界面新聞?dòng)浾?| 彭新
英偉達(dá)出人意料地進(jìn)入了一個(gè)新領(lǐng)域——芯片制造。
在3月22日凌晨舉行的GTC大會上，英偉達(dá)宣布與臺積電、ASML、新思科技（Synopsys）三大半導(dǎo)體巨頭合作，將英偉達(dá)加速運(yùn)算技術(shù)用于芯片光刻中的計(jì)算光刻中，并推出用于計(jì)算光刻的軟件庫“cuLitho”。
“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是世界上幾乎所有其他產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)?！痹贕TC大會的主題演講上，黃仁勛稱，隨著產(chǎn)業(yè)向更高芯片制程進(jìn)軍，算力需求也大幅增加，芯片光刻工藝愈加復(fù)雜。從原理上來看，光刻機(jī)就是用光把圖案投射到硅片上，一方面需要讓投射圖案盡可能地小，可以在一平方毫米中塞入成千上萬，甚至數(shù)億個(gè)晶體管；另一個(gè)則要讓生產(chǎn)效率最高，出產(chǎn)盡量多的晶圓。
為了讓光刻的圖案足夠準(zhǔn)確，“計(jì)算光刻”這道工序便不可或缺。計(jì)算光刻應(yīng)用逆物理算法來預(yù)測掩膜板上的圖案，通過模擬光通過光學(xué)元件并與光刻膠相互作用時(shí)的行為，以便在晶圓上生成最終圖案。
實(shí)際上，計(jì)算光刻也是光刻機(jī)巨頭ASML的核心業(yè)務(wù)之一。此前，ASML中國區(qū)總裁沈波即向界面新聞介紹稱，在光刻機(jī)業(yè)務(wù)之外，ASML還有計(jì)算光刻及光學(xué)和電子束量測兩大業(yè)務(wù)，并稱為ASML業(yè)務(wù)“鐵三角”。其中，計(jì)算光刻主要通過軟件對整個(gè)光刻過程進(jìn)行建模和仿真，以優(yōu)化光源形狀和掩膜板形狀，縮小光刻成像與芯片設(shè)計(jì)差距，從而使光刻效果達(dá)到預(yù)期狀態(tài)；光學(xué)和電子束量測則屬芯片生產(chǎn)后工序，即量測，通過光學(xué)手段或電子束手段對芯片做計(jì)量和檢測，以檢測芯片缺陷和計(jì)量曝光后成像效果，進(jìn)而提高良率。三者共同構(gòu)建了ASML的芯片光刻解決方案。
黃仁勛稱，計(jì)算光刻過程正是芯片設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域中最大的計(jì)算負(fù)載，“每年消耗數(shù)百億CPU小時(shí)，大型數(shù)據(jù)中心24x7全天候運(yùn)行，去創(chuàng)建用于光刻系統(tǒng)的掩膜板，這些數(shù)據(jù)中心還是芯片制造商每年投資近2000億美元的資本支出的一部分?！?/p>
他進(jìn)一步舉例稱，光制造英偉達(dá)H100 GPU芯片就需要89塊掩膜板，如果在CPU上運(yùn)行時(shí)，處理單個(gè)掩膜板當(dāng)前需要兩周時(shí)間，但在GPU上運(yùn)行cuLitho的情況下，僅需要8小時(shí)即可處理完一個(gè)掩膜板。
黃仁勛還表示，通過GPU加速計(jì)算光刻過程，也可進(jìn)一步降低能耗。臺積電可以在500個(gè)DGX H100系統(tǒng)上使用cuLitho加速，將功率從35兆瓦降至5兆瓦，替代原本使用計(jì)算光刻的4萬臺CPU服務(wù)器，進(jìn)一步降低功耗。
據(jù)英偉達(dá)介紹，通過將cuLitho軟件庫集成至臺積電的制造流程中，并結(jié)合新思的EDA軟件，ASML也計(jì)劃將GPU支持整合到所有的計(jì)算光刻軟件產(chǎn)品中。在幾大芯片供應(yīng)鏈巨頭共同合作下，可推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)向更先進(jìn)芯片制程進(jìn)軍，加速芯片上市時(shí)間，提高晶圓廠運(yùn)行效率，以推動(dòng)制造過程的大型數(shù)據(jù)中心的能源效率來改善芯片生產(chǎn)。
黃仁勛特別提及cuLitho在臺積電2納米工藝中的使用。借助cuLitho，臺積電可以縮短原型周期時(shí)間，提高晶圓產(chǎn)量，減少芯片制造過程中的能耗，并為2納米及以上的生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。據(jù)悉臺積電將于6月開始對cuLitho進(jìn)行生產(chǎn)資格認(rèn)證，并會在2024年對2納米制程開始風(fēng)險(xiǎn)性試產(chǎn)，2025年開始量產(chǎn)。
芯片光刻領(lǐng)域僅有少數(shù)行業(yè)參與者，屬于小眾市場，英偉達(dá)為何有意愿深度參與？英偉達(dá)先進(jìn)技術(shù)副總裁Vivek Singh向界面新聞回應(yīng)稱，這一決定最早源于黃仁勛的遠(yuǎn)見，“他意識到這（計(jì)算光刻）將是半導(dǎo)體未來的大問題，而且會越來越大，行業(yè)的未來將取決于它?！睘榱藴?zhǔn)備cuLitho，英偉達(dá)與臺積電、ASML、新思科技共同合作準(zhǔn)備了4年，將計(jì)算光刻速率加速了40倍以上。
Vivek Singh提及，一些較老架構(gòu)的GPU芯片也可以使用cuLitho軟件庫加速計(jì)算光刻進(jìn)程，因此芯片生產(chǎn)商沒有必要購買更新更貴的GPU。除了2納米外，cuLitho軟件庫還可用于更舊的芯片制造工藝。cuLitho潛在的好處是可能降低光刻中掩膜板的使用量，進(jìn)一步降低芯片生產(chǎn)成本。但對于英偉達(dá)如何通過cuLitho盈利，Vivek Singh未作具體回應(yīng)。