浭深2024年4月14日消息，試圖理解計算機芯片的所有復雜組件可能是一件令人頭疼的事，那些通過銅線“高速公路”相互連接的微觀組件層，有些地方甚至比人類的頭發絲還細。

這些電線之間存在一種名為電介質的絕緣材料，以確保電線不會相互接觸和短路。進一步放大，在芯片和下面的結構之間存在一種特殊的電介質，這種材料被稱為介電膜，是以薄如白細胞的薄片制成的。

30 年來，一家名為味之素（Ajinomoto）的日本公司通過制作這種薄片賺取了數十億美元。競爭對手一直難以望其項背，如今味之素仍占據著 90% 以上的市場份額。

但現在，一家總部位于美國加利福尼亞州伯克利的初創公司正在研發一種新產品，試圖與味之素競爭，并將芯片制造供應鏈的這一小部分帶回美國。

這家公司名為 Thintronics，其材料（產品）是一款專為滿足人工智能時代的計算需求而設計的。該公司聲稱，這種新材料具有更好的絕緣性能，如果能廣泛采用，就意味著數據中心的運算速度更快，能源成本更低。

在 2800 億美元的《芯片與科學法案》的刺激下，該公司與其他美國公司一同站在了半導體行業的發展前沿。該法案試圖讓美國在半導體行業掌握更大的話語權，尤其是目前由少數國際公司主導的幾個細分領域。

但要想取得成功，Thintronics 及其同行必須克服一系列挑戰，解決技術問題，打破建立已久的行業關系，并說服全球半導體巨頭接納新的供應商。

Thintronics 創始人兼首席執行官斯特凡·帕斯?。⊿tefan Pastine）表示：“發明新材料平臺并將其推向世界非常困難。這不適合膽小的人?！?/p>

絕緣體的瓶頸

味之素這個名字聽起來似乎跟芯片沒什么關系：該公司更為人所知的成就是，世界領先的味精調味粉供應商。

20 世紀 90 年代，味之素發現味精的一種副產品是很好的絕緣體，從那以后，它幾乎壟斷了這種小眾材料。

但味之素不生產任何其他用于芯片的東西。事實上，芯片中的絕緣材料依賴于分散的供應鏈：一層使用味之素的材料，另一層使用另一家公司的材料，以此類推，它們并沒有被優化和整合到一起。

當數據的傳輸距離較短時，絕緣系統可以正常工作，但當距離變長時，如芯片和芯片之間的傳輸，弱絕緣體會成為瓶頸，浪費能量并降低計算速度。

這一點越來越令人擔憂，尤其是隨著人工智能的訓練越來越昂貴，消耗的能量也越來越大（味之素沒有回應置評請求）。

帕斯汀是一名化學家，他在 2019 年將自己專門研究硬塑料回收的公司出售給了一家工業化學品公司。

自那時起，他開始相信化工行業的創新速度很慢，他認為同樣的問題阻礙了芯片制造商尋找更好的絕緣材料。

他說，在芯片行業，絕緣體“有點被視為邊緣人物”，它們的發展進程遠比不上晶體管和其他芯片組件。

同年，他成立了 Thintronics，希望找到更好的絕緣體，以更低的成本為數據中心提供更快的計算速度。

這個想法并非開創性的，很多人都在不斷研究和嘗試新的絕緣體，但帕斯汀相信他可以找到合適的化學物質來實現突破。

Thintronics 表示，它將為芯片的所有層制造不同的絕緣體，可以與現有生產線無縫銜接。

許多行業參與者目前正在測試這些材料。但他以保密協議為由拒絕提供名字，同樣也不愿透露技術細節。

在沒有更多技術細節的情況下，很難對比 Thintronics 的材料與其他公司的競爭產品。該公司最近測試了其材料的 Dk 值（介電常數），這個指標可以衡量材料的絕緣能力。

研究人員溫基·桑達拉姆（Venky Sundaram）評估了結果，他創立了多家半導體初創公司，但與 Thintronics 沒有關系。

他說，與其他積層膜（Thintronics 正在研發的電介質類別）相比，它們的 Dk 值令人印象深刻，比當今任何其他材料都要好。

前路漫漫

Thintronics 的努力已經獲得了一些支持。該公司在 2024 年 3 月獲得了由風險投資公司 Translink 和 Maverick 牽頭的 2000 萬美元 A 輪融資，以及美國國家科學基金會的撥款。

該公司也在尋求《芯片法案》的資助。該法案于 2022 年成為法律，旨在促進 Thintronics 等半導體公司的發展，從而將半導體制造業帶回美國，減少對外國供應商的依賴。

該法案成為法律一年后，政府表示，已有 450 多家公司提交了意向書，嘗試獲得資助。

該法案的大部分資金將用于大型制造廠，如位于美國新墨西哥州的英特爾新工廠和位于美國亞利桑那州的臺積電新工廠。但美國商務部長吉娜·雷蒙多（Gina Raimondo）表示，她希望小公司也能獲得資金，尤其是在材料領域。

2024 年 2 月，專門用于材料創新的 3 億美元資金池開放申請。雖然 Thintronics 拒絕透露其正在尋求多少資金或從哪些項目獲得資金，但該公司確實將《芯片法案》視為一大推動力。

但與絕緣相關的產品目前依賴于全球數十家公司，想建立一個美國本土的芯片供應鏈，意味著扭轉不同國家幾十年來塑造的專業化趨勢。行業專家表示，當今占主導地位的絕緣體供應商很難撼動，它們已經習慣了對抗新的競爭對手。

桑達拉姆說：“20 多年來，味之素一直占據著 90% 以上的市場份額。這在大多數行業是聞所未聞的，很明顯，他們并不是依靠一成不變來實現這一點的?！?/p>

一大挑戰是，占主導地位的絕緣材料制造商與英偉達、AMD 等芯片設計公司，以及臺積電等芯片制造商有著長達數十年的合作關系。要求這些行業大玩家更換材料是很難實現的。

“半導體行業非常保守。”在電介質行業工作超過 25 年的半導體研究員 Larry Zhao 說：“他們喜歡使用自己非常熟悉的供應商，質量有保證?！?/p>

Thintronics 還面臨著技術障礙：與其他芯片組件一樣，絕緣材料的制造標準非常精確，難以實現。味之素占主導地位的絕緣層，其厚度還不及人的頭發。

這種材料還必須能夠開孔，這些小孔要容納垂直穿過薄膜的電線。桑達拉姆說，每一次新的迭代都是一次大規模的研發工作，老牌公司在這方面有多年的經驗，因此占據了上風。

如果所有這些都能在實驗室中完成，那么前方還有另一個障礙：材料必須在大批量生產時保留這些特性，而桑達拉姆過去看到很多公司就是在這里失敗的。

他說：“多年來，我曾為幾家試圖打破味之素業務壁壘的材料供應商提供建議，但他們最終都沒能成功，在大規模生產時遇到了無法解決的難題。”

盡管面臨重重挑戰，但有一件事可能對 Thintronics 有利：微軟和 Meta 等美國科技巨頭首次在設計自己的芯片方面取得了進展。

它們計劃將這些芯片用于內部人工智能（模型）訓練，以及作為云計算服務的一部分，這兩項計劃都將減少行業對英偉達的依賴。

微軟、谷歌和 Meta 拒絕評論它們是否在推動絕緣體等材料的進步。

但桑達拉姆表示，這些公司可能更愿意與新的美國初創公司合作，而不是墨守成規的芯片制造方式：“他們對供應鏈的態度比現有的大公司開放得多?！?/p>