美國初創(chuàng )公司研發(fā)絕緣材料，試圖打破日本巨頭在該領(lǐng)域的壟斷地位
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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(guò)銅線(xiàn)“高速公路”相互連接的微觀(guān)組件層，有些地方甚至比人類(lèi)的頭發(fā)絲還細。
這些電線(xiàn)之間存在一種名為電介質(zhì)的絕緣材料，以確保電線(xiàn)不會(huì )相互接觸和短路。進(jìn)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(zhì)，這種材料被稱(chēng)為介電膜，是以薄如白細胞的薄片制成的。
30 年來(lái)，一家名為味之素（Ajinomoto）的日本公司通過(guò)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(zhù) 90% 以上的市場(chǎng)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(chuàng )公司正在研發(fā)一種新產(chǎn)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(chǎn)品）是一款專(zhuān)為滿(mǎn)足人工智能時(shí)代的計算需求而設計的。該公司聲稱(chēng)，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(zhù)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(xué)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(yè)的發(fā)展前沿。該法案試圖讓美國在半導體行業(yè)掌握更大的話(huà)語(yǔ)權，尤其是目前由少數國際公司主導的幾個(gè)細分領(lǐng)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(shù)問(wèn)題，打破建立已久的行業(yè)關(guān)系，并說(shuō)服全球半導體巨頭接納新的供應商。
Thintronics 創(chuàng )始人兼首席執行官斯特凡·帕斯?。⊿tefan Pastine）表示：“發(fā)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。”
絕緣體的瓶頸味之素這個(gè)名字聽(tīng)起來(lái)似乎跟芯片沒(méi)什么關(guān)系：該公司更為人所知的成就是，世界領(lǐng)先的味精調味粉供應商。
20 世紀 90 年代，味之素發(fā)現味精的一種副產(chǎn)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(chǎn)任何其他用于芯片的東西。事實(shí)上，芯片中的絕緣材料依賴(lài)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(lèi)推，它們并沒(méi)有被優(yōu)化和整合到一起。
當數據的傳輸距離較短時(shí)，絕緣系統可以正常工作，但當距離變長(cháng)時(shí)，如芯片和芯片之間的傳輸，弱絕緣體會(huì )成為瓶頸，浪費能量并降低計算速度。
這一點(diǎn)越來(lái)越令人擔憂(yōu)，尤其是隨著(zhù)人工智能的訓練越來(lái)越昂貴，消耗的能量也越來(lái)越大（味之素沒(méi)有回應置評請求）。
帕斯汀是一名化學(xué)家，他在 2019 年將自己專(zhuān)門(mén)研究硬塑料回收的公司出售給了一家工業(yè)化學(xué)品公司。
自那時(shí)起，他開(kāi)始相信化工行業(yè)的創(chuàng )新速度很慢，他認為同樣的問(wèn)題阻礙了芯片制造商尋找更好的絕緣材料。
他說(shuō)，在芯片行業(yè)，絕緣體“有點(diǎn)被視為邊緣人物”，它們的發(fā)展進(jìn)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(gè)想法并非開(kāi)創(chuàng )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(xué)物質(zhì)來(lái)實(shí)現突破。
（來(lái)源：資料圖）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(chǎn)線(xiàn)無(wú)縫銜接。
帕斯汀告訴我，許多行業(yè)參與者目前正在測試這些材料。但他以保密協(xié)議為由拒絕提供名字，同樣也不愿透露技術(shù)細節。
在沒(méi)有更多技術(shù)細節的情況下，很難對比 Thintronics 的材料與其他公司的競爭產(chǎn)品。該公司最近測試了其材料的 Dk 值（介電常數），這個(gè)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(chuàng )立了多家半導體初創(chuàng )公司，但與 Thintronics 沒(méi)有關(guān)系。
他說(shuō)，與其他積層膜（Thintronics 正在研發(fā)的電介質(zhì)類(lèi)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(jīng)獲得了一些支持。該公司在 2024 年 3 月獲得了由風(fēng)險投資公司 Translink 和 Maverick 牽頭的 2000 萬(wàn)美元 A 輪融資，以及美國國家科學(xué)基金會(huì )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(jìn) Thintronics 等半導體公司的發(fā)展，從而將半導體制造業(yè)帶回美國，減少對外國供應商的依賴(lài)。
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(shū)，嘗試獲得資助。
該法案的大部分資金將用于大型制造廠(chǎng)，如位于美國新墨西哥州的英特爾新工廠(chǎng)和位于美國亞利桑那州的臺積電新工廠(chǎng)。但美國商務(wù)部長(cháng)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(lǐng)域。
2024 年 2 月，專(zhuān)門(mén)用于材料創(chuàng )新的 3 億美元資金池開(kāi)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(shí)將《芯片法案》視為一大推動(dòng)力。
但與絕緣相關(guān)的產(chǎn)品目前依賴(lài)于全球數十家公司，想建立一個(gè)美國本土的芯片供應鏈，意味著(zhù)扭轉不同國家幾十年來(lái)塑造的專(zhuān)業(yè)化趨勢。行業(yè)專(zhuān)家表示，當今占主導地位的絕緣體供應商很難撼動(dòng)，它們已經(jīng)習慣了對抗新的競爭對手。
桑達拉姆說(shuō)：“20 多年來(lái)，味之素一直占據著(zhù) 90% 以上的市場(chǎng)份額。這在大多數行業(yè)是聞所未聞的，很明顯，他們并不是依靠一成不變來(lái)實(shí)現這一點(diǎn)的。”
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(zhù)長(cháng)達數十年的合作關(guān)系。要求這些行業(yè)大玩家更換材料是很難實(shí)現的。
“半導體行業(yè)非常保守。”在電介質(zhì)行業(yè)工作超過(guò) 25 年的半導體研究員 Larry Zhao 說(shuō)：“他們喜歡使用自己非常熟悉的供應商，質(zhì)量有保證。”
Thintronics 還面臨著(zhù)技術(shù)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(shí)現。味之素占主導地位的絕緣層，其厚度還不及人的頭發(fā)。
這種材料還必須能夠開(kāi)孔，這些小孔要容納垂直穿過(guò)薄膜的電線(xiàn)。桑達拉姆說(shuō)，每一次新的迭代都是一次大規模的研發(fā)工作，老牌公司在這方面有多年的經(jīng)驗，因此占據了上風(fēng)。
如果所有這些都能在實(shí)驗室中完成，那么前方還有另一個(gè)障礙：材料必須在大批量生產(chǎn)時(shí)保留這些特性，而桑達拉姆過(guò)去看到很多公司就是在這里失敗的。
他說(shuō)：“多年來(lái)，我曾為幾家試圖打破味之素業(yè)務(wù)壁壘的材料供應商提供建議，但他們最終都沒(méi)能成功，在大規模生產(chǎn)時(shí)遇到了無(wú)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(jìn)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(wù)的一部分，這兩項計劃都將減少行業(yè)對英偉達的依賴(lài)。
微軟、谷歌和 Meta 拒絕評論它們是否在推動(dòng)絕緣體等材料的進(jìn)步。
但桑達拉姆表示，這些公司可能更愿意與新的美國初創(chuàng )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(tài)度比現有的大公司開(kāi)放得多。”
作者簡(jiǎn)介：詹姆斯·奧唐奈（James O'Donnell）是《麻省理工科技評論》的人工智能記者，他專(zhuān)注于報道自動(dòng)駕駛汽車(chē)、手術(shù)機器人和聊天機器人等技術(shù)的承諾和風(fēng)險。在加入《麻省理工科技評論》之前，他曾在調查新聞媒體 FRONTLINE PBS 工作。他的文章曾發(fā)表于《華盛頓郵報》、ProPublica、WNYC 等媒體上。
支持：Ren
排版：劉雅坤
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