350套H100取代4萬CPU！臺積電應(yīng)用英偉達平臺，加速計算掀起半導(dǎo)體制造變革

　　美東時間10月8日周二在華盛頓舉行的“英偉達AI峰會”期間，英偉達強調(diào)了同臺積電在加速計算領(lǐng)域合作的成績：英偉達名為cuLitho 的計算光刻平臺正在臺積電投入生產(chǎn)，加速計算進一步大幅提升了計算光刻這一芯片制造基石步驟的速度，并降低能耗。

　　英偉達稱，cuLitho 將加速計算引入計算光刻領(lǐng)域。將 cuLitho 投入生產(chǎn)使臺積電能夠加快下一代芯片技術(shù)的開發(fā)，而目前的生產(chǎn)流程正接近物理學(xué)的極限。臺積電應(yīng)用cuLitho進行生產(chǎn)可以提高制造下一代先進半導(dǎo)體芯片的速度，并突破物理限制。

　　計算光刻是電腦芯片制造的關(guān)鍵步驟。ASML對它的定義是，利用計算機建模、仿真和數(shù)據(jù)分析等手段，預(yù)測、校正、優(yōu)化和驗證光刻工藝在一系列圖案、工藝和系統(tǒng)條件下的成像性能。它涉及電磁物理、光化學(xué)、計算幾何、迭代優(yōu)化和分布式計算這些復(fù)雜的計算，是整個半導(dǎo)體設(shè)計和制造過程中計算最密集的工作負載。晶圓代工廠通常會專門為這些計算設(shè)立大型數(shù)據(jù)中心。而現(xiàn)在先進芯片的尺寸越來越小，降至3nm及以下，需要計算光刻更加精準，計算光刻所需的時間也越來越多。沒有更強大的計算光刻很難實現(xiàn)復(fù)雜的掩模版設(shè)計。計算光刻歷來是將新技術(shù)節(jié)點和電腦架構(gòu)推向市場的瓶頸。

　　去年的英偉達開發(fā)者大會GTC上，英偉達發(fā)布了基于GPU構(gòu)建的cuLitho計算光刻技術(shù)軟件庫，被稱為改變計算光刻領(lǐng)域游戲規(guī)則的軟件。cuLitho的核心是英偉達科學(xué)家發(fā)明的一組并行算法，計算光刻工藝的所有部分都可以并行運行。原來需要4萬個CPU系統(tǒng)才能完成的工作，現(xiàn)在僅需用500個英偉達DGX ***系統(tǒng)即可完成。使用cuLitho的晶圓廠每天的光掩模產(chǎn)量可增加3-5倍，而耗電量可以比當前配置降低9倍。

　　本周二英偉達重申了今年GTC大會上披露的成績，每年，先進的代工廠要為計算光刻耗費數(shù)百億小時CPU計算時間，一個芯片掩模組通�？赡苄枰� 3000 萬小時或更多的 CPU 計算時間，因此代工廠必須有大型數(shù)據(jù)中心。而通過加速計算，350 套英偉達*** Tensor Core GPU 的系統(tǒng)現(xiàn)在就可以取代 4萬套CPU 系統(tǒng)，加快了生產(chǎn)時速度，同時降低了成本、空間要求和功耗。

　　臺積電CEO魏哲家在今年的英偉達GTC大會上表示，通過與英偉達一同將 GPU 加速計算整合到臺積電的工作流中臺積電大幅提升了性能、增加了吞吐量、縮短了周期時間，并減少了功耗。

　　英偉達今年的GTC大會披露，自去年推出以來，cuLitho 為臺積電的創(chuàng)新圖案化技術(shù)帶來了新的機遇。在共享工作流上進行的 cuLitho 測試顯示，英偉達和臺積電共同將曲線流程速度和傳統(tǒng)曼哈頓式流程速度分別提升了 45 倍和近 60 倍。這兩種流程的不同點在于曲線流程的光掩模形狀為曲線，曼哈頓式流程的光掩模形狀被限制為水平或垂直。

　　本周二英偉達還提到其開發(fā)的生成式 AI 應(yīng)用算法。事實證明，這種算法提升了cuLitho 平臺的價值。在 cuLitho 加快流程速度的基礎(chǔ)上，新的生成式 AI 工作流將速度又提升了兩倍。應(yīng)用生成式 AI 可以創(chuàng)建近乎完美的反向光掩模或反向解決方案，解決計算光刻中光的衍射問題，然后再通過傳統(tǒng)的嚴格物理方法推導(dǎo)出最終的光掩模，從而將整個光學(xué)鄰近效應(yīng)校正 (OPC) 流程加快兩倍。

　　OPC在半導(dǎo)體光刻中的應(yīng)用已有三十年歷史。英偉達稱，三十年來，很少有像加速計算和AI這兩種技術(shù)這樣，為OPC帶來如此迅速的轉(zhuǎn)變。這些技術(shù)讓物理模擬更精確，并且實現(xiàn)了曾經(jīng)資源密集型的數(shù)學(xué)技術(shù)。

　　目前晶圓廠工藝的許多變化都需要對 OPC 進行修改，這增加了計算量，并給晶圓廠的開發(fā)周期帶來瓶頸。計算光刻技術(shù)的速度大幅提升加快了晶圓廠創(chuàng)建每個掩膜的速度，從而縮短了開發(fā)新技術(shù)節(jié)點的總周期。更重要的是，它讓過去無法實現(xiàn)的新計算成為可能。

　　英偉達舉例稱，二十年前科學(xué)文獻就提出了逆向光刻技術(shù)，但由于計算時間過長，因此在很大程度上無法在全芯片規(guī)模上實現(xiàn)準確計算。有了 cuLitho，情況就不再如此。領(lǐng)先的代工廠將用它來提升逆向和曲線解決方案，這將有助于創(chuàng)造下一代強大的半導(dǎo)體。