试图理解单个计算机芯片的所有复杂组件可能会令人眼花缭乱：微观组件层通过铜线高速公路相互连接，有些仅比几条DNA链宽。这些电线之间有一种称为电介质的绝缘材料，可确保电线不会接触和短路。进一步放大，在芯片和它下面的结构之间放置了一个特殊的电介质;这种材料称为介电膜，以薄如白细胞的片状形式生产。
30 年来，一家名为味之素的日本公司制作了这部特殊的电影，赚了数十亿美元。竞争对手一直在努力超越他们，如今味之素在该产品中占有 90% 以上的市场份额，该产品用于从笔记本电脑到数据中心的所有领域。
但现在，一家位于加利福尼亚州伯克利的初创公司正在着手一项艰巨的努力，以推翻味之素，并将芯片制造供应链的这一小部分带回美国。
Thintronics承诺推出一款专为人工智能时代的计算需求而打造的产品，该公司声称这套新材料具有更高的绝缘性能，如果被采用，可能意味着数据中心具有更快的计算速度和更低的能源成本。
在2800亿美元的《芯片和科学法案》的推动下，该公司处于即将到来的美国新公司的浪潮的最前沿，该法案正在寻求在半导体行业中占有一席之地，该行业仅由少数国际参与者主导。但要取得成功，Thintronics及其同行必须克服一系列挑战——解决技术问题，破坏长期的行业关系，并说服全球半导体巨头接受新的供应商。
“发明新材料平台并将它们推向世界非常困难，”Thintronics创始人兼首席执行官Stefan Pastine说。它“不适合胆小的人”。
绝缘子瓶颈
如果您知道味之素这个名字，您可能会惊讶地听到它在芯片领域发挥着关键作用：该公司更广为人知的是世界领先的味精调味粉供应商。在 1990 年代，味之素发现味精的副产品是一种很好的绝缘体，从那时起，它就几乎垄断了利基材料。
但味之素不制造任何其他用于芯片的部件。事实上，芯片中的绝缘材料依赖于分散的供应链：一层使用味之素的材料，另一层使用另一家公司的材料，依此类推，没有一层经过优化以协同工作。当数据通过短路径传输时，最终的系统工作正常，但在较长的距离上，例如在芯片之间，弱绝缘体会成为瓶颈，浪费能源并降低计算速度。最近，这越来越受到关注，特别是随着人工智能训练的规模变得越来越昂贵，并且消耗了令人瞠目结舌的能量。（味之素没有回应置评请求。
对于化学家帕斯汀来说，这一切都没有多大意义，他在 2019 年将他之前专门回收硬塑料的公司卖给了一家工业化学品公司。大约在那个时候，他开始相信化工行业的创新速度可能很慢，他认为同样的模式正在阻止芯片制造商找到更好的绝缘材料。他说，在芯片行业，绝缘体“在某种程度上被视为红头发的继子”——他们还没有看到晶体管和其他芯片组件取得的进展。
同年，他推出了Thintronics，希望破解更好的绝缘体上的代码，可以以更低的成本为数据中心提供更快的计算速度。这个想法并不具有开创性——新的绝缘体正在不断被研究和部署——但 Pastine 相信他可以找到合适的化学成分来实现突破。
Thintronics表示，它将为芯片的所有层制造不同的绝缘体，用于设计成现有生产线的系统。Pastine告诉我，这些材料现在正在与许多行业参与者进行测试。但他以保密协议为由拒绝提供姓名，同样不愿透露该公式的细节。
如果没有更多细节，很难确切地说Thintronics材料与竞争产品相比有多好。该公司最近测试了其材料的Dk值，这是衡量材料绝缘体有效性的指标。Venky Sundaram是一位研究人员，他创立了多家半导体初创公司，但没有参与Thintronics，他审查了结果。他说，与其他积层薄膜（Thintronics正在竞争的介电类别）相比，它们最令人印象深刻的Dk值比当今可用的任何其他材料都要好。
前方崎岖不平的道路
Thintronics的愿景已经获得了一些支持。今年3月，该公司获得了由风险投资公司Translink和Maverick领投的2000万美元A轮融资，以及美国国家科学基金会的资助。
该公司还在寻求《芯片法案》的资金。 该法案于2022年由美国总统乔·拜登（Joe Biden）签署成为法律，旨在促进Thintronics等公司的发展，以便将半导体制造带回美国公司，并减少对外国供应商的依赖。在它成为法律一年后，政府表示，已有450多家公司提交了意向书，以获得CHIPS资助，用于整个行业的工作。
该立法的大部分资金将用于大型制造设施，例如英特尔在新墨西哥州和台积电在亚利桑那州运营的工厂。但美国商务部长吉娜·雷蒙多（Gina Raimondo）表示，她希望看到较小的公司也能获得资金，尤其是在材料领域。今年2月，专门用于材料创新的3亿美元资金池开始申请。虽然Thintronics拒绝透露它正在寻求多少资金或从哪些项目中寻求资金，但该公司确实将CHIPS法案视为一个主要的顺风。
但是，为芯片（目前依赖全球数十家公司的产品）建立国内供应链将意味着扭转不同国家数十年来的专业化。行业专家表示，很难挑战当今占主导地位的绝缘子供应商，这些供应商往往不得不适应以抵御新的竞争。
“味之素二十多年来一直是 90% 以上的市场份额材料，”Sundaram 说。“这在大多数企业中是闻所未闻的，你可以想象他们不是通过不改变来实现的。
一大挑战是，占主导地位的制造商与英伟达（Nvidia）或Advanced Micro Devices等芯片设计公司以及台积电（TSMC）等制造商有着长达数十年的关系。要求这些玩家交换材料是一件大事。
“半导体行业非常保守，”在电介质行业工作超过25年的半导体研究员Larry Zhao说。“他们喜欢使用他们已经非常熟悉的供应商，他们知道质量。”
Thintronics面临的另一个障碍是技术：绝缘材料与其他芯片组件一样，必须遵守制造标准，非常精确，难以理解。味之素占主导地位的层比人的头发还细。该材料还必须能够接受微小的孔，这些孔容纳垂直穿过薄膜的电线。Sundaram说，每一次新的迭代都是一次大规模的研发工作，现有公司凭借其多年的经验占据上风。
如果所有这些都在实验室中成功完成，那么另一个障碍摆在面前：材料必须在大批量制造设施中保留这些特性，而这正是Sundaram过去的努力失败的地方。
“多年来，我曾为几家试图打入味之素业务但未能成功的材料供应商提供咨询，”他说。“他们最终都遇到了在大批量生产线上不那么容易使用的问题。”
尽管存在所有这些挑战，但有一件事可能对 Thintronics 有利：Microsoft 和 Meta 等美国科技巨头首次在设计自己的芯片方面取得了进展。该公司计划将这些芯片用于内部人工智能训练以及出租给客户的云计算能力，这两者都将减少该行业对英伟达的依赖。
尽管Microsoft、谷歌和 Meta 拒绝评论他们是否在绝缘子等材料方面取得进步，但 Sundaram 表示，这些公司可能更愿意与美国新的初创公司合作，而不是默认采用旧的芯片制造方式：“他们对供应链的态度比现有的大公司要开放得多。
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