英伟达评估PTFE用于AI服务器PCB：Rubin Ultra交换板或采用混合架构

AI服务器的硬件竞赛已经打到PCB材料这一层。英伟达正在评估把PTFE（聚四氟乙烯）用在下一代AI服务器的高速PCB上，可能落地的地方是Rubin Ultra的NVSwitch交换板。PTFE这名字听着生，换个说法就熟了——特氟龙，不粘锅涂层就是它。英伟达看中的自然不是不粘，而是它在传输高频高速信号时损耗低。

Rubin Ultra的材料路线近来也有调整。SemiAnalysis在8月20日发布《PTFE Pushing Copper Further》，文中称英伟达仍打算在NVSwitch板上用PTFE，但方案已不再是此前市场热议的"全面取代玻纤布"，转而采用PTFE Core + M9 Prepreg的混合架构。

从全面替代退到混合，说明卡点不只落在材料性能上。信号损耗要压下来，高多层PCB还得能制造、能放量，这才是这条路线真正要跨的关。

AI集群规模越铺越大，GPU之间要交换的数据越来越多，NVLink这类高速互连的速率也一路抬升。芯片算得再快，数据在GPU、交换芯片和其他硬件之间传不稳，整套系统的效率还是上不去。速率来到单通道200Gbps，PCB走线上的信号损耗就无法忽视了。

频率到底有多高？200Gbps通道通常采用PAM4调制，奈奎斯特频率在50GHz左右。信号频率越高，PCB上的损耗越大，板材怎么选也就越关键。

PCB上的损耗主要有两个来源。一个是导体损耗：高频下电流会往铜线表面挤，也就是趋肤效应，50GHz时趋肤深度仅零点几微米，铜箔表面粗糙度因此直接左右损耗，这也是低粗糙度铜箔（HVLP）越来越受看重的原因。另一个是

高速覆铜板这几年走的路线很明确，就是往低介电常数、低介电损耗上靠。早先用的是传统环氧树脂，之后过渡到PPO/PPE、Hydrocarbon，再到M8、M9这类高端材料，图的无非是让高速信号跑得更顺。PTFE之所以被盯上，在于它在低损耗这一项上优势更突出。

SemiAnalysis给出的数据是，10GHz下PTFE的介电常数Dk约为2.1，介电损耗因子Df约为0.0003，两项都低于一般的PPO/PPE和Hydrocarbon树脂。Dk体现的是材料对电场的响应程度，Df体现的是电磁能量在介质中损耗掉多少。放到高速PCB上看，Df越低，信号传出去后剩下的能量就越多。不过要说明，这是10GHz下的数值，实际工作频段要高得多。PTFE有个特点，Df随频率的变化很小，到几十GHz仍能维持在很低的水平，高频段上的优势 therefore 只会比10GHz下更明显。

PTFE的另一处吸引力跟玻纤布有关。常规PCB基材由树脂加玻纤布构成，玻纤和树脂的介电常数并不相同，加上玻纤编织本身不均匀，信号走线压在玻纤束上还是落在树脂区，局部Dk就会不一样，这便是玻纤效应。差分对的两根线若经过的区域不同，传播速度就会产生差异，进而出现时序偏差（skew），速率越高越棘手。PTFE核心层的玻纤含量很少，甚至完全不含玻纤，这个问题自然轻得多。市场此前传出"全面替代玻纤布"的说法，动机也就不只是低Df。

英伟达

电气性能其实算不上PTFE最大的障碍，真正的麻烦在制造环节。

此前有市场说法称，Rubin Ultra 可能拿 PTFE 把玻纤布全部换掉。这个判断漏掉了一个绕不开的环节：材料的电气表现再漂亮，也得先过钻孔、压合、电镀这几道工序，最终做成一块靠得住的多层板。

PTFE 的化学性质很稳，表面能低，跟别的材料很难粘牢。低损耗介质它是把好手，可到了 PCB 厂这边就成了麻烦。

先看钻孔。PTFE 偏软，又是热塑性材料，钻头一摩擦生热，它就容易软化，孔壁留下残渣和毛边。材料里再掺进玻纤或其他填料，软硬不均，钻孔难度更高，孔壁质量和尺寸精度都跟着受影响。高多层板还得多做一道背钻，把通孔里多余的铜柱（stub）钻掉，否则高频下会出现信号反射。背钻对深度和位置的要求极严，钻孔质量一旦波动，背钻也难独善其身。

孔钻完，金属化这道坎更难过。常规 PCB 钻孔后要除胶渣、化学沉铜、电镀，才能把各层可靠连通。可 PTFE 表面太稳定，普通 PCB 用的高锰酸盐除胶渣工艺基本奈何不了它，铜也很难直接附着。厂商只能借助特殊化学处理或等离子体处理来活化表面、抬高表面能，铜层才挂得住。

多层压合同样棘手。PTFE 熔点约 327°C，比环氧体系惯用的压合温度高出一大截，加工条件差得远，多种材料混在同一块板里，压合参数就得重新摸索。PTFE 与其他材料之间的粘结本身就是难题，一般要靠专门的粘结片。它又偏软，受压会慢慢变形（冷流），压合时的压力和厚度控制也更难拿捏。

热膨胀也是一关。纯 PTFE 的 Z 轴热膨胀系数很高，远高于铜的约 17ppm/°C，加填料能降下来一些，差距仍在。高温压合和反复热循环中，层间尺寸变化会拖累通孔可靠性，严重时铜层会疲劳开裂。板子越厚、层数越多，这个问题越明显。

这些毛病在普通高频 PCB 上 already 不好对付，放到几十层、要长期稳定运行的 AI 服务器交换板上，难度只会更大。

这样看，SemiAnalysis 披露的混合方案更讲得通。它和此前传的全无玻纤方案不一样，PTFE Core + M9 Prepreg 只把 PTFE 用在部分核心层，其余层仍是 M9 级半固化片。关键高速信号路径上的介质损耗由 PTFE 压下去，机械支撑交给 M9，加工工艺也相对成熟，整板制造难度随之下降。

一块高多层 PCB 上，各层承担的高速传输任务本来就不一样。把 PTFE 放在损耗要求最严的关键层，别处用成熟度更高的 M9，PTFE 的电气优势用上了，整板全用 PTFE 的制造难题也绕开了。不过混合叠构也有代价：两种材料热膨胀和收缩不一致，叠构设计不对称，板子就容易翘曲，设计阶段得专门控制。

这么看，Rubin Ultra 材料路线的这次调整，与其说 PTFE 方案退了半步，不如说思路转向务实：不再追求整板只用一种材料，而是按各层的功能和信号要求来搭配。

PTFE的意义，不只是换一种PCB材料。SemiAnalysis那份报告名字就叫《PTFE Pushing Copper Further》，背后的产业逻辑已经摆明了：光互连在往前赶，可行业仍想把铜互连能用的范围尽量拉长。AI集群内部的连接方式正在变。GPU越堆越多、集群越铺越大，传统铜连接在传输距离、信号损耗和带宽上越来越吃力，光互连因此被看重，CPO也被视为未来高速互连的一条重要路线。

但铜和光之间，并不是谁把谁替掉那么简单。

英伟达公布的Vera Rubin Ultra NVL576系统，把8个机架拼成一个576 GPU的NVLink Domain，每个机架装72颗Rubin Ultra GPU，铜连接和直接光学连接在里面都有。看得出，未来的AI Scale-up网络不会只押一种传输技术，而是按距离、带宽和功耗的需求，让铜和光各管各的那一段。

短距离连接上，铜在成本、功耗和制造成熟度这几方面仍占优。只要信号损耗还能继续往下压，铜的速率就还有上升余地。PTFE的价值正在这里：它要做的不是取代光互连，而是把PCB的介质性能做好，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，材料体系各不一样，奔的却是同一个方向：把高速信号传输中的损耗降下来。前面提到的介质损耗和导体损耗，正好对上这两类材料——PTFE、M9/M10、Low-Dk玻纤和Q布在压介质损耗，低粗糙度铜箔在压导体损耗。

这也就意味着，日后高端PCB的材料之争，多半不是某一种材料说了算，而是看板卡类型、看各层信号要求来搭配。高速交换板和中板可能多出一个PTFE选项，其他计算板和通用高速PCB上，成熟的低损耗材料照样有位置。

当然，PTFE能不能真进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，样样都得过关。

从GPU、HBM到交换芯片，再到如今的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，表面看是在找一种新的低损耗材料，实际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被卷进了技术竞争。