颠覆味之素 ABF迎来新革命？

竞争对手一直在努力超越他们，如今味之素拥有该产品 90% 以上的市场份额，该产品广泛应用于从笔记本电脑到数据中心的各个领域。

但现在，一家位于加利福尼亚州伯克利的初创公司正在采取艰巨的努力，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，该公司声称这是一套新材料，具有更高的绝缘性能，如果采用，可能意味着数据中心拥有更快的计算速度和更低的能源成本。

在价值 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浪潮的最前沿，该法案正在寻求在半导体行业中分一杯羹，而该行业目前已由少数国际公司主导。但要想取得成功，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以及说服全球半导体巨头接纳新的供应商。

Thintronics 创始人兼首席执行官 Stefan Pastine 表示：“发明新材料平台并将其推向世界非常困难。”它“不适合胆小的人”。

ABF的故事

如果您认识 Ajinomoto 这个名字，您可能会惊讶地发现它在芯片领域发挥着关键作用：该公司更为人所知的是全球领先的味精调味粉供应商。20 世纪 90 年代，味之素发现味精的副产品可以制成很好的绝缘体，从那时起，味之素就在这一利基材料领域享有近乎垄断的地位。

据味之素介绍，ABF的故事始于1970年代，在1990年代后期首次在个人计算机中得到采用，并且随着CPU性能的提高而发展到今天。

随着从MS-DOS到Windows操作系统的转变，用于个人计算机的CPU的大规模集成的兴起以及终端的数量从早期的约1990个增加到上千个，对高级CPU基板的需求在40年代迅速增长。或更多。这导致从“引线框”配置转变为安装在包含复杂布线图案的多层电路基板上的CPU，从而迫切需要新的绝缘材料。

味之素集团从1970年代开始就将氨基酸化学应用于环氧树脂及其复合材料的基础研究。最终导致开发用于CPU基板的高级绝缘子。作为该领域的后来者，味之素集团对薄膜的关注使公司的产品与传统的墨水型绝缘子脱颖而出，并形成了一种材料，该材料解决了在高性能CPU中使用传统的绝缘子带来的重大问题。当ABF可供制造商使用时，它满足了快速增长的全球需求。

味之素表示，实现ABF研发的R＆D的基本目标是找到一种树脂组合物，该组合物将决定绝缘材料的性能，提供电气材料的必要功能并促进成膜。味之素集团在精细化学方面的专长被用于开发将有机环氧树脂，硬化剂和无机微粒填料结合在一起的配方。主要挑战包括开发一种方法，以使有机和无机物质均匀混合，从而固有地抵抗均匀分散，并提供优异的绝缘性能和优异的加工特性。

为了应对这些挑战，研发团队创造了一种具有高耐用性，低热膨胀性，易于加工和其他重要特征的热固性薄膜。该膜名为ABF，该膜于1999年被一家主要的半导体制造商首次采用。此后，它已成为几乎所有高性能CPU的首选产品，并得到了不断发展的R＆D的支持，以满足快速发展带来的需求在电路集成中。也就是从那时候起，ABF 就一直引领市场。

电路集成的进步使由纳米级电子电路组成的CPU成为可能。这些电路必须连接到电子设备和系统中的毫米级电子组件。这可以通过使用由多层微电路组成的CPU“床”来完成，称为“堆积基板”。ABF有助于形成这些微米级电路，因为它的表面可以接受激光加工和直接镀铜。如今，ABF是形成电路的重要材料，该电路可将电子从纳米级CPU端子引导到印刷基板上的毫米级端子。

味之素表示，随着CPU性能的快速提升，ABF的质量也在不断提高。这就要求不断研发具有不同性能的绝缘树脂，改进产品特性，满足新兴客户要求的加工技术以及反复进行测试和验证。

实现发热的CPU环境所需的热稳定性，优化电路形成必不可少的电镀工艺以及促进激光加工只是需要专门知识和专业知识的众多挑战中的几个。随着CPU的发展和多样化，这些技能对于生产满足客户要求的基于ABF的最佳电路基板至关重要。

绝缘体瓶颈

但MIT科技评论在一篇文章中表示，味之素不生产芯片中的任何其他部件。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，没有一个层针对协同工作进行优化。当数据通过短路径传输时，最终的系统可以正常工作，但在较长的距离（例如芯片之间）上，薄弱的绝缘体会成为瓶颈，浪费能源并降低计算速度。

最近，这一问题越来越引起人们的关注，特别是随着人工智能训练的规模变得越来越昂贵，并且消耗的能源数量令人瞠目结舌。而且，一些问题也开始凸显。

这些对Pastine来说都没有多大意义，作为一名化学家，他于 2019 年将自己以前的公司（专门回收硬塑料）卖给了一家工业化学品公司。大约在那个时候，他开始相信化学品行业的创新可能会很缓慢，他认为同样的模式阻碍了芯片制造商寻找更好的绝缘材料。他说，在芯片行业，绝缘体“有点被视为红发继子（redheaded stepchild）”——他们还没有看到晶体管和其他芯片元件取得的进展。

同年，他推出了 Thintronics，希望破解更好的绝缘体上的代码能够以更低的成本为数据中心提供更快的计算速度。这个想法并不是开创性的——新的绝缘体正在不断被研究和部署——但帕斯廷相信他可以找到合适的化学物质来实现突破。

Thintronics 表示，它将为芯片的所有层制造不同的绝缘体，用于设计用于更换现有生产线的系统。Pastine表示，这些材料目前正在由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，同样也不愿透露公式的细节。

如果没有更多细节，很难确切地说 Thintronics 材料与竞争产品相比效果如何。该公司最近测试了其材料的 Dk 值，该值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，他对研究结果进行了审查。他说，与其他堆积薄膜（Thintronics 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。

崎岖不平的道路

Thintronics 的愿景已经获得了一些支持。该公司于 3 月份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 CHIPS 法案的资金。该法案由乔·拜登总统于 2022 年签署成为法律，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。该法案成为法律一年后，政府表示已有 450 多家公司提交了意向书，希望获得 CHIPS 资金来开展整个行业的工作。

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·雷蒙多表示，她希望看到规模较小的公司也能获得资金，特别是在材料领域。2 月份，专门用于材料创新的 3 亿美元资金申请开放。虽然 Thintronics 拒绝透露正在寻求多少资金或从哪些项目寻求资金，但该公司确实将 CHIPS 法案视为主要推动力。

但建立岛内芯片供应链（该产品目前依赖全球数十家公司）将意味着扭转不同国家数十年的专业化趋势。行业专家表示，挑战当今占主导地位的绝缘体供应商将很困难，他们常常不得不适应新的竞争。

“二十多年来，味之素一直是一种占据 90% 以上市场份额的材料，”Sundaram 说。“这在大多数企业中都是闻所未闻的，你可以想象他们是不会因为不改变而实现这一目标的。”

一项重大挑战是，占主导地位的制造商与 NVIDIA 或 Advanced Micro Devices 等芯片设计商以及台积电等制造商有着长达数十年的合作关系。让这些玩家换掉材料，可是一件大事。

“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 Zhu 说道。“他们喜欢使用他们已经非常了解的供应商，他们知道这些供应商的质量。”

Thintronics 面临的另一个障碍是技术方面的：绝缘材料与其他芯片元件一样，都遵循非常精确的制造标准，以至于难以理解。味之素占主导地位的层比人的头发还薄。该材料还必须能够容纳小孔，其中容纳垂直穿过薄膜的电线。Sundaram 表示，每一次新的迭代都是一项大规模的研发工作，现有公司凭借多年的经验在这方面占据了上风。

如果这一切都在实验室中成功完成，那么还会面临另一个障碍：材料必须在大批量生产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，我曾为几家试图闯入[味之素]业务但未能成功的材料供应商提供咨询，”他说。“它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。”

尽管面临所有这些挑战，但有一点可能对 Thintronics 有利：微软和Meta等美国科技巨头在设计自己的芯片方面首次取得进展。该计划是将这些芯片用于内部人工智能培训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。

尽管微软、Google和 Meta 拒绝评论他们是否正在追求绝缘体等材料的进步，但 Sundaram 表示，这些公司可能更愿意与新的美国初创公司合作，而不是默认制造芯片的旧方法：“他们有与现有的大公司相比，他们对供应链的态度更加开放。”