Thương hiệu quen thuộc trong gian bếp Việt bất ngờ giữ vị trí trung tâm ngành chip toàn cầu: Bí mật công nghệ của một doanh nghiệp Nhật Bản

Đó là Ajinomoto Build-up Film (ABF), một loại màng cách điện được sử dụng trong các chất nền mạch của CPU hiệu suất cao. Theo Ajinomoto, ABF hiện diện ở trung tâm của phần lớn máy tính cá nhân trên thế giới và đã trở thành vật liệu được lựa chọn cho gần như tất cả CPU hiệu suất cao.

Điều thú vị nằm ở chỗ, câu chuyện này không bắt đầu từ ngành điện tử hay bán dẫn. Nó bắt đầu từ chính thế mạnh lâu đời của Ajinomoto: khoa học axit amin.

Từ axit amin đến vật liệu bán dẫn

Từ những năm 1970, Tập đoàn Ajinomoto bắt đầu nghiên cứu việc ứng dụng hóa học axit amin vào nhựa epoxy và các vật liệu tổng hợp. Ban đầu, đây là hướng nghiên cứu thuộc lĩnh vực hóa chất, nhưng về sau lại mở ra một con đường hoàn toàn mới tới ngành điện tử.

Thời điểm đó, sự phát triển nhanh chóng của máy tính đang tạo ra một bài toán mới cho ngành công nghiệp bán dẫn. CPU ngày càng mạnh, số lượng đầu cuối tăng từ khoảng vài chục lên hàng nghìn, trong khi các mạch điện ngày càng phức tạp và được tích hợp trên những chất nền nhiều lớp.

Các vật liệu cách điện dạng mực vốn được sử dụng phổ biến bắt đầu bộc lộ hạn chế. Ngành điện tử cần một vật liệu mới, có khả năng cách điện tốt nhưng đồng thời phải đủ mỏng, bền và phù hợp với quy trình hình thành những đường mạch ngày càng nhỏ.

Ajinomoto đã lựa chọn một hướng đi khác: biến vật liệu cách điện từ dạng lỏng thành một màng phim mỏng.

Năm 1996, một nhà sản xuất CPU đã tiếp cận Ajinomoto để phát triển vật liệu cách điện dạng phim dựa trên công nghệ axit amin. Sau quá trình nghiên cứu, ABF ra đời và lần đầu được một nhà sản xuất bán dẫn lớn đưa vào sử dụng vào năm 1999.

Đó là thời điểm một công nghệ vốn được phát triển từ nền tảng hóa học của Ajinomoto bắt đầu bước vào thế giới chip.

Một lớp phim mỏng nhưng giữ vai trò quan trọng

ABF không phải là con chip và cũng không trực tiếp thực hiện các phép tính như CPU. Vai trò của nó nằm ở phần “nền móng” phía dưới.

Khi một CPU ngày càng nhỏ và mạnh, các mạch điện tử bên trong có thể đạt kích thước nanomet. Nhưng những mạch này vẫn phải kết nối với các linh kiện và hệ thống bên ngoài có kích thước lớn hơn rất nhiều.

Để thực hiện kết nối đó, CPU được đặt trên một chất nền nhiều lớp, nơi các đường mạch được hình thành với độ chính xác rất cao. ABF đóng vai trò là vật liệu cách điện giữa các lớp mạch, đồng thời tạo điều kiện để hình thành những đường dẫn điện cực nhỏ thông qua xử lý laser và mạ đồng trực tiếp.

Nói cách khác, nếu ví CPU như “bộ não” của máy tính, ABF không phải là bộ não. Nó giống như lớp vật liệu giúp hệ thống dây thần kinh của bộ não đó có thể kết nối chính xác với phần còn lại của cơ thể.

Đây cũng là lý do một sản phẩm gần như vô hình đối với người dùng cuối lại trở thành một thành phần quan trọng trong quá trình thu nhỏ và nâng cao hiệu suất của chip.

Bí quyết nằm ở việc “trộn những thứ vốn khó trộn”.

Đằng sau ABF không đơn giản là một lớp nhựa được cán thành phim.

Ajinomoto cho biết vật liệu này được phát triển từ sự kết hợp giữa nhựa epoxy hữu cơ, chất làm cứng và các hạt độn vô cơ siêu nhỏ. Thách thức nằm ở việc trộn đồng nhất những thành phần vốn có đặc tính khác nhau, đồng thời tạo ra một vật liệu vừa có khả năng cách điện cao, vừa dễ gia công.

Kết quả là một loại màng nhiệt rắn có độ bền cao, độ giãn nở nhiệt thấp và phù hợp với các quy trình xử lý cần thiết để hình thành mạch.

Đây chính là nơi “chất Ajinomoto” trong ngành chip trở nên rõ nét: không phải ở việc công ty sản xuất chip, mà ở năng lực hóa học chính xác và khả năng kiểm soát vật liệu ở cấp độ rất nhỏ.

Và khi CPU ngày càng mạnh, yêu cầu đối với vật liệu cũng không ngừng tăng lên. ABF phải tiếp tục được cải tiến để đáp ứng những yêu cầu về ổn định nhiệt, xử lý laser, mạ đồng và các đặc tính khác của chất nền mạch.

Từ máy tính đến kỷ nguyên AI

Sự phát triển của AI đang khiến nhu cầu đối với những bộ xử lý hiệu suất cao tăng mạnh. Nhưng để một con chip mạnh hơn, nhanh hơn và nhiều bóng bán dẫn hơn có thể thực sự hoạt động trong một hệ thống, không chỉ bản thân con chip cần được đổi mới.

Những vật liệu nằm phía dưới và xung quanh nó cũng phải tiến hóa.

Đây là lý do câu chuyện về ABF đáng chú ý. Từ một nghiên cứu liên quan đến hóa học axit amin trong những năm 1970, Ajinomoto đã từng bước tạo ra một vật liệu được ứng dụng vào CPU từ năm 1999 và tiếp tục phát triển cùng quá trình tích hợp mạch ngày càng cao.

Ngày nay, phạm vi ứng dụng của ABF không chỉ dừng ở máy tính. Ajinomoto cho biết vật liệu này còn đóng vai trò trong các thiết bị di động, truyền thông 5G, ô tô, xe tự lái, dịch vụ đám mây và các thiết bị kết nối Internet.

Điều đó tạo nên một nghịch lý thú vị: một công ty được người tiêu dùng biết đến nhờ sản phẩm trong căn bếp lại đang góp một phần rất nhỏ nhưng quan trọng vào những công nghệ đứng sau AI, điện toán đám mây và thế giới kết nối.

Câu chuyện của Ajinomoto cũng cho thấy một cách khác để tham gia vào ngành bán dẫn.

Cuộc đua chip thường được nhìn qua những nhà sản xuất CPU, GPU, bộ nhớ hay các nhà máy chế tạo bán dẫn trị giá hàng chục tỷ USD. Nhưng phía sau những con chip đó là cả một hệ sinh thái vật liệu, hóa chất, thiết bị và công nghệ xử lý.

ABF nằm trong chính phần “hạ tầng” đó.

Ajinomoto không cần trở thành một nhà sản xuất chip để hưởng lợi từ sự phát triển của ngành bán dẫn. Thay vào đó, doanh nghiệp tận dụng năng lực cốt lõi đã tích lũy trong nhiều thập kỷ – từ hóa học axit amin đến hóa chất tinh khiết và khoa học vật liệu – để giải quyết một bài toán mà ngành chip ngày càng cần.

Đó có lẽ cũng là điều đáng chú ý nhất trong câu chuyện ABF: đổi mới không nhất thiết phải bắt đầu bằng việc tạo ra một sản phẩm hoàn toàn mới. Đôi khi, nó bắt đầu từ việc nhìn thấy một năng lực cũ theo một cách hoàn toàn mới.

Từ axit amin đến nhựa epoxy, từ màng cách điện đến chất nền CPU, Ajinomoto đã đi một con đường khá xa so với hình ảnh quen thuộc của mình trong căn bếp. Và trong cuộc đua thu nhỏ, tăng tốc và nâng cao năng lực tính toán của chip, một lớp phim mỏng đến mức gần như vô hình lại đang trở thành một trong những mảnh ghép quan trọng của cả hệ thống.

Nguồn: Tổng hợp