NVIDIA「意外」攻入晶片製造領域,與台積電ASML合作推進2奈米工藝
彭新 / 何渝婷編譯
2023-03-22 11:45

(圖片來源:NVIDIA)

NVIDIA出人意料地進入了一個新領域,就是「晶片製造」。

在當地時間3月22日凌晨舉行的GTC大會上,NVIDIA宣布與台積電、ASML、新思科技(Synopsys)三大半導體巨頭合作,將NVIDIA加速運算技術用於晶片微影中的運算微影中,並推出用於運算微影的軟體庫「cuLitho」。

「半導體產業是世界上幾乎所有其他產業的基礎。」在GTC大會的主題演講上,黃仁勳稱,隨著產業向更高晶片製程進軍,算力需求也大幅增加,晶片微影工藝愈加複雜。

從原理上來看,曝光機就是用光把圖案投射到矽片上,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,甚至數億個電晶體;另一個則要讓生產效率最高,出產盡量多的晶圓。

為了讓微影的圖案足夠準確,「運算微影」這道工序便不可或缺。

運算微影應用逆物理算法來預測掩mo版上的圖案,通過模擬光通過光學元件並與微影膠相互作用時的行為,以便在晶圓上生成最終圖案。

實際上,運算微影也是曝光機巨頭ASML的核心業務之一。

此前,ASML中國區總裁沈波曾指出,在曝光機業務之外,ASML還有運算微影及光學和電子束量測兩大業務,並稱為ASML業務「鐵三角」。其中,運算微影主要通過軟體對整個微影過程進行建模和仿真,以優化光源形狀和掩膜板形狀,縮小微影成像與晶片設計差距,從而使微影效果達到預期狀態;光學和電子束量測則屬晶片生產後工序,即量測,通過光學手段或電子束手段對晶片做運量和檢測,以檢測晶片缺陷和運量曝光後成像效果,進而提高良率。

三者共同建構了,ASML的晶片微影解決方案。

黃仁勳表示,運算微影過程正是晶片設計和製造領域中最大的運算負載,「每年消耗數百億CPU小時,大型數據中心24x7全天候運行,去創建用於微影系統的掩膜版,這些數據中心還是晶片製造商每年投資近2000億美元的資本支出的一部分。」

他進一步舉例稱,光製造NVIDIA H100 GPU晶片就需要89塊掩膜板,如果在CPU上運行時,處理單個掩膜板當前需要兩週時間,但在GPU上運行cuLitho的情況下,僅需要8小時即可處理完一個掩膜板。

黃仁勳還表示,通過GPU加速運算微影過程,也可進一步降低能耗。

台積電可以在500個DGX H100系統上使用cuLitho加速,將功率從35兆瓦降至5兆瓦,替代原本使用運算微影的4萬台CPU伺服器,進一步降低功耗。

據NVIDIA介紹,通過將cuLitho軟體庫集成至台積電的製造流程中,並結合新思的EDA軟體,ASML也計劃將GPU支持整合到所有的運算微影軟體產品中。

在幾大晶片供應鏈巨頭共同合作下,可推動半導體產業向更先進晶片製程進軍,加速晶片上市時間、提高晶圓廠運行效率,以推動製造過程的大型數據中心的能源效率來改善晶片生產。

黃仁勳特別提及cuLitho在台積電2奈米工藝中的使用,借助cuLitho,台積電可以縮短原型週期時間,提高晶圓產量,減少晶片製造過程中的能耗,並為2奈米及以上的生產做好準備。

據悉,台積電將於6月開始對cuLitho進行生產資格認證,並會在2024年對2奈米製程開始風險性試產,2025年開始量產。

晶片微影領域僅有少數產業參與者,屬於小眾市場,NVIDIA為何有意願深度參與?

NVIDIA先進技術副總裁Vivek Singh回應稱,這一決定最早源於黃仁勳的遠見,「他意識到這(運算微影)將是半導體未來的大問題,而且會越來越大,產業的未來將取決於它。」

為了準備cuLitho,NVIDIA與台積電、ASML、新思科技共同合作準備了4年,將運算微影速率加速了40倍以上。

Vivek Singh提及,一些較老架構的GPU晶片也可以使用cuLitho軟體庫加速運算微影進程,因此晶片生產商沒有必要購買更新更貴的GPU。

除了2奈米外,cuLitho軟體庫還可用於更舊的晶片製造工藝,cuLitho潛在的好處是可能降低微影中掩膜板的使用量,進一步降低晶片生產成本。

但對於NVIDIA如何通過cuLitho盈利,Vivek Singh未作具體回應。

本文為界面新聞授權刊登,原文標題為「英偉達「意外」攻入芯片製造領域,與台積電ASML合作推進2納米工藝