lista para las aplicaciones en cuestión, mejorar el material de las placas ofrece una opción de diseño más inmediata. La cuestión práctica es si los fabricantes pueden ofrecer el rendimiento eléctrico necesario a un costo y un volumen de producción aceptables.
La propiedad que facilita su uso en una sartén complica la fabricación de una placa
El laminado revestido de cobre, o CCL, es un material básico para fabricar placas de circuitos. Por lo general, combina lámina de cobre con resina y refuerzo de fibra de vidrio. Los fabricantes procesan y unen estos materiales para formar la estructura en capas que transporta las conexiones eléctricas de un servidor.
Los sistemas de resina convencionales, entre ellos los de epoxi, óxido de polifenileno y resinas de hidrocarburos, pueden adherirse durante el calentamiento y endurecerse después del curado. Esto facilita relativamente las etapas posteriores de perforación, metalizado y ensamblaje. La resistencia del PTFE a la adhesión plantea una tarea más difícil: las capas deben permanecer firmemente unidas durante la fabricación y el funcionamiento.
Además, el PTFE no tiene la rigidez necesaria para utilizarse por sí solo en toda la extensión de las placas gruesas y complejas de los servidores de IA. Por lo general, los fabricantes consideran estructuras híbridas que combinan PTFE con materiales más rígidos. Estos diseños buscan colocar el material de menor pérdida donde las señales más lo necesitan y conservar la resistencia mecánica en el resto de la placa.
El procesamiento puede exigir cambios importantes en las fábricas. Según estimaciones del sector, la temperatura de laminación de algunas placas multicapa de PTFE es de unos 300 grados Celsius. Es posible que las líneas de producción habituales de PCB no cuenten con equipos adecuados, por lo que cambiar de material puede requerir maquinaria nueva, recetas de fabricación revisadas y modificaciones en varios proveedores.
La cautela de Taiwán se enfrenta a la inversión de China
El presidente de Unimicron, Tung Ting-yu, ha dicho que Nvidia se puso en contacto con la empresa tres años antes para desarrollar PTFE. Su relato presenta el interés inicial de Nvidia, en parte, como una respuesta a la escasez de laminados avanzados, y plantea dudas sobre si el PTFE se convertirá en un material de uso generalizado para placas de circuitos.
Pu Deyu, responsable de investigación de electrónica y comunicaciones internacionales de GF Securities, tiene una opinión distinta. Sostiene que la necesidad responde al diseño de los productos: incluso el avanzado material M9 podría tener dificultades para ofrecer un rendimiento de transmisión suficiente en placas con más de 70 capas. También considera que las futuras aplicaciones de computación en el espacio reforzarán la demanda de PTFE.
Según fuentes del sector, los fabricantes vinculados al trabajo de Nvidia con PTFE son en su mayoría chinos, con la excepción de un fabricante estadounidense de placas. Entre ellos figuran el proveedor de laminados Shengyi Technology y el fabricante de PCB Victory Giant Technology, que ha invertido mucho en equipos destinados a atender a Nvidia.
Entre los participantes que cotizan en bolsa en Taiwán están Taiflex, fabricante de laminados flexibles revestidos de cobre, y Flexium, fabricante de circuitos flexibles. Ninguna de las dos es un proveedor líder de PCB para servidores de IA. Su participación muestra que la oportunidad va más allá de los productores consolidados de placas rígidas para servidores, aunque alcanzar una escala comercial sigue siendo un reto central.
Taiflex y E Ink preparan una vía hacia la producción
El consejo de administración de Taiflex aprobó el 28 de octubre un memorando de entendimiento con E Ink para desarrollar materiales de PTFE. El plan combinaría los materiales de Taiflex con la producción de prueba y la verificación en las plantas de E Ink en Hsinchu y Guanyin, en Taiwán.
Taiflex proporcionaría materiales clave y desarrollaría laminados de PTFE para la transmisión de señales rápidas. E Ink contribuiría con investigación de materiales, tratamiento de superficies y gestión de fabricación. El tratamiento de superficies es especialmente relevante para un material cuya resistencia a la adhesión dificulta la fabricación.
El presidente de Taiflex, Chen Yung-heng, ha dicho que la empresa lleva años invirtiendo en laminados revestidos de cobre y materiales electrónicos avanzados, incluidas tecnologías y productos de PTFE. La cooperación propuesta vincula ese trabajo de desarrollo con instalaciones donde se pueden probar los procesos de fabricación.
La asociación todavía debe ser examinada por el consejo de administración de E Ink. Las condiciones comerciales y los detalles de ejecución no están definidos, y cualquier contrato posterior de fabricación dependerá de los avances. Las dos plantas están previstas como lugares de prueba, no como instalaciones confirmadas para la producción comercial de PTFE.
En conjunto, E Ink y su filial de materiales poseían cerca del 9% de Taiflex en el momento descrito. El presidente de E Ink, Johnson Lee, ha dicho que la inversión en Taiflex comenzó unos cuatro años antes. La relación operativa más estrecha entre las empresas se desarrolló en varias etapas:
- 2 de abril: Chen Yung-heng asumió la presidencia de Taiflex.
- 27 de mayo: E Ink obtuvo cuatro puestos en el consejo de administración de Taiflex en una elección.
- 29 de julio: Johnson Lee se convirtió en vicepresidente de Taiflex.
- 28 de octubre: el consejo de administración de Taiflex aprobó la cooperación propuesta en materia de PTFE.
Más capas requieren más material, no solo más pedidos
La demanda de laminados está aumentando en los servidores de IA, en parte porque sus placas tienen más capas. Las placas de los servidores convencionales pueden tener unas 16 a 20 capas, mientras que las de los servidores de IA ya alcanzan 30 a 40 o más. La comparación entre 20 y 40 capas ilustra el cambio: cada placa debe incorporar el doble de capas, aunque el consumo real de material también depende del tamaño y el diseño.
Los plazos de entrega de los laminados se han alargado: de unas dos a cuatro semanas han pasado a tres meses o medio año. Algunos tejidos avanzados de fibra de vidrio se distribuyen mediante cuotas, lo que limita la cantidad que pueden obtener los clientes, incluso cuando quieren pedir más.
La producción de fibra de vidrio también se está ralentizando a medida que aumentan las exigencias. Los proveedores están trasladando capacidad de los tejidos convencionales de vidrio para electrónica a productos con mejores propiedades eléctricas. Según estimaciones del sector, pasar de tejidos más gruesos a versiones más delgadas puede reducir la capacidad de producción entre un 50% y un 70%.
Morgan Stanley señala cuatro limitaciones a corto plazo: el procesamiento del PTFE, la escasez de vidrio E delgado, los largos plazos de entrega de las prensas de laminación EPM y los sustratos de vidrio, cuya comercialización, según prevé, tardará otros dos o tres años. Estas limitaciones afectan distintas etapas de la producción y dificultan un aumento rápido del suministro de placas terminadas.
El PTFE es una opción dentro de una competencia más amplia por los materiales
Según Morgan Stanley, los fabricantes taiwaneses de laminados están explorando resinas de hidrocarburos, combinaciones de resina de hidrocarburo y PTFE, y benzociclobuteno, conocido como BCB. La elección depende del rendimiento eléctrico, la facilidad de procesamiento, el costo y la capacidad de suministrar material uniforme en grandes cantidades.
El tejido de cuarzo, a menudo llamado tejido Q, es otro candidato para aplicaciones exigentes. Tiene propiedades eléctricas favorables, pero puede costar entre 50 y 70 veces más que el tejido de fibra de vidrio convencional. Su dureza y fragilidad también complican la perforación.
Una broca capaz de hacer entre 2.000 y 3.000 orificios en una placa convencional de fibra de vidrio podría tener que reemplazarse después de unos 200 orificios en una placa que utilice tejido de cuarzo. Estas cifras implican que, antes de sustituirla, una broca puede hacer entre 10 y 15 veces más orificios con el material convencional, lo que añade un costo de fabricación considerable a la opción del cuarzo.
Los fabricantes están introduciendo técnicas como los láseres de picosegundos y la perforación ultrasónica para resolver problemas de procesamiento. Los clientes también pueden utilizar diseños con materiales mixtos, colocando laminados avanzados M9 o M10 en las capas que requieren señales exigentes y materiales menos costosos en el resto.
El presidente de Elite Material, Tung Ting-yu, ha dicho que el M9 ya se produce en masa, que se espera aumentar la producción del M10 al año siguiente y que el M11 está en desarrollo. La lámina de cobre también está cambiando: las superficies más lisas ayudan a reducir las pérdidas a medida que las señales recorren las pistas de cobre. Por tanto, la selección de resina es solo una parte del diseño eléctrico.
Los clientes pagan para asegurar capacidad futura
Goldman Sachs afirma que los clientes están respaldando inversiones en capacidad para el período de 2027 a 2030 mediante acuerdos a largo plazo, subsidios para la expansión, pagos anticipados o incentivos. Elite Material, Zhen Ding Technology y el productor de láminas de cobre Co-Tech han recibido solicitudes de este tipo. Algunos proveedores prefieren mantener flexibilidad en lugar de aceptar todos los acuerdos propuestos.
La financiación refleja las largas esperas tanto por los materiales como por las máquinas. El presidente y director de estrategia de Unimicron, Chien Shan-chieh, ha dicho que los plazos de entrega se han alargado para cerca del 80% de los equipos y que ciertas máquinas esenciales pueden tardar hasta 30 meses. Calcula que la escasez de materiales clave podría alcanzar entre el 20% y el 40% de las necesidades en 2027.
Nvidia también busca más capacidad para sustratos de chips, las estructuras con cableado fino que conectan los chips con el resto del sistema. Según informes, planea ampliar la capacidad relacionada hasta 2,5 veces el nivel actual en tres años y ha adelantado miles de millones de dólares a la empresa japonesa IBIDEN para asegurar capacidad.
Los sustratos y las PCB para servidores cumplen funciones distintas, pero ambos reciben inversiones impulsadas por la expansión del hardware de IA. Los clientes comprometen fondos con más anticipación porque la construcción de fábricas, la instalación de equipos y la certificación de productos tardan mucho más que emitir una orden de compra.
Las nuevas fábricas seguirán necesitando materiales certificados
Co-Tech prevé invertir entre NT$8.000 millones y NT$10.000 millones en una planta en Malasia con una capacidad prevista de 30.000 toneladas, destinada a producir lámina de cobre avanzada HVLP4. También se han presentado muestras de productos HVLP5. Las dos primeras fases de la planta de Taiwan Union Technology en Tailandia tendrán, según el plan, una capacidad mensual combinada de 1,2 millones de láminas de laminado, y se ha reservado terreno para una tercera fase.
La escasez de materias primas sigue siendo una gran preocupación pese a esos planes de expansión. El presidente de ITEQ, Chen Chin-tsai, ha señalado que la falta de materiales es el mayor desafío para la empresa. El gerente general, Tsai Hsin-min, ha dicho que los precios del tejido de fibra de vidrio suben casi cada mes y que el suministro podría empezar a estabilizarse recién en la segunda mitad de 2027 o en 2028.
Los clientes finales también están asumiendo un mayor control sobre la selección de materiales. Una vez que certifican un material, pueden exigir a los fabricantes de PCB que utilicen ese producto específico. Por ello, los proveedores compiten tanto en calidad fiable y producción uniforme como en la reducción de la pérdida de señal.
El impulso de Nvidia al PTFE reúne todos esos requisitos. Un material que permite conexiones más rápidas también debe resistir el prensado, la perforación, el metalizado y el ensamblaje en numerosas capas. Las inversiones chinas, las alternativas taiwanesas y la asociación de Taiflex representan distintas iniciativas para cumplir el mismo requisito práctico: suministrar placas que funcionen de manera uniforme en grandes cantidades.
Puntos clave
- Nvidia está explorando el uso de PTFE para conexiones exigentes de IA porque pierde menos energía de señal que los materiales aislantes convencionales.
- La resistencia del PTFE a la adhesión, su suavidad y sus requisitos de procesamiento complican la producción de placas con muchas capas.
- Proveedores chinos están invirtiendo, mientras fabricantes taiwaneses buscan asociaciones para trabajar con PTFE y materiales alternativos.
- La cooperación propuesta entre Taiflex y E Ink prevé pruebas en dos plantas taiwanesas, pero aún están pendientes las aprobaciones y las condiciones comerciales.
- Los plazos de entrega de los laminados se han alargado a tres meses o medio año debido a la escasez de fibra de vidrio, lámina de cobre y equipos.
- Los clientes respaldan la capacidad para el período de 2027 a 2030, mientras los fabricantes deben equilibrar el rendimiento eléctrico, el costo y la fiabilidad de la producción.
