NVIDIA H100 GPU为2nm芯片加速计算光刻

使用尖端工艺技术生产芯片需要比以往更强大的计算能力。为了满足2nm及更先进制程的需求，NVIDIA正在推出其cuLitho软件库，该软件库使用了基于NVIDIA H100 GPU的DGX H100系统，可以在合理的功耗范围内将掩模速度提高40倍。

现代工艺技术将晶圆厂设备要求推向极限，需要实现突破其物理极限的高分辨率，这正是计算光刻技术发挥作用的地方。计算光刻就是为芯片生产制作光掩模的技术，它结合来自ASML设备和测试晶圆的关键数据，是一个模拟生产过程的算法。这些模拟有助于通过故意改变图案来抵消在光刻和制版步骤中产生的物理和化学影响，从而在不修改工具的前提下提高光刻过程中可达到的分辨率。

被晶圆厂广泛使用的有如下几种计算光刻技术，包括分辨率增强技术(ResolutionEnhancement Technology，简称RET)、反演光刻技术(Inverse Lithography Technology，简称ILT，一种通过在掩模上使用非矩形形状来减少制造变化的方法)、光学邻近效应修正(Optical Proximity Correction，简称OPC，一种通过校正由衍射或工艺相关影响引起的图像不准确性来改善光刻的技术)以及光源掩模协同优化(Source Mask Optimization，简称SMO)。

其中，ILT和SMO的计算成本较高，它们必须为特定设计定制实现方案，以确保实现适当的分辨率。利用RET、ILT、OPC和SMO合成掩模使用了计算光刻技术，随着节点越来越小，计算复杂性越来越高，计算功耗成为实现瓶颈（因为每个芯片都要使用多张掩膜）。例如，NVIDIA的H100使用了89张掩膜。

NVIDIA表示，目前计算光刻技术每年要消耗数百亿个CPU小时，耗电量巨大。像NVIDIA H100这样高度并行的GPU有望以更低的成本和功耗获得更高的性能。NVIDIA特别指出，500个DGX H100系统（包含4000个H100 GPU）使用cuLitho计算光刻软件，可代替台积电目前使用的4万台CPU服务器，同时将耗电从35mw降低至5mw。该公司还表示，一旦依赖GPU加速计算光刻技术，掩模制造商可以用比现在少9倍的电力生产3到5倍的掩模，这个说法需要实际验证，但让我们对该公司的发展方向有了基本的了解。

“在光刻技术处于物理极限的情况下，NVIDIA推出cuLitho，并与我们的合作伙伴台积电、ASML和Synopsys合作，使晶圆厂提高产量，减少碳排放，并为2nm及更高制程技术奠定了基础。”

虽然NVIDIA设定的性能目标令人印象深刻，但要指出的是，用于计算光刻的cuLitho软件库必须纳入ASML、Synopsys和TSMC提供的软件中，这些软件在掩模工厂中得到了合作伙伴的广泛使用。对于当前的光刻技术(考虑7纳米、5纳米和3纳米级节点)，掩模工厂已经在使用基于CPU的计算光刻解决方案，并且至少在一段时间内还会继续这样做。这也许就是为什么NVIDIA要在下一代2纳米节点及更先进制程中讨论其计算光刻技术的原因。与此同时，晶圆代工厂和掩模工厂至少可以尝试在一些即将推出的3纳米节点上部署NVIDIA的cuLitho，以提高产量和性能。例如，台积电将在2023年中期开始获得cuLitho，预计该平台将从2024年开始开放给该公司的客户。

Synopsys首席执行官Aartde Geus表示：“计算光刻技术，特别是OPC，正在突破最先进芯片计算工作量的极限。通过与合作伙伴NVIDIA合作，在cuLitho平台上运行Synopsys OPC软件，我们将性能从几周大幅提高到几天！我们两家公司的合作将继续推动行业取得惊人的进步。”

NVIDIA的一份官方声明指出：“晶圆厂工艺变更通常需要OPC修订，这造成了瓶颈。cuLitho不仅有助于消除这些瓶颈，而且还使新技术节点所需的曲线掩模、高NA EUV光刻和亚原子光刻胶建模等新颖解决方案和创新技术成为可能。”

用于计算光刻应用的额外计算能力将特别适用于下一代生产节点，这些生产节点将使用High-NA光刻扫描仪，并要求使用ILT、OPC和SMO来考虑光刻扫描仪和电阻的物理特性，以确保良率、可预见的性能和功耗以及可预测的成本。另外，2纳米及更先进制程的RET、ILT、OPC和SMO的计算成本将持续增加，看起来NVIDIA将适时推出cuLitho平台。

审核编辑：刘清