Dorongan Nvidia terhadap PTFE Memicu Persaingan Bahan Papan Sirkuit AI

Bahan antilengket yang sudah dikenal memasuki persaingan perangkat keras AI

Upaya Nvidia mencari koneksi yang lebih cepat di dalam sistem AI menarik perhatian pada politetrafluoroetilena, atau PTFE, bahan yang paling dikenal melalui merek Teflon. Daya tariknya terletak pada sifat kelistrikannya: PTFE dapat membantu sinyal merambat di papan sirkuit dengan kehilangan energi lebih sedikit dibandingkan bahan isolasi konvensional.

Tantangannya adalah mengubah keunggulan itu menjadi papan andal yang terdiri atas puluhan lapisan. PTFE sulit melekat pada bahan lain, relatif lunak, dan membutuhkan proses yang rumit. Sifat-sifat tersebut membuat para produsen terbagi antara bersikap hati-hati dan berinvestasi, dengan pemasok China mengejar peluang sementara perusahaan Taiwan mempertimbangkan bahan alternatif dan biaya produksi.

Nvidia memperlihatkan papan switch NVLink baru dalam konferensi tingkat tinggi Open Compute Project pada awal Oktober. Pelaku industri menduga papan itu mungkin menggunakan PTFE. Potensi penerapannya mencakup switch untuk Rubin Ultra dan midplane ortogonal generasi mendatang, yakni papan koneksi yang menyatukan papan lain yang disusun tegak lurus. Jadwal produksi yang terkonfirmasi dan spesifikasi akhir bahan belum diumumkan.

Persaingan ini tak terbatas pada satu jenis resin. Foil tembaga, kain fiberglass, peralatan pengepresan, dan kapasitas pabrik semuanya berada di bawah tekanan seiring kebutuhan server AI akan papan yang lebih kompleks. Pelanggan mencari komitmen kapasitas yang mencakup periode 2027 hingga 2030, sementara pengiriman sejumlah peralatan bisa memakan waktu 30 bulan.

Alasan Nvidia ingin sinyal merambat lebih jauh

Prosesor AI harus bertukar informasi dalam jumlah sangat besar agar bisa bekerja bersama. Papan sirkuit cetak, atau PCB, memuat komponen sekaligus menyediakan jalur bagi sinyal listrik dan daya. Ketika kecepatan transmisi mendekati 200 gigabit per detik per jalur, mempertahankan keutuhan sinyal menjadi semakin sulit.

PTFE memiliki kehilangan dielektrik yang sangat rendah. Artinya, energi sinyal yang diserap bahan isolasi di sekitar jalur tembaga lebih sedikit. Bahan ini telah digunakan dalam penerapan yang menuntut kinerja tinggi, seperti radar militer, satelit, dan radar untuk sistem bantuan pengemudi canggih. Memperluas penggunaannya ke papan server AI yang kompleks akan membawa keunggulan kelistrikannya ke tantangan manufaktur yang jauh lebih besar.

Menurut keterangan pelaku industri, Nvidia ingin memungkinkan pertukaran sinyal berkecepatan tinggi langsung antarpapan, yang berpotensi menggantikan sebagian koneksi kabel tembaga yang rumit. Jalur tembaga yang lebih panjang memberikan tuntutan lebih besar pada bahan di sekelilingnya karena kehilangan sinyal terakumulasi saat sinyal merambat.

Optik terintegrasi dalam kemasan (co-packaged optics), yang menempatkan koneksi optik dekat dengan chip komputasi atau switching, merupakan cara lain untuk mempercepat komunikasi. Sebelum teknologi tersebut siap untuk penerapan yang tengah dibahas, memperbaiki bahan papan sirkuit menawarkan pilihan desain yang lebih cepat diterapkan. Pertanyaan praktisnya adalah apakah produsen dapat menyediakan kinerja kelistrikan yang dibutuhkan dengan biaya dan volume produksi yang dapat diterima.

Sifat yang berguna pada wajan mempersulit pembuatan papan

Laminat berlapis tembaga, atau CCL, merupakan bahan dasar papan sirkuit. Biasanya, bahan ini memadukan foil tembaga dengan resin dan penguat fiberglass. Produsen mengolah dan menyatukan bahan-bahan tersebut menjadi struktur berlapis yang menyalurkan koneksi listrik pada server.

Sistem resin konvensional, termasuk epoksi, polifenilena oksida, dan resin hidrokarbon, dapat merekat saat dipanaskan dan menjadi kaku setelah proses pematangan. Hal ini membuat proses pengeboran, pelapisan, dan perakitan berikutnya relatif mudah dikelola. PTFE lebih sulit ditangani karena sulit melekat: lapisan-lapisannya harus tetap menyatu dengan kuat selama proses produksi dan penggunaan.

PTFE juga tidak cukup kaku untuk digunakan sendiri di seluruh bagian papan tebal dan kompleks yang dipakai pada server AI. Produsen umumnya mempertimbangkan struktur hibrida yang memadukan PTFE dengan bahan yang lebih kaku. Desain semacam itu bertujuan menempatkan bahan dengan kehilangan sinyal terendah di bagian yang paling membutuhkan, sembari mempertahankan kekuatan mekanis di bagian lain.

Pengolahannya dapat menuntut perubahan besar di pabrik. Menurut perkiraan industri, suhu laminasi untuk sejumlah papan PTFE multilapis mencapai sekitar 300 derajat Celsius. Lini produksi PCB biasa mungkin tidak memiliki peralatan yang sesuai, sehingga perubahan bahan dapat mengharuskan penggunaan mesin baru, penyesuaian formulasi proses, dan perubahan di sejumlah pemasok.

Kehati-hatian Taiwan berhadapan dengan investasi China

Ketua Unimicron Tung Ting-yu mengatakan Nvidia menghubungi perusahaan tersebut tiga tahun sebelumnya untuk membahas pengembangan PTFE. Menurut keterangannya, minat awal Nvidia sebagian merupakan respons terhadap kelangkaan laminat canggih. Ia juga mempertanyakan apakah PTFE akan menjadi bahan papan sirkuit yang digunakan secara luas.

Pu Deyu, kepala riset elektronik dan komunikasi luar negeri di GF Securities, berpandangan berbeda. Ia berpendapat kebutuhan itu muncul dari desain produk: bahkan bahan M9 canggih mungkin kesulitan memberikan kinerja transmisi yang memadai pada papan dengan lebih dari 70 lapisan. Ia juga menilai penerapan komputasi di luar angkasa pada masa mendatang akan memperkuat permintaan PTFE.

Menurut keterangan pelaku industri, produsen yang dikaitkan dengan pekerjaan Nvidia menggunakan PTFE sebagian besar berasal dari China, kecuali satu produsen papan asal Amerika. Mereka mencakup pemasok laminat Shengyi Technology dan produsen PCB Victory Giant Technology, yang telah berinvestasi besar pada peralatan yang ditujukan untuk melayani Nvidia.

Perusahaan tercatat Taiwan yang terlibat antara lain Taiflex, produsen laminat berlapis tembaga fleksibel, dan Flexium, produsen sirkuit fleksibel. Keduanya bukan pemasok utama PCB server AI. Keterlibatan mereka menunjukkan bahwa peluang ini juga menjangkau produsen di luar pemain mapan di bidang papan server kaku, meskipun kemampuan untuk memproduksi dalam skala komersial tetap menjadi tantangan utama.

Taiflex dan E Ink menyiapkan jalur menuju produksi

Pada 28 Oktober, dewan Taiflex menyetujui nota kesepahaman dengan E Ink untuk mengembangkan bahan PTFE. Rencana tersebut akan memadukan bahan dari Taiflex dengan produksi uji coba dan verifikasi di fasilitas E Ink di Hsinchu dan Guanyin, Taiwan.

Taiflex akan menyediakan bahan utama dan mengembangkan laminat PTFE untuk transmisi sinyal berkecepatan tinggi. E Ink akan berkontribusi dalam riset bahan, perawatan permukaan, dan pengelolaan manufaktur. Perawatan permukaan sangat relevan untuk bahan yang sulit melekat sehingga sulit diproses.

Ketua Taiflex Chen Yung-heng mengatakan perusahaan telah berinvestasi pada laminat berlapis tembaga dan bahan elektronik canggih selama bertahun-tahun, termasuk teknologi dan produk PTFE. Kerja sama yang diusulkan ini menghubungkan upaya pengembangan tersebut dengan fasilitas untuk menguji proses manufaktur.

Kemitraan ini masih memerlukan persetujuan dewan E Ink. Ketentuan komersial dan detail pelaksanaannya belum disepakati, sementara manufaktur kontrak berikutnya akan bergantung pada perkembangan kerja sama. Kedua fasilitas tersebut direncanakan sebagai lokasi pengujian, bukan lokasi produksi komersial PTFE yang sudah dipastikan.

E Ink dan anak usahanya di bidang bahan secara bersama-sama memiliki sekitar 9% saham Taiflex pada saat itu. Ketua E Ink Johnson Lee mengatakan investasi di Taiflex dimulai sekitar empat tahun sebelumnya. Hubungan operasional yang lebih erat antara kedua perusahaan berkembang melalui beberapa tahap:

• 2 April: Chen Yung-heng menjadi ketua Taiflex.
• 27 Mei: E Ink memperoleh empat kursi dewan Taiflex dalam pemilihan dewan.
• 29 Juli: Johnson Lee menjadi wakil ketua Taiflex.
• 28 Oktober: Dewan Taiflex menyetujui usulan kerja sama PTFE.

Lapisan yang lebih banyak berarti penggunaan bahan lebih besar, bukan sekadar pesanan lebih banyak

Server AI meningkatkan permintaan laminat, salah satunya karena papan di dalamnya memiliki lebih banyak lapisan. Papan server konvensional mungkin memiliki sekitar 16 hingga 20 lapisan, sedangkan papan server AI kini mencapai 30 hingga 40 lapisan atau lebih. Perbandingan 20 dengan 40 lapisan menggambarkan perubahan itu: setiap papan harus dibuat dengan lapisan dua kali lebih banyak, meskipun konsumsi bahan sebenarnya juga bergantung pada ukuran dan desain papan.

Waktu pengiriman laminat bertambah dari sekitar dua hingga empat minggu menjadi tiga bulan atau setengah tahun. Sebagian kain fiberglass canggih dipasok melalui sistem alokasi, sehingga jumlah yang dapat diperoleh tiap pelanggan dibatasi meskipun mereka ingin memesan lebih banyak.

Produksi fiberglass juga melambat karena persyaratannya semakin ketat. Pemasok mengalihkan kapasitas dari kain kaca elektronik konvensional ke produk dengan sifat kelistrikan yang lebih baik. Menurut perkiraan industri, peralihan dari kain yang lebih tebal ke versi yang lebih tipis dapat mengurangi kapasitas produksi sebesar 50% hingga 70%.

Morgan Stanley mengidentifikasi empat kendala jangka pendek: pengolahan PTFE, pasokan E-glass tipis yang ketat, waktu pengiriman mesin pres laminasi EPM yang panjang, serta substrat kaca yang diperkirakan membutuhkan dua hingga tiga tahun lagi sebelum dapat diproduksi secara komersial. Kendala ini memengaruhi berbagai tahap produksi, sehingga peningkatan pasokan papan jadi dengan cepat menjadi sulit.

PTFE merupakan salah satu pilihan dalam persaingan bahan yang lebih luas

Menurut Morgan Stanley, produsen laminat Taiwan tengah menjajaki resin hidrokarbon, kombinasi resin hidrokarbon dan PTFE, serta benzocyclobutene yang dikenal sebagai BCB. Pilihannya bergantung pada kinerja kelistrikan, kemudahan pemrosesan, biaya, dan kemampuan memasok bahan yang konsisten dalam jumlah besar.

Kain kuarsa, yang kerap disebut kain Q, merupakan kandidat lain untuk penerapan yang menuntut kinerja tinggi. Sifat kelistrikannya menguntungkan, tetapi harganya bisa 50 hingga 70 kali lipat kain fiberglass biasa. Kekerasan dan kerapuhannya juga mempersulit pengeboran.

Mata bor yang dapat membuat sekitar 2.000 hingga 3.000 lubang pada papan fiberglass konvensional mungkin harus diganti setelah sekitar 200 lubang pada papan yang menggunakan kain kuarsa. Angka-angka ini berarti kain konvensional dapat dibor sekitar 10 hingga 15 kali lebih banyak sebelum mata bor perlu diganti, sehingga penggunaan kuarsa menambah biaya produksi yang cukup besar.

Produsen mulai menerapkan teknik seperti laser pikodetik dan pengeboran ultrasonik untuk mengatasi masalah pemrosesan. Pelanggan juga dapat menggunakan desain berbahan campuran, dengan menempatkan laminat M9 atau M10 canggih pada lapisan sinyal yang menuntut kinerja tinggi dan bahan yang lebih murah di bagian lain.

Ketua Elite Material Tung Ting-yu mengatakan M9 sudah diproduksi massal, produksi M10 diperkirakan meningkat pada tahun berikutnya, dan M11 sedang dikembangkan. Foil tembaga juga berubah: permukaan yang lebih halus membantu mengurangi kehilangan saat sinyal merambat di jalur tembaga. Karena itu, pemilihan resin hanyalah salah satu bagian dari desain kelistrikan.

Pelanggan membayar untuk mengamankan kapasitas masa depan

Goldman Sachs menyebutkan pelanggan mendukung investasi kapasitas untuk periode 2027 hingga 2030 melalui perjanjian jangka panjang, subsidi ekspansi, pembayaran di muka, atau insentif. Elite Material, Zhen Ding Technology, dan produsen foil tembaga Co-Tech telah menerima permintaan semacam itu. Sebagian pemasok memilih mempertahankan fleksibilitas daripada menyetujui semua skema yang diusulkan.

Pembiayaan ini mencerminkan panjangnya waktu tunggu untuk bahan maupun mesin. Ketua sekaligus kepala strategi Unimicron, Chien Shan-chieh, mengatakan waktu pengiriman telah bertambah untuk sekitar 80% peralatan, dengan beberapa mesin penting membutuhkan waktu hingga 30 bulan. Ia memperkirakan kekurangan bahan utama dapat mencapai 20% hingga 40% dari kebutuhan pada 2027.

Nvidia juga mencari kapasitas lebih besar untuk substrat chip, yakni struktur dengan jalur kabel sangat halus yang menghubungkan chip ke bagian lain sistem. Perusahaan tersebut dilaporkan berencana meningkatkan kapasitas terkait menjadi 2,5 kali lipat dari tingkat saat ini dalam tiga tahun dan telah memberikan pembayaran di muka senilai miliaran dolar AS untuk kapasitas kepada IBIDEN, perusahaan Jepang.

Substrat dan PCB server memiliki fungsi berbeda, tetapi keduanya menarik investasi dari ekspansi perangkat keras AI yang sama. Pelanggan lebih awal mengalokasikan dana karena pembangunan pabrik, pemasangan peralatan, dan kualifikasi produk membutuhkan waktu jauh lebih lama daripada membuat pesanan pembelian.

Pabrik baru tetap membutuhkan bahan yang telah lolos kualifikasi

Co-Tech berencana menginvestasikan NT$8 miliar hingga NT$10 miliar untuk membangun pabrik di Malaysia dengan kapasitas rencana 30.000 ton, dengan sasaran memproduksi foil tembaga HVLP4 canggih. Produk HVLP5 juga telah diajukan sebagai sampel. Dua tahap pertama pabrik Taiwan Union Technology di Thailand direncanakan memiliki kapasitas gabungan 1,2 juta lembar laminat per bulan, sementara lahan untuk tahap ketiga telah disiapkan.

Meski rencana ekspansi itu sudah disusun, kelangkaan bahan baku masih menjadi kekhawatiran utama. Ketua ITEQ Chen Chin-tsai menyebut kekurangan bahan sebagai tantangan terbesar perusahaan. General Manager Tsai Hsin-min mengatakan harga kain fiberglass naik hampir setiap bulan dan pasokan mungkin baru mulai membaik pada paruh kedua 2027 atau pada 2028.

Pelanggan akhir juga semakin mengendalikan pemilihan bahan. Setelah menyetujui suatu bahan, mereka dapat mewajibkan produsen PCB untuk menggunakan produk tertentu tersebut. Karena itu, pemasok bersaing bukan hanya dalam hal kehilangan sinyal yang rendah, tetapi juga mutu yang andal dan produksi yang konsisten.

Dorongan Nvidia terhadap PTFE menyatukan berbagai tuntutan tersebut. Bahan yang memungkinkan koneksi lebih cepat juga harus mampu bertahan melalui proses pengepresan, pengeboran, pelapisan, dan perakitan pada banyak lapisan. Investasi China, alternatif dari Taiwan, dan kemitraan Taiflex mencerminkan berbagai upaya untuk memenuhi kebutuhan praktis yang sama: memasok papan yang berfungsi secara konsisten dalam jumlah besar.

Poin-Poin Utama

• Nvidia menjajaki penggunaan PTFE untuk koneksi AI yang menuntut kinerja tinggi karena bahan ini kehilangan energi sinyal lebih sedikit daripada bahan isolasi konvensional.
• PTFE sulit melekat, lunak, dan memerlukan proses khusus, sehingga produksi papan dengan banyak lapisan menjadi rumit.
• Pemasok China berinvestasi, sementara produsen Taiwan menjajaki kemitraan PTFE dan bahan alternatif.
• Kerja sama yang diusulkan Taiflex dengan E Ink menargetkan pengujian di dua lokasi di Taiwan, sementara persetujuan dan ketentuan komersial masih belum tuntas.
• Waktu pengiriman laminat bertambah menjadi tiga bulan atau setengah tahun di tengah ketatnya pasokan fiberglass, foil tembaga, dan peralatan.
• Pelanggan mendukung kapasitas untuk periode 2027 hingga 2030, sementara produsen harus menyeimbangkan kinerja kelistrikan, biaya, dan keandalan produksi.