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

現(xiàn)代工藝技術將晶圓廠設備要求推向極限，需要實現(xiàn)突破其物理極限的高分辨率，這正是計算光刻技術發(fā)揮作用的地方。計算光刻就是為芯片生產制作光掩模的技術，它結合來自ASML設備和測試晶圓的關鍵數據，是一個模擬生產過程的算法。這些模擬有助于通過故意改變圖案來抵消在光刻和制版步驟中產生的物理和化學影響，從而在不修改工具的前提下提高光刻過程中可達到的分辨率。

被晶圓廠廣泛使用的有如下幾種計算光刻技術，包括分辨率增強技術(ResolutionEnhancement Technology，簡稱RET)、反演光刻技術(Inverse Lithography Technology，簡稱ILT，一種通過在掩模上使用非矩形形狀來減少制造變化的方法)、光學鄰近效應修正(Optical Proximity Correction，簡稱OPC，一種通過校正由衍射或工藝相關影響引起的圖像不準確性來改善光刻的技術)以及光源掩模協(xié)同優(yōu)化(Source Mask Optimization，簡稱SMO)。

其中，ILT和SMO的計算成本較高，它們必須為特定設計定制實現(xiàn)方案，以確保實現(xiàn)適當的分辨率。利用RET、ILT、OPC和SMO合成掩模使用了計算光刻技術，隨著節(jié)點越來越小，計算復雜性越來越高，計算功耗成為實現(xiàn)瓶頸（因為每個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，目前計算光刻技術每年要消耗數百億個CPU小時，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DGX H100系統(tǒng)（包含4000個H100 GPU）使用cuLitho計算光刻軟件，可代替臺積電目前使用的4萬臺CPU服務器，同時將耗電從35mw降低至5mw。該公司還表示，一旦依賴GPU加速計算光刻技術，掩模制造商可以用比現(xiàn)在少9倍的電力生產3到5倍的掩模，這個說法需要實際驗證，但讓我們對該公司的發(fā)展方向有了基本的了解。

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

雖然NVIDIA設定的性能目標令人印象深刻，但要指出的是，用于計算光刻的cuLitho軟件庫必須納入ASML、Synopsys和TSMC提供的軟件中，這些軟件在掩模工廠中得到了合作伙伴的廣泛使用。對于當前的光刻技術(考慮7納米、5納米和3納米級節(jié)點)，掩模工廠已經在使用基于CPU的計算光刻解決方案，并且至少在一段時間內還會繼續(xù)這樣做。這也許就是為什么NVIDIA要在下一代2納米節(jié)點及更先進制程中討論其計算光刻技術的原因。與此同時，晶圓代工廠和掩模工廠至少可以嘗試在一些即將推出的3納米節(jié)點上部署NVIDIA的cuLitho，以提高產量和性能。例如，臺積電將在2023年中期開始獲得cuLitho，預計該平臺將從2024年開始開放給該公司的客戶。

Synopsys首席執(zhí)行官Aartde Geus表示：“計算光刻技術，特別是OPC，正在突破最先進芯片計算工作量的極限。通過與合作伙伴NVIDIA合作，在cuLitho平臺上運行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)推動行業(yè)取得驚人的進步。”

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

用于計算光刻應用的額外計算能力將特別適用于下一代生產節(jié)點，這些生產節(jié)點將使用High-NA光刻掃描儀，并要求使用ILT、OPC和SMO來考慮光刻掃描儀和電阻的物理特性，以確保良率、可預見的性能和功耗以及可預測的成本。另外，2納米及更先進制程的RET、ILT、OPC和SMO的計算成本將持續(xù)增加，看起來NVIDIA將適時推出cuLitho平臺。

審核編輯：劉清