GTC 2024: инструмент ИИ cuLitho от Nvidia ускоряет производство новых чипов TSMC и Synopsys

Nvidia анонсировала cuLitho в прошлом году, но теперь компания также интегрировала генеративный искусственный интеллект в рабочий процесс, что обеспечивает дополнительное двукратное ускорение по сравнению с и без того впечатляющим приростом. В целом, Nvidia утверждает, что cuLitho радикально сокращает время, необходимое для тяжелых задач вычислительной литографии всех видов, а поскольку Synopsys интегрирует эту технологию в свои программные инструменты, она, вероятно, распространится и на других производителей чипов.

Для печати на чипе элементов нанометрового масштаба требуется кусок прозрачного кварца, называемый фотомаской. На кварце отпечатан рисунок микросхемы, и он работает во многом как трафарет. Пропуская ультрафиолетовый свет через маску, называемую экспозицией, дизайн чипа можно выгравировать на пластине, создавая таким образом миллиарды трехмерных транзисторов и проводных структур, из которых состоит современный чип.

Ранние инструменты для изготовления чипов использовали одну фотомаску для печати всей пластины, но новые чипы требуют такого высокого разрешения, что фотомаска с сеткой используется для печати каждого кристалла на пластине индивидуально. Каждая конструкция чипа требует многократной экспозиции для построения конструкции чипа по слоям, а количество фотомасок, используемых в процессе изготовления чипа, варьируется в зависимости от чипа (оно может даже превышать 100 масок). Однако возникли новые проблемы, поскольку отпечаток инструмента тоньше, чем длина волны ультрафиолетового света, используемого для экспонирования.

Продолжающееся сжатие элементов привело к проблемам с дифракцией, которая по существу «размывает» рисунок, печатаемый на кремнии. Эти проблемы с оптическими недостатками возникают из-за ряда факторов, таких как кривизна зеркала, химические свойства и смещения позиционирования, среди прочего, которые требуют смягчения последствий, чтобы гарантировать, что дизайн будет напечатан без дефектов.

Методы технологий улучшения разрешения (RET) в сочетании с вычислительной литографией противодействуют проблемам четкости, выполняя сложные математические операции, которые оптимизируют расположение маски, изгибая свет таким образом, что производители микросхем могут достичь более высокого разрешения, чем раньше. Однако эта задача становится все более ресурсоемкой, поскольку функциональные возможности еще больше сокращаются, а в каждую конструкцию добавляются миллиарды транзисторов, что создает возрастающую вычислительную нагрузку, которая растет с каждым новым поколением чипов.

Ключом к решению этой проблемы является создание невероятно сложных масок — например, Intel утверждает, что каждая из ее масок содержит эквивалент пяти петабайт данных. Ожидается, что в ближайшие годы EUV с высокой числовой апертурой и новые методы, такие как технология обратной литографии (ILT), в которой используются криволинейные маски, увеличат объем обработки данных для масок в 10 раз.

Появление многолучевых записывающих устройств, нового класса инструментов создания масок, позволяет более точно контролировать процесс создания масок и позволяет создавать гораздо более сложные конструкции, подобные тем, которые используются в криволинейных масках. Однако это требует гораздо более интенсивных вычислений. cuLitho от Nvidia разработан для того, чтобы перенести рабочую нагрузку по вычислительной литографии на графические процессоры и с помощью программных библиотек компании сократить время, необходимое для выполнения любой заданной рабочей нагрузки.

Библиотеку cuLitho можно интегрировать в программное обеспечение для вычислительной литографии, которое проектирует маски с использованием ILT (криволинейные формы), оптической коррекции близости (OCP) и оптимизации исходной маски (SMO).

Теперь, когда cuLitho применила генеративный искусственный интеллект и была переведена в производство, Nvidia поделилась результатами своих тестов: рабочая нагрузка OCP улучшилась в 58 раз, конструкция криволинейной маски получила ускорение в 45 раз, а рабочая нагрузка Nvopc получила увеличение в 40 раз..

TSMC теперь использует cuLitho в своих операциях по изготовлению масок, и это дает отличный эффект; «Наша работа с NVIDIA по интеграции вычислений с графическим ускорением в рабочий процесс TSMC привела к значительному скачку производительности, значительному увеличению пропускной способности, сокращению времени цикла и снижению требований к энергопотреблению», — сказал д-р Си Си Вэй, генеральный директор TSMC. «Мы запускаем NVIDIA cuLitho в производство в TSMC, используя эту технологию вычислительной литографии для управления критически важным компонентом масштабирования полупроводников».

«Synopsys имеет богатую историю расширения возможностей инженерных команд для решения ранее неразрешимых задач, и теперь мы выводим это на новый уровень, используя возможности искусственного интеллекта и ускоренных вычислений», — сказал Сассин Гази, президент и генеральный директор Synopsys.

Synopsys и TSMC первыми начали использовать cuLitho, но другие компании, производящие EDA и чипы, также могут использовать это программное обеспечение в своих операциях по изготовлению масок, тем самым сокращая время, необходимое для изготовления новых масок, одновременно экономя электроэнергию и снижая затраты.