एनवीडिया की PTFE पहल से AI सर्किट बोर्ड सामग्री को लेकर होड़ तेज

AI हार्डवेयर की दौड़ में एक जाना-पहचाना नॉनस्टिक पदार्थ

AI प्रणालियों के भीतर तेज़ कनेक्शन की एनवीडिया की तलाश ने पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन यानी PTFE पर ध्यान खींचा है। यह पदार्थ टेफ्लॉन ब्रांड के नाम से सबसे अधिक जाना जाता है। इसकी खासियत विद्युत गुण हैं: PTFE सर्किट बोर्ड में संकेतों को कम ऊर्जा गंवाते हुए आगे बढ़ने में मदद कर सकता है, जबकि पारंपरिक इन्सुलेटिंग पदार्थों में ऊर्जा का नुकसान अधिक होता है।

चुनौती इस बढ़त को दर्जनों परतों वाले भरोसेमंद बोर्डों में बदलने की है। PTFE दूसरे पदार्थों से चिपकने का प्रतिरोध करता है, अपेक्षाकृत नरम है और इसके प्रसंस्करण में कठिनाई आती है। इन गुणों के कारण निर्माता सावधानी बरतने और निवेश करने के बीच बंटे हुए हैं। चीनी आपूर्तिकर्ता अवसर तलाश रहे हैं, जबकि ताइवानी कंपनियां वैकल्पिक पदार्थों और विनिर्माण लागत पर विचार कर रही हैं।

एनवीडिया ने अक्टूबर की शुरुआत में ओपन कंप्यूट प्रोजेक्ट सम्मेलन में एक नया NVLink स्विच बोर्ड दिखाया, जिसके बारे में उद्योग से जुड़े लोगों का मानना है कि उसमें PTFE का इस्तेमाल हो सकता है। संभावित उपयोगों में Rubin Ultra के स्विच और भविष्य के ऑर्थोगोनल मिडप्लेन शामिल हैं। ये ऐसे कनेक्शन बोर्ड होते हैं जो समकोण पर लगे दूसरे बोर्डों को जोड़ते हैं। उत्पादन की निश्चित समय-सारिणी और सामग्री के अंतिम विनिर्देशों का खुलासा नहीं किया गया है।

यह होड़ किसी एक रेज़िन तक सीमित नहीं है। तांबे की फॉइल, फाइबरग्लास कपड़ा, प्रेसिंग उपकरण और कारखानों की क्षमता, सभी पर दबाव है क्योंकि AI सर्वरों में अधिक जटिल बोर्डों की जरूरत पड़ती है। ग्राहक 2027 से 2030 तक की क्षमता की प्रतिबद्धताएं मांग रहे हैं, जबकि कुछ उपकरणों की आपूर्ति में 30 महीने लग सकते हैं।

एनवीडिया संकेतों को अधिक दूर तक क्यों भेजना चाहता है

AI प्रोसेसरों को एक साथ काम करने के लिए भारी मात्रा में जानकारी का आदान-प्रदान करना पड़ता है। प्रिंटेड सर्किट बोर्ड यानी PCB में घटक लगे होते हैं और वह विद्युत संकेतों तथा बिजली के लिए रास्ते मुहैया कराता है। जब प्रति लेन डेटा संचरण की गति 200 गीगाबिट प्रति सेकंड के करीब पहुंचती है, तो संकेतों को बरकरार रखना लगातार कठिन हो जाता है।

PTFE में डाइइलेक्ट्रिक लॉस बहुत कम होता है। यानी तांबे के पथ के आसपास मौजूद इन्सुलेटिंग पदार्थ संकेत की कम ऊर्जा सोखता है। इसका इस्तेमाल पहले से ही सैन्य रडार, उपग्रहों और उन्नत चालक-सहायता प्रणालियों में इस्तेमाल होने वाले रडार जैसे चुनौतीपूर्ण अनुप्रयोगों में होता है। जटिल AI सर्वर बोर्डों तक इसका इस्तेमाल बढ़ाने से यह विद्युत लाभ कहीं बड़ी विनिर्माण चुनौती के साथ जुड़ जाएगा।

उद्योग जगत के विवरणों के अनुसार, एनवीडिया बोर्डों के बीच सीधे तेज़ संकेत आदान-प्रदान को संभव बनाना चाहता है, जिससे तांबे की कुछ जटिल केबलों की जगह ली जा सकती है। तांबे के लंबे पथों में आसपास की सामग्री पर अधिक दबाव पड़ता है, क्योंकि संकेत के आगे बढ़ने के साथ ऊर्जा का नुकसान जमा होता जाता है।

को-पैकेज्ड ऑप्टिक्स तेज़ संचार का एक और रास्ता है। इसमें ऑप्टिकल कनेक्शन को कंप्यूटिंग या स्विचिंग चिपों के करीब लाया जाता है। चर्चा में शामिल अनुप्रयोगों के लिए यह तकनीक तैयार होने से पहले, बोर्ड की सामग्री में सुधार करना डिजाइन का अधिक तात्कालिक विकल्प है। व्यावहारिक सवाल यह है कि क्या निर्माता स्वीकार्य लागत और उत्पादन मात्रा पर जरूरी विद्युत प्रदर्शन दे सकते हैं।

कड़ाही में मददगार गुण बोर्ड को जटिल बनाता है

कॉपर क्लैड लैमिनेट यानी CCL सर्किट बोर्डों की बुनियादी निर्माण सामग्री है। इसमें आम तौर पर तांबे की फॉइल, रेज़िन और फाइबरग्लास की मजबूती देने वाली परतें होती हैं। निर्माता इन सामग्रियों को संसाधित करके जोड़ते हैं और ऐसी परतदार संरचना बनाते हैं जिसमें सर्वर के विद्युत कनेक्शन होते हैं।

एपॉक्सी, पॉलीफेनिलीन ऑक्साइड और हाइड्रोकार्बन रेज़िन समेत पारंपरिक रेज़िन प्रणालियां गर्म करने पर एक-दूसरे से जुड़ सकती हैं और जमने के बाद कठोर हो जाती हैं। इससे बाद में ड्रिलिंग, प्लेटिंग और असेंबली करना तुलनात्मक रूप से आसान रहता है। PTFE का चिपकने का प्रतिरोध काम को कठिन बना देता है: विनिर्माण और इस्तेमाल के दौरान परतों को मजबूती से जुड़ा रहना होता है।

AI सर्वरों में इस्तेमाल होने वाले मोटे और जटिल बोर्डों में अकेले इस्तेमाल के लिए PTFE पर्याप्त कठोर भी नहीं है। निर्माता आम तौर पर ऐसी हाइब्रिड संरचनाओं पर विचार करते हैं जिनमें PTFE को अधिक कठोर सामग्रियों के साथ मिलाया जाता है। इन डिजाइनों का उद्देश्य संकेतों के लिए सबसे जरूरी जगहों पर कम-लॉस वाली सामग्री लगाना और बाकी हिस्सों में यांत्रिक मजबूती बनाए रखना है।

प्रसंस्करण के लिए कारखानों में बड़े बदलाव करने पड़ सकते हैं। उद्योग के अनुमानों के अनुसार, कुछ बहुस्तरीय PTFE बोर्डों को लैमिनेट करने के लिए तापमान करीब 300 डिग्री सेल्सियस तक रखना पड़ सकता है। सामान्य PCB उत्पादन लाइनों में उपयुक्त उपकरण न होने से सामग्री बदलने के लिए नई मशीनरी, संशोधित प्रक्रिया-विधियों और कई आपूर्तिकर्ताओं के स्तर पर बदलाव की जरूरत पड़ सकती है।

ताइवान की सतर्कता और चीन का निवेश

यूनिमाइक्रॉन के अध्यक्ष तुंग टिंग-यू ने कहा है कि एनवीडिया ने तीन साल पहले कंपनी से PTFE विकास को लेकर संपर्क किया था। उनके मुताबिक, एनवीडिया की शुरुआती दिलचस्पी कुछ हद तक उन्नत लैमिनेट की कमी का जवाब थी। उन्होंने यह सवाल भी उठाया है कि क्या PTFE सर्किट बोर्ड की मुख्यधारा की सामग्री बनेगा।

GF सिक्योरिटीज में इलेक्ट्रॉनिक्स और संचार अनुसंधान के प्रमुख पु देयू की राय अलग है। उनका तर्क है कि इसकी जरूरत उत्पाद डिजाइन से पैदा होती है: 70 से अधिक परतों वाले बोर्डों में उन्नत M9 सामग्री भी पर्याप्त संचरण प्रदर्शन देने में संघर्ष कर सकती है। उनका यह भी मानना है कि अंतरिक्ष में भविष्य के कंप्यूटिंग अनुप्रयोग PTFE की मांग बढ़ाएंगे।

उद्योग से जुड़े लोगों के अनुसार, एनवीडिया के PTFE काम से जुड़ी कंपनियां मुख्य रूप से चीनी हैं, हालांकि इनमें एक अमेरिकी बोर्ड निर्माता भी शामिल है। इनमें लैमिनेट आपूर्तिकर्ता शेंगयी टेक्नोलॉजी और PCB निर्माता विक्टरी जायंट टेक्नोलॉजी शामिल हैं। विक्टरी जायंट ने एनवीडिया की जरूरतें पूरी करने के लिए उपकरणों में भारी निवेश किया है।

ताइवान की सूचीबद्ध कंपनियों में लचीले कॉपर क्लैड लैमिनेट बनाने वाली टैइफ्लेक्स और लचीले सर्किट की निर्माता फ्लेक्सियम शामिल हैं। दोनों AI सर्वर PCB की प्रमुख आपूर्तिकर्ता नहीं हैं। उनकी भागीदारी दिखाती है कि यह अवसर कठोर सर्वर बोर्डों के स्थापित निर्माताओं से आगे तक फैला है, हालांकि बड़े पैमाने पर व्यावसायिक उत्पादन अब भी एक बड़ी चुनौती है।

टैइफ्लेक्स और ई इंक उत्पादन की राह तैयार कर रहे हैं

टैइफ्लेक्स के निदेशक मंडल ने 28 अक्टूबर को PTFE सामग्री विकसित करने के लिए ई इंक के साथ समझौता ज्ञापन को मंजूरी दी। इस योजना में टैइफ्लेक्स की सामग्रियों को ई इंक की ताइवान स्थित शिनचू और गुआनयिन इकाइयों में परीक्षण उत्पादन और सत्यापन के साथ जोड़ा जाएगा।

टैइफ्लेक्स मुख्य सामग्रियां उपलब्ध कराएगी और तेज़ संकेत संचरण के लिए PTFE लैमिनेट विकसित करेगी। ई इंक सामग्री अनुसंधान, सतह उपचार और विनिर्माण प्रबंधन में योगदान देगी। सतह उपचार खास तौर पर उस सामग्री के लिए प्रासंगिक है जिसे जोड़ने की कठिनाई के कारण बनाना मुश्किल होता है।

टैइफ्लेक्स के अध्यक्ष चेन युंग-हेंग ने कहा है कि कंपनी कई साल से कॉपर क्लैड लैमिनेट और उन्नत इलेक्ट्रॉनिक सामग्रियों में निवेश कर रही है, जिनमें PTFE तकनीक और उत्पाद शामिल हैं। प्रस्तावित सहयोग इस विकास कार्य को उन इकाइयों से जोड़ेगा जहां विनिर्माण प्रक्रियाओं का परीक्षण किया जा सकता है।

इस साझेदारी को अभी ई इंक के निदेशक मंडल की समीक्षा से गुजरना है। व्यावसायिक शर्तें और क्रियान्वयन के विवरण तय नहीं हुए हैं। आगे का कोई भी अनुबंधित विनिर्माण प्रगति पर निर्भर करेगा। इन दोनों इकाइयों को परीक्षण स्थलों के रूप में तय करने की योजना है, न कि PTFE के व्यावसायिक उत्पादन के पक्के केंद्रों के रूप में।

उस समय ई इंक और उसकी सामग्री सहायक कंपनी के पास मिलाकर टैइफ्लेक्स की करीब 9% हिस्सेदारी थी। ई इंक के अध्यक्ष जॉनसन ली ने कहा है कि टैइफ्लेक्स में निवेश करीब चार साल पहले शुरू हुआ था। दोनों कंपनियों के बीच करीबी परिचालन संबंध कई चरणों में विकसित हुआ:

• 2 अप्रैल: चेन युंग-हेंग टैइफ्लेक्स के अध्यक्ष बने।
• 27 मई: निदेशक मंडल के चुनाव में ई इंक को टैइफ्लेक्स की चार सीटें मिलीं।
• 29 जुलाई: जॉनसन ली टैइफ्लेक्स के उपाध्यक्ष बने।
• 28 अक्टूबर: टैइफ्लेक्स के निदेशक मंडल ने प्रस्तावित PTFE सहयोग को मंजूरी दी।

अधिक परतों का मतलब अधिक सामग्री है, सिर्फ अधिक ऑर्डर नहीं

AI सर्वरों की वजह से लैमिनेट की मांग बढ़ रही है, जिसका एक कारण उनके बोर्डों में अधिक परतें होना है। पारंपरिक सर्वर बोर्डों में करीब 16 से 20 परतें हो सकती हैं, जबकि AI सर्वर बोर्डों में अब 30 से 40 या उससे अधिक परतें होती हैं। 20 और 40 परतों की तुलना से बदलाव का अंदाजा मिलता है: हर बोर्ड में दोगुनी परतें बनानी पड़ती हैं, हालांकि वास्तविक सामग्री की खपत उसके आकार और डिजाइन पर भी निर्भर करती है।

लैमिनेट की आपूर्ति में लगने वाला समय करीब दो से चार सप्ताह से बढ़कर तीन महीने या आधा साल हो गया है। कुछ उन्नत फाइबरग्लास कपड़े आवंटन के आधार पर दिए जा रहे हैं। इससे अलग-अलग ग्राहकों को मिलने वाली मात्रा सीमित हो जाती है, भले ही वे अधिक ऑर्डर देना चाहें।

जरूरतें अधिक कठिन होने के साथ फाइबरग्लास का उत्पादन भी धीमा पड़ रहा है। आपूर्तिकर्ता पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक ग्लास कपड़े से बेहतर विद्युत गुणों वाले उत्पादों की ओर क्षमता स्थानांतरित कर रहे हैं। उद्योग के अनुमानों के अनुसार, मोटे कपड़े से पतले कपड़े की ओर जाने पर उत्पादन क्षमता 50% से 70% तक घट सकती है।

मॉर्गन स्टैनली ने निकट अवधि की चार बाधाएं बताई हैं: PTFE प्रसंस्करण, पतले ई-ग्लास की सीमित आपूर्ति, EPM लैमिनेशन प्रेस की लंबी आपूर्ति अवधि और ग्लास सब्सट्रेट, जिनके व्यावसायिक उत्पादन तक पहुंचने में उसके अनुमान से दो से तीन साल और लगेंगे। ये बाधाएं उत्पादन के अलग-अलग चरणों को प्रभावित करती हैं, जिससे तैयार बोर्डों की आपूर्ति तेजी से बढ़ाना मुश्किल हो जाता है।

PTFE, व्यापक सामग्री होड़ का एक विकल्प

मॉर्गन स्टैनली के अनुसार, ताइवानी लैमिनेट निर्माता हाइड्रोकार्बन रेज़िन, हाइड्रोकार्बन रेज़िन और PTFE के मिश्रण तथा बेंज़ोसाइक्लोब्यूटीन यानी BCB पर काम कर रहे हैं। चुनाव विद्युत प्रदर्शन, प्रसंस्करण की आसानी, लागत और बड़ी मात्रा में एकसमान सामग्री देने की क्षमता पर निर्भर करता है।

क्वार्ट्ज कपड़ा, जिसे अक्सर Q क्लॉथ कहा जाता है, चुनौतीपूर्ण उपयोगों के लिए एक और विकल्प है। इसके विद्युत गुण अच्छे हैं, लेकिन इसकी कीमत सामान्य फाइबरग्लास कपड़े से 50 से 70 गुना तक हो सकती है। इसकी कठोरता और भंगुरता से ड्रिलिंग भी जटिल हो जाती है।

एक ड्रिल बिट पारंपरिक फाइबरग्लास बोर्ड में करीब 2,000 से 3,000 छेद कर सकता है, जबकि क्वार्ट्ज कपड़े वाले बोर्ड में करीब 200 छेद के बाद उसे बदलना पड़ सकता है। इन आंकड़ों का अर्थ है कि पारंपरिक सामग्री में बिट बदलने से पहले करीब 10 से 15 गुना अधिक छेद किए जा सकते हैं। इससे क्वार्ट्ज विकल्प की विनिर्माण लागत काफी बढ़ जाती है।

प्रसंस्करण की समस्याओं से निपटने के लिए निर्माता पिकोसेकंड लेज़र और अल्ट्रासोनिक ड्रिलिंग जैसी तकनीकें अपना रहे हैं। ग्राहक मिश्रित सामग्री वाले डिजाइन भी इस्तेमाल कर सकते हैं: चुनौतीपूर्ण संकेत परतों में उन्नत M9 या M10 लैमिनेट और बाकी जगह कम खर्चीली सामग्री लगाई जा सकती है।

एलीट मटेरियल के अध्यक्ष तुंग टिंग-यू ने कहा है कि M9 का बड़े पैमाने पर उत्पादन पहले से हो रहा है, अगले साल M10 का उत्पादन बढ़ने की उम्मीद है और M11 पर काम चल रहा है। तांबे की फॉइल में भी बदलाव हो रहा है: चिकनी सतहें तांबे के रास्तों पर संकेतों के आगे बढ़ने के दौरान होने वाले नुकसान को कम करने में मदद करती हैं। इसलिए रेज़िन का चुनाव विद्युत डिजाइन का सिर्फ एक हिस्सा है।

ग्राहक भविष्य की क्षमता सुनिश्चित करने के लिए भुगतान कर रहे हैं

गोल्डमैन सैक्स का कहना है कि ग्राहक दीर्घकालिक समझौतों, विस्तार के लिए सब्सिडी, अग्रिम भुगतान या प्रोत्साहनों के जरिए 2027 से 2030 तक के क्षमता निवेश में मदद कर रहे हैं। एलीट मटेरियल, झेन डिंग टेक्नोलॉजी और तांबे की फॉइल बनाने वाली को-टेक को ऐसे अनुरोध मिले हैं। कुछ आपूर्तिकर्ता हर प्रस्तावित व्यवस्था स्वीकार करने के बजाय अपनी गुंजाइश बनाए रखना पसंद करते हैं।

इस वित्तपोषण के पीछे सामग्री और मशीनों, दोनों के लिए लंबा इंतजार है। यूनिमाइक्रॉन के अध्यक्ष और मुख्य रणनीति अधिकारी चिएन शान-चिएह ने कहा है कि करीब 80% उपकरणों की आपूर्ति अवधि बढ़ गई है और कुछ महत्वपूर्ण मशीनों के लिए 30 महीने तक लग सकते हैं। उनका अनुमान है कि 2027 में प्रमुख सामग्रियों की कमी जरूरत का 20% से 40% तक हो सकती है।

एनवीडिया चिप सब्सट्रेट की क्षमता भी बढ़ाना चाहता है। ये बारीक तारों वाली संरचनाएं चिपों को सिस्टम के बाकी हिस्सों से जोड़ती हैं। खबरों के मुताबिक, कंपनी तीन साल के भीतर संबंधित क्षमता को मौजूदा स्तर से 2.5 गुना तक बढ़ाने की योजना बना रही है और उसने जापान की IBIDEN को क्षमता के लिए अरबों अमेरिकी डॉलर का अग्रिम भुगतान दिया है।

सब्सट्रेट और सर्वर PCB की भूमिकाएं अलग हैं, लेकिन AI हार्डवेयर के इसी विस्तार से दोनों में निवेश आकर्षित हो रहा है। ग्राहक पहले ही धन लगाने की प्रतिबद्धता जता रहे हैं, क्योंकि कारखाने बनाना, उपकरण लगाना और उत्पादों को मंजूरी दिलाना, खरीद आदेश देने से कहीं अधिक समय लेता है।

नए कारखानों को भी स्वीकृत सामग्री की जरूरत होगी

को-टेक मलेशिया में एक संयंत्र पर NT$8 अरब से NT$10 अरब तक निवेश करने की योजना बना रही है। इसकी नियोजित क्षमता 30,000 टन होगी और लक्ष्य उन्नत HVLP4 तांबे की फॉइल बनाना है। HVLP5 उत्पादों के नमूने भी जमा किए जा चुके हैं। थाईलैंड में ताइवान यूनियन टेक्नोलॉजी के पहले दो कारखाना चरणों से हर महीने कुल 12 लाख लैमिनेट शीट की क्षमता मिलने की योजना है। तीसरे चरण के लिए जमीन आरक्षित रखी गई है।

इन विस्तार योजनाओं के बावजूद कच्चे माल की कमी बड़ी चिंता बनी हुई है। आईटीईक्यू के अध्यक्ष चेन चिन-त्साई ने अपर्याप्त सामग्री को कंपनी की सबसे बड़ी चुनौती बताया है। महाप्रबंधक त्साई ह्सिन-मिन ने कहा है कि फाइबरग्लास कपड़े की कीमतें लगभग हर महीने बढ़ रही हैं और आपूर्ति में राहत 2027 की दूसरी छमाही या 2028 में ही शुरू हो सकती है।

अंतिम ग्राहक भी सामग्री के चुनाव पर अधिक नियंत्रण रख रहे हैं। किसी सामग्री को मंजूरी देने के बाद वे PCB निर्माताओं से उसी खास उत्पाद का इस्तेमाल करने की मांग कर सकते हैं। इसलिए आपूर्तिकर्ताओं के बीच प्रतिस्पर्धा सिर्फ संकेतों के न्यूनतम नुकसान के लिए नहीं, बल्कि भरोसेमंद गुणवत्ता और बार-बार एक जैसा उत्पादन करने की क्षमता के लिए भी है।

PTFE को आगे बढ़ाने की एनवीडिया की पहल इन सभी जरूरतों को एक साथ सामने लाती है। तेज़ कनेक्शन देने वाली सामग्री को कई परतों में प्रेसिंग, ड्रिलिंग, प्लेटिंग और असेंबली की प्रक्रियाओं से भी गुजरना होगा। चीनी निवेश, ताइवानी विकल्प और टैइफ्लेक्स की साझेदारी, सभी इसी व्यावहारिक जरूरत को पूरा करने के अलग-अलग प्रयास हैं: ऐसे बोर्ड बड़ी संख्या में देना जो लगातार भरोसेमंद ढंग से काम करें।

मुख्य बातें

• एनवीडिया कठिन AI कनेक्शन के लिए PTFE पर काम कर रहा है, क्योंकि यह पारंपरिक इन्सुलेटिंग सामग्रियों की तुलना में संकेत की कम ऊर्जा गंवाता है।
• PTFE का चिपकने का प्रतिरोध, नरमपन और प्रसंस्करण संबंधी जरूरतें कई परतों वाले बोर्डों का उत्पादन कठिन बनाती हैं।
• चीनी आपूर्तिकर्ता निवेश कर रहे हैं, जबकि ताइवानी निर्माता PTFE साझेदारियां और वैकल्पिक सामग्रियां तलाश रहे हैं।
• ई इंक के साथ टैइफ्लेक्स के प्रस्तावित सहयोग का लक्ष्य ताइवान की दो इकाइयों में परीक्षण करना है। मंजूरियां और व्यावसायिक शर्तें अभी बाकी हैं।
• फाइबरग्लास, तांबे की फॉइल और उपकरणों की आपूर्ति तंग होने से लैमिनेट की आपूर्ति अवधि बढ़कर तीन महीने या आधा साल हो गई है।
• ग्राहक 2027 से 2030 तक की क्षमता के लिए सहयोग दे रहे हैं, जबकि निर्माताओं को विद्युत प्रदर्शन, लागत और भरोसेमंद उत्पादन के बीच संतुलन बनाना होगा।