英伟达“意外”攻入芯片制造领域,与台积电ASML合作推进2纳米工艺
2023-03-22 19:43:44
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界面新闻

记者/彭新

  英伟达出人意料地进入了一个新领域——芯片制造。

  在3月22日凌晨举行的GTC大会上,英伟达宣布与台积电、ASML、新思科技(Synopsys)三大半导体巨头合作,将英伟达加速运算技术用于芯片光刻中的计算光刻中,并推出用于计算光刻的软件库“cuLitho”。

  “半导体产业是世界上几乎所有其他产业的基础。”在GTC大会的主题演讲上,黄仁勋称,随着产业向更高芯片制程进军,算力需求也大幅增加,芯片光刻工艺愈加复杂。从原理上来看,光刻机就是用光把图案投射到硅片上,一方面需要让投射图案尽可能地小,可以在一平方毫米中塞入成千上万,甚至数亿个晶体管;另一个则要让生产效率最高,出产尽量多的晶圆。

  为了让光刻的图案足够准确,“计算光刻”这道工序便不可或缺。计算光刻应用逆物理算法来预测掩mo版上的图案,通过模拟光通过光学元件并与光刻胶相互作用时的行为,以便在晶圆上生成最终图案。

  实际上,计算光刻也是光刻机巨头ASML的核心业务之一。此前,ASML中国区总裁沈波即向界面新闻介绍称,在光刻机业务之外,ASML还有计算光刻及光学和电子束量测两大业务,并称为ASML业务“铁三角”。其中,计算光刻主要通过软件对整个光刻过程进行建模和仿真,以优化光源形状和掩膜板形状,缩小光刻成像与芯片设计差距,从而使光刻效果达到预期状态;光学和电子束量测则属芯片生产后工序,即量测,通过光学手段或电子束手段对芯片做计量和检测,以检测芯片缺陷和计量曝光后成像效果,进而提高良率。三者共同构建了ASML的芯片光刻解决方案。

  黄仁勋称,计算光刻过程正是芯片设计和制造领域中最大的计算负载,“每年消耗数百亿CPU小时,大型数据中心24x7全天候运行,去创建用于光刻系统的掩膜版,这些数据中心还是芯片制造商每年投资近2000亿美元的资本支出的一部分。”

  他进一步举例称,光制造英伟达H100 GPU芯片就需要89块掩膜板,如果在CPU上运行时,处理单个掩膜板当前需要两周时间,但在GPU上运行cuLitho的情况下,仅需要8小时即可处理完一个掩膜板。

  黄仁勋还表示,通过GPU加速计算光刻过程,也可进一步降低能耗。台积电可以在500个DGX H100系统上使用cuLitho加速,将功率从35兆瓦降至5兆瓦,替代原本使用计算光刻的4万台CPU服务器,进一步降低功耗。

  据英伟达介绍,通过将cuLitho软件库集成至台积电的制造流程中,并结合新思的EDA软件,ASML也计划将GPU支持整合到所有的计算光刻软件产品中。在几大芯片供应链巨头共同合作下,可推动半导体行业向更先进芯片制程进军,加速芯片上市时间,提高晶圆厂运行效率,以推动制造过程的大型数据中心的能源效率来改善芯片生产。

  黄仁勋特别提及cuLitho在台积电2纳米工艺中的使用。借助cuLitho,台积电可以缩短原型周期时间,提高晶圆产量,减少芯片制造过程中的能耗,并为2纳米及以上的生产做好准备。据悉台积电将于6月开始对cuLitho进行生产资格认证,并会在2024年对2纳米制程开始风险性试产,2025年开始量产。

  芯片光刻领域仅有少数行业参与者,属于小众市场,英伟达为何有意愿深度参与?英伟达先进技术副总裁Vivek Singh向界面新闻回应称,这一决定最早源于黄仁勋的远见,“他意识到这(计算光刻)将是半导体未来的大问题,而且会越来越大,行业的未来将取决于它。”为了准备cuLitho,英伟达与台积电、ASML、新思科技共同合作准备了4年,将计算光刻速率加速了40倍以上。

  Vivek Singh提及,一些较老架构的GPU芯片也可以使用cuLitho软件库加速计算光刻进程,因此芯片生产商没有必要购买更新更贵的GPU。除了2纳米外,cuLitho软件库还可用于更旧的芯片制造工艺。cuLitho潜在的好处是可能降低光刻中掩膜板的使用量,进一步降低芯片生产成本。但对于英伟达如何通过cuLitho盈利,Vivek Singh未作具体回应。

 
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