使用尖端工藝技術(shù)生產(chǎn)芯片需要比以往更強(qiáng)大的計(jì)算能力。為了滿(mǎn)足2nm及更先進(jìn)制程的需求，NVIDIA正在推出其cuLitho軟件庫(kù)，該軟件庫(kù)使用了基于NVIDIA H100 GPU的DGX H100系統(tǒng)，可以在合理的功耗范圍內(nèi)將掩模速度提高40倍。

現(xiàn)代工藝技術(shù)將晶圓廠(chǎng)設(shè)備要求推向極限，需要實(shí)現(xiàn)突破其物理極限的高分辨率，這正是計(jì)算光刻技術(shù)發(fā)揮作用的地方。計(jì)算光刻就是為芯片生產(chǎn)制作光掩模的技術(shù)，它結(jié)合來(lái)自ASML設(shè)備和測(cè)試晶圓的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，是一個(gè)模擬生產(chǎn)過(guò)程的算法。這些模擬有助于通過(guò)故意改變圖案來(lái)抵消在光刻和制版步驟中產(chǎn)生的物理和化學(xué)影響，從而在不修改工具的前提下提高光刻過(guò)程中可達(dá)到的分辨率。

被晶圓廠(chǎng)廣泛使用的有如下幾種計(jì)算光刻技術(shù)，包括分辨率增強(qiáng)技術(shù)(ResolutionEnhancement Technology，簡(jiǎn)稱(chēng)RET)、反演光刻技術(shù)(Inverse Lithography Technology，簡(jiǎn)稱(chēng)ILT，一種通過(guò)在掩模上使用非矩形形狀來(lái)減少制造變化的方法)、光學(xué)鄰近效應(yīng)修正(Optical Proximity Correction，簡(jiǎn)稱(chēng)OPC，一種通過(guò)校正由衍射或工藝相關(guān)影響引起的圖像不準(zhǔn)確性來(lái)改善光刻的技術(shù))以及光源掩模協(xié)同優(yōu)化(Source Mask Optimization，簡(jiǎn)稱(chēng)SMO)。

其中，ILT和SMO的計(jì)算成本較高，它們必須為特定設(shè)計(jì)定制實(shí)現(xiàn)方案，以確保實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆直媛省＠肦ET、ILT、OPC和SMO合成掩模使用了計(jì)算光刻技術(shù)，隨著節(jié)點(diǎn)越來(lái)越小，計(jì)算復(fù)雜性越來(lái)越高，計(jì)算功耗成為實(shí)現(xiàn)瓶頸（因?yàn)槊總€(gè)芯片都要使用多張掩膜）。例如，NVIDIA的H100使用了89張掩膜。

NVIDIA表示，目前計(jì)算光刻技術(shù)每年要消耗數(shù)百億個(gè)CPU小時(shí)，耗電量巨大。像NVIDIA H100這樣高度并行的GPU有望以更低的成本和功耗獲得更高的性能。NVIDIA特別指出，500個(gè)DGX H100系統(tǒng)（包含4000個(gè)H100 GPU）使用cuLitho計(jì)算光刻軟件，可代替臺(tái)積電目前使用的4萬(wàn)臺(tái)CPU服務(wù)器，同時(shí)將耗電從35mw降低至5mw。該公司還表示，一旦依賴(lài)GPU加速計(jì)算光刻技術(shù)，掩模制造商可以用比現(xiàn)在少9倍的電力生產(chǎn)3到5倍的掩模，這個(gè)說(shuō)法需要實(shí)際驗(yàn)證，但讓我們對(duì)該公司的發(fā)展方向有了基本的了解。

“在光刻技術(shù)處于物理極限的情況下，NVIDIA推出cuLitho，并與我們的合作伙伴臺(tái)積電、ASML和Synopsys合作，使晶圓廠(chǎng)提高產(chǎn)量，減少碳排放，并為2nm及更高制程技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。”

雖然NVIDIA設(shè)定的性能目標(biāo)令人印象深刻，但要指出的是，用于計(jì)算光刻的cuLitho軟件庫(kù)必須納入ASML、Synopsys和TSMC提供的軟件中，這些軟件在掩模工廠(chǎng)中得到了合作伙伴的廣泛使用。對(duì)于當(dāng)前的光刻技術(shù)(考慮7納米、5納米和3納米級(jí)節(jié)點(diǎn))，掩模工廠(chǎng)已經(jīng)在使用基于CPU的計(jì)算光刻解決方案，并且至少在一段時(shí)間內(nèi)還會(huì)繼續(xù)這樣做。這也許就是為什么NVIDIA要在下一代2納米節(jié)點(diǎn)及更先進(jìn)制程中討論其計(jì)算光刻技術(shù)的原因。與此同時(shí)，晶圓代工廠(chǎng)和掩模工廠(chǎng)至少可以嘗試在一些即將推出的3納米節(jié)點(diǎn)上部署NVIDIA的cuLitho，以提高產(chǎn)量和性能。例如，臺(tái)積電將在2023年中期開(kāi)始獲得cuLitho，預(yù)計(jì)該平臺(tái)將從2024年開(kāi)始開(kāi)放給該公司的客戶(hù)。

Synopsys首席執(zhí)行官Aartde Geus表示：“計(jì)算光刻技術(shù)，特別是OPC，正在突破最先進(jìn)芯片計(jì)算工作量的極限。通過(guò)與合作伙伴NVIDIA合作，在cuLitho平臺(tái)上運(yùn)行Synopsys OPC軟件，我們將性能從幾周大幅提高到幾天！我們兩家公司的合作將繼續(xù)推動(dòng)行業(yè)取得驚人的進(jìn)步。”

NVIDIA的一份官方聲明指出：“晶圓廠(chǎng)工藝變更通常需要OPC修訂，這造成了瓶頸。cuLitho不僅有助于消除這些瓶頸，而且還使新技術(shù)節(jié)點(diǎn)所需的曲線(xiàn)掩模、高NA EUV光刻和亞原子光刻膠建模等新穎解決方案和創(chuàng)新技術(shù)成為可能。”

用于計(jì)算光刻應(yīng)用的額外計(jì)算能力將特別適用于下一代生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)，這些生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)將使用High-NA光刻掃描儀，并要求使用ILT、OPC和SMO來(lái)考慮光刻掃描儀和電阻的物理特性，以確保良率、可預(yù)見(jiàn)的性能和功耗以及可預(yù)測(cè)的成本。另外，2納米及更先進(jìn)制程的RET、ILT、OPC和SMO的計(jì)算成本將持續(xù)增加，看起來(lái)NVIDIA將適時(shí)推出cuLitho平臺(tái)。

審核編輯：劉清