英伟达评估PTFE上NVSwitch板：Rubin Ultra材料路线生变

AI服务器的硬件比拼，这回打到了PCB材料这一层。

有消息显示，英伟达正评估在下一代AI服务器的高速PCB上用PTFE，也就是聚四氟乙烯，可能先落在Rubin Ultra的NVSwitch交换板上。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。英伟达看中的显然不是不粘，而是它传高频高速信号时损耗低。

Rubin Ultra的材料路线近期还有一处调整。8月20日SemiAnalysis发布《PTFE Pushing Copper Further》，其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上热炒的"全面取代玻纤布"，改为PTFE Core + M9 Prepreg的混合架构。

从全面替代退到混合方案，说明难点不止在材料性能。要把信号损耗压下来，高多层PCB还得做得出来、量得起来，这才是真正要过的关。

为什么要用特氟龙？

AI集群越做越大，GPU之间需要搬运的数据量跟着涨，NVLink这类高速互连的速率也一路往上走。可芯片算得再快，只要数据在GPU、交换芯片和其他硬件之间传得不稳，整个系统的效率还是提不起来。单通道速率一旦到200Gbps，PCB走线上信号损耗就不可忽视。

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上下。信号频率越高，PCB上的损耗越大，板材怎么选也就越关键。

PCB上的损耗主要有两块。一块是导体损耗：高频下电流会往铜线表面挤，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，低粗糙度铜箔（HVLP）越来越受重视就是这个原因。另一块是介质损耗：包裹铜线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，信号要走的路径也越来越长，板材本身的电气性能就成了设计时绕不开的变量。

这些年高速覆铜板一直往低介电常数、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，都是为了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给出的数据是，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还有一个诱人之处，跟玻纤布有关。常规PCB基材由树脂加玻纤布构成，玻纤与树脂的介电常数并不相同，加上玻纤编织本身不均匀，走线正好压在玻纤束上还是落在树脂区，局部Dk就会有差别，这便是玻纤效应。差分对两根线走过的区域一旦不同，传播速度就出现差异，进而带来时序偏差（skew），速率越高越棘手。PTFE核心层玻纤含量很低，甚至可以不含玻纤，这一问题自然轻得多。市场此前流传“全面替代玻纤布”，动机并不只是低Df。

英伟达考虑把PTFE用于NVSwitch板，也是出于这个原因。Rubin Ultra要再把GPU互连规模做大，交换芯片得吞吐大量数据，交换板和中板跑的速率同样更高。Wccftech提到，部分高端PCB层数已突破70层，即便用上顶级的M9，面对未来的信号要求也未必扛得住。现有材料体系未必够用，那就只能另找介电损耗更低的材料。

难在制造

电气性能其实不是PTFE最大的麻烦，难的是制造。

市场之前有传闻说Rubin Ultra可能拿PTFE把玻纤布全面换掉，这种说法漏掉了一个挺现实的前提：材料电气性能再好，钻孔、压合、电镀这些工序也得过得去，最终还得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。

先看钻孔。PTFE偏软，又属热塑性材料，钻头一摩擦一发热就容易软化，孔壁残留和毛边随之出现。如果材料里再掺进玻纤或其他填料，软硬不均，钻孔难度更大，孔壁质量和尺寸精度都会打折扣。高多层板还得做背钻，把通孔中多余的那段铜柱（stub）钻掉，省得它在高频下引起信号反射。背钻对深度和位置的精度要求很高，钻孔质量一旦不稳，背钻也会受牵连。

孔钻完，金属化更难办。传统PCB钻孔之后要除胶渣、化学沉铜、电镀，才能把各层可靠连通。可PTFE表面过于稳定，普通PCB采用的高锰酸盐除胶渣工艺基本对它没辙，铜也很难直接附着上去。厂商只能借助特殊化学处理或等离子体处理来活化表面，把表面能提上去，铜层才附着得牢一些。

接下来是多层压合。PTFE熔点约327°C，比环氧体系惯用的压合温度高出不少，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整。PTFE与其他材料之间的粘结本身也不好办，通常要依赖专门的粘结片。再说PTFE偏软，受压会逐渐变形（冷流），压合时的压力和厚度控制也更难把握。

热膨胀同样棘手。纯PTFE的Z轴热膨胀系数很高，远高于铜的约17ppm/°C，掺入填料后会降下来，但差距仍在。高温压合和反复热循环中，层间尺寸变化会波及通孔可靠性，严重时铜层还会疲劳开裂。板子越厚、层数越多，这个问题就越明显。

这些毛病在普通高频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。

这样看，SemiAnalysis披露的混合方案更合理。与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。

高多层PCB上，各层承担的高速传输任务本来就不一样。关键层用PTFE压住介质损耗，其余层交给成熟度更高的M9，PTFE的电气优势用上了，整板全用PTFE的制造难题也绕开了。不过混合叠构有它的代价：两种材料热膨胀、收缩不一致，叠构设计一旦不对称，板子就容易翘曲，设计阶段得专门盯着这一点。

这样看，Rubin Ultra材料路线的这次调整，与其说PTFE方案退了步，不如说思路变务实了——不追求整板只用一种材料，而是按每层的功能和信号要求来配。

把铜互连再往前推一把

PTFE的意义不只在换一种PCB材料。SemiAnalysis给报告起名《PTFE Pushing Copper Further》，背后的产业逻辑已经点明：光互连在往前走，行业还是想把铜互连的使用范围尽量拉长。

AI集群内部的互连正在起变化。GPU越堆越多、集群越做越大，传统铜连接在传输距离、信号损耗和带宽上越来越吃紧，光互连因此受到重视，CPO也被视为未来高速互连的重要方向。不过铜和光并不是简单的替代关系。

英伟达公布的Vera Rubin Ultra NVL576系统就是例子：8个机架整合成一个576 GPU的NVLink Domain，每个机架配72颗Rubin Ultra GPU，铜连接和直接光学连接同时上阵。未来的AI Scale-up网络不会只靠一种传输技术，而是看距离、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。信号损耗只要能继续降，铜的速率就还有提升空间。PTFE的价值正在这里：它不取代光互连，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，目标却是同一个——降低高速信号传输中的损耗。

前面提到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布压的是介质损耗，低粗糙度铜箔压的是导体损耗。

换句话说，高端PCB的材料选择往后多半不会是某一种材料通吃，而是看板卡类型和每一层的信号需求来搭配。高速交换板和中板或许会多出PTFE这个选项；至于其他计算板和通用高速PCB，成熟的低损耗材料照样有立足之地。

不过，PTFE最终能不能被Rubin Ultra的量产设计采纳，还要看验证结果。光电气性能达标远远不够，钻孔、压合、金属化、热循环可靠性以及整体良率，样样都得过硬。

GPU、HBM、交换芯片，一路到眼下的PCB基材，AI基础设施的升级正不断往更底层推进。英伟达看中特氟龙，表面上是为下一代高速互连寻找一种新的低损耗材料，实际是想多腾出一些余量。芯片间数据传输的分量越来越重，连承载数据的电路板也被拖进了这场技术角逐。