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本文由半導體產業縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自eetimes
我們需要重新思考構建未來的基本材料 。
今年夏天早些時候 ， Meta與伊利諾伊州一家核電站簽署了一份為期20年的協議 ， 旨在延長該核電站的壽命 ， 該電站將為Meta在該地區的運營提供1.1吉瓦的電力 。
這項協議對核電運營商來說是一線生機 。 但更重要的是 ， 對于能源饑渴的科技公司而言 ， 它是一個分水嶺 ， 是一個如何通過大型科技公司承保核能可行性的部署實例 。
在其他地方 ， xAI因在使用未經許可的甲烷燃氣發電機為其位于田納西州孟菲斯的“巨像”（Colossus）超級計算機供電時忽視環境法規而受到廣泛批評 。
需求側的數據不言而喻：高盛研究公司預測 ， 到本十年末 ， 數據中心的全球電力需求將增加多達165% ， 其中人工智能預計到2028年將占其中的19% 。
AI能耗 ， 什么是根本問題？Meta的交易看起來像是應對AI能源消耗大膽解決方案 ， 但這只是在拖延問題 。 真正的問題不在于供應 ， 而在于需求 。
隨著AI工作負載持續呈指數級增長 ， 唯一可持續的前進道路是激進的能源效率——這是半導體行業現在被迫正面應對的挑戰 。
答案不僅僅來自傳統的芯片架構 ， 還來自對連接和絕緣我們計算系統的材料的根本性重新構想 。
幾十年來 ， 行業一直受摩爾定律可預測性的引導 ， 你也可以說是被其“絕緣”了 。 每兩年 ， 我們都可以指望芯片更快、更便宜、密度更高 。 但這個承諾已經破裂 ， 與此同時 ， 第二次地質構造般的轉變也發生了：AI爆炸式增長正以遠超傳統架構所能承受的速度推動計算和帶寬需求 。
我們正向系統中投入更多能源 ， 以實現越來越小的性能提升 。 這并非增長曲線 ， 而是一個紅色警報 。
每一瓦的計算功率都將轉化為一瓦的熱負荷 ， 這迫使部署越來越精密的冷卻系統 ， 例如浸入式冷卻、冷板和相變材料 。 在風扇不切實際的緊湊環境中 ， 熱設計已成為限制因素 。
這一挑戰的核心在于摩爾定律本身的失效 。 從物理上講 ， 我們已經達到了原子前沿 。 3納米和2納米等先進節點的柵極長度正接近幾個原子的寬度 ， 量子隧穿和漏電流成為嚴重的障礙 。
散熱和互連延遲 ， 而非晶體管開關速度 ， 已成為主要的瓶頸 。
經濟影響同樣嚴峻 。 開發和制造每個新節點的成本呈指數級增長 。 極紫外光刻和其他尖端制造技術需要只有少數幾家公司（如臺積電、英特爾和三星）才能承擔的投資 。
對于許多應用而言 ， 每晶體管成本不再下降 ， 這打破了摩爾定律的基本承諾之一 。
隨著小芯片（chiplets）的普及以及AI加速器尺寸和復雜性的膨脹 ， 裸芯片、電路板和系統之間的布線正成為主導的性能瓶頸 。
飛線和高帶寬內存接口是巧妙的“修補” ， 但它們增加了成本、復雜性和脆弱性 。 在某個臨界點 ， 封裝變得比硅本身更具挑戰性 。
這就是材料革命的開始 。 像Thintronics這樣的公司正在嶄露頭角 ， 重新思考芯片設計中一個基本但常被忽視的組件：分離和絕緣互連的介電材料 。
這些絕緣層已成為性能的瓶頸 ， 但它們也代表著最大的轉型機會之一 。
創新 ， 來自分子層面組件之間的空間已成為新的前沿 。 傳統的介電絕緣體通常為機械堅固性而非電氣性能而優化 ， 難以滿足高速、高密度和熱應力環境的需求 。
Thintronics正通過在分子層面工程設計的可調諧、低Dk材料來解決這一問題 ， 以減少信號損耗和能量耗散 。
這種方法旨在促進架構轉變 。 通過使用在芯片、封裝和電路板上均表現良好的統一介電平臺 ， 系統設計可以簡化 ， 從而完全消除對昂貴中介層的需求 。 這可以大大降低組裝復雜性和功耗 ， 同時削弱先進晶圓廠對封裝路線圖的控制 。
投資者正在關注這一轉變 。 僅在2024年第四季度 ， 就有75家半導體公司籌集了超過30億美元的資金 。
盡管AI芯片仍是頭條新聞 ， 但一些最大的融資輪次投向了重新構想堆棧其余部分的公司：例如光學互連先驅Lightmatter（4億美元）和Ayar Labs（1.55億美元） ， 以及Enfabrica等先進封裝公司 。
【半導體材料，從幕后走上臺前】這不僅僅關乎計算 ， 更關乎其周圍和連接 。 Thintronics的A輪融資籌集了2000萬美元 ， 由Maverick Capital和Translink Capital領投 ， 投資者包括凸版控股（Toppan Holdings）和默克集團（Merck KGaA） 。
材料 ， 需要重新思考能源限制、熱瓶頸和摩爾定律的終結匯聚 ， 引發了系統性挑戰 。
未來不會僅靠從晶體管中榨取更多性能來贏得 ， 而是要將材料科學、系統架構和封裝設計等學科整合到統一的創新中 。
幾十年來 ， 材料在半導體設計中一直是“幕后玩家” 。 現在它們登上了中心舞臺 。 像Thintronics這樣的公司 ， 其工作橫跨分子化學、計算力學和電氣工程 ， 代表著一種新型公司：垂直整合、系統感知 ， 并有望重塑可能性 。
因為真正的問題不是我們能否制造更快的芯片 ， 而是我們是否準備好重建圍繞它們的系統 。 為此 ， 我們需要的不僅僅是巧妙的布局或漸進式的調整 。 我們需要重新思考構建未來的基本材料 。
*聲明：本文系原作者創作 。 文章內容系其個人觀點 ， 我方轉載僅為分享與討論 ， 不代表我方贊成或認同 ， 如有異議 ， 請聯系后臺 。
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