Pode ser vertiginoso compreender todos os componentes complexos de um único chip de computador: camadas de componentes microscópicos ligados por fios de cobre, alguns pouco mais largos do que algumas cadeias de ADN. Entre esses fios existe um material isolante denominado dielétrico, que garante que os fios não se toquem e causem curto-circuito. A película dielétrica entre o chip e a estrutura subjacente é tão fina quanto os glóbulos brancos.
Há 30 anos, uma empresa japonesa chamada Ajinomoto ganha bilhões com a produção de um filme especial, Ajinomoto Buildup Film (ABF). A Ajinomoto tem agora mais de 90% de participação no mercado de isoladores usados em tudo, desde laptops até data centers. Uma startup com sede em Berkeley, Califórnia, quer mudar isso e competir com a Ajinomoto.
Novos requisitos para chips
A empresa chamada Thintronics promete um produto que atende especificamente aos requisitos de computação na era da inteligência artificial. Ela está desenvolvendo uma série de novos materiais que se acredita terem melhores propriedades isolantes do que os dielétricos existentes e poderiam, portanto, permitir velocidades de computação mais altas e, ao mesmo tempo, reduzir os custos de energia.
A Thintronics é uma das inúmeras empresas dos EUA afetadas pelos US$ 280 bilhões CHIPS e Lei da Ciência da administração Biden a partir de 2022. O plano é trazer de volta aos EUA parte do setor de semicondutores, atualmente dominado por um punhado de empresas internacionais, e reduzir a dependência de fornecedores estrangeiros.
Para ter sucesso, no entanto, a Thintronics e outras empresas terão de superar vários desafios: resolver problemas técnicos, romper relações industriais de longa data e convencer os principais fabricantes de semicondutores a adicionar novos materiais à produção. “Desenvolver novas plataformas de materiais e trazê-las ao mundo é muito difícil”, diz Stefan Pastine, fundador e CEO da Thintronics. Não é para os fracos do coração”.
A busca pelo superisolante
É difícil acreditar que a empresa japonesa Ajinomoto desempenhe um papel crucial no setor de chips. A Ajinomoto é conhecida principalmente como fornecedora líder mundial de tempero em pó MSG, comumente conhecido como glutamato. No entanto, na década de 1990, os cientistas da Ajinomoto descobriram que um subproduto do MSG é um excelente isolante para semicondutores – desde então, a empresa detém quase o monopólio deste material de nicho.
A Ajinomoto não fabrica nenhum dos outros componentes usados nos chips. Os materiais isolantes nos chips dependem de cadeias de fornecimento dispersas: uma camada utiliza materiais da Ajinomoto, outra utiliza materiais de outra empresa, e assim por diante, sem que nenhuma das camadas seja projetada para funcionar com as outras. O sistema resultante funciona bem quando os dados são transmitidos em distâncias curtas. No entanto, em distâncias “maiores”, como entre dois chips, os isoladores fracos agem como um gargalo que custa energia e diminui a velocidade da computação. O problema agora está se tornando cada vez mais claro à medida que o treinamento de modelos de IA se torna cada vez mais computacionalmente intensivo e caro consome enorme energia.
Isso faz pouco sentido para Pastine, um químico que vendeu a sua empresa anterior especializada na reciclagem de plásticos duros em 2019. Ele acredita que a indústria química é muito lenta para inovar, o que por sua vez impede os fabricantes de chips de encontrar melhores materiais isolantes. Na indústria de chips, diz ele, os isoladores foram negligenciados por muito tempo. Os avanços feitos em transistores e outros componentes de chips passaram por eles.
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A química certa para um avanço
Em 2019, Pastine fundou a Thintronics na esperança de que decifrar um isolador melhor pudesse permitir que os data centers alcançassem velocidades de computação mais rápidas a custos mais baixos. Esta ideia não era inovadora – novos isoladores são constantemente pesquisados e usados - mas Pastine estava confiante de que poderia encontrar a química certa para um avanço.
A Thintronics afirma que produz isoladores diferentes para todas as camadas do chip. O objetivo é desenvolver um sistema que possa ser integrado às linhas de produção existentes. Stefan Pastine diz que os materiais estão atualmente sendo testados em diversas empresas industriais. No entanto, ele se recusou a citar nomes, citando acordos de confidencialidade. Ele também não quer falar sobre a composição dos materiais.
Portanto, é difícil dizer o desempenho dos materiais Thintronics em comparação com produtos concorrentes. A empresa testou recentemente os valores DK de seus materiais, que são uma medida de quão bem um material isola. Venky Sundaram, pesquisador que fundou várias startups de semicondutores, mas não está envolvido na Thintronics, revisou os resultados. Alguns dos valores da Thintronics são bastante médios, diz ele. Mas o melhor valor DK é muito melhor do que qualquer coisa disponível hoje.