英伟达台积电谋害四年，盘算光刻怎样改变2nm芯片制造？

克日，在英伟达GTC大会上，英伟达首创人兼CEO黄仁勋公布了一项突破性的cuLitho盘算光刻技能软件库，它将盘算光刻加速40倍以上，为2nm及更先辈的工艺奠基根本。

光刻机的紧张性，在芯片行业里已经如雷贯耳。它是半导体工业皇冠上的明珠，是芯片制造过程中最复杂、最昂贵、最关键的环节，其本钱约占整个硅片加工本钱的1/3以致更多。而盘算光刻是芯片操持和制造范畴中最大的盘算工作负载，其速率进步对于挺进先辈制程节点至关紧张。

cuLitho是英伟达与环球最大晶圆代工厂台积电、环球最大光刻机巨头阿斯麦、环球最大EDA巨头新思科技密切相助，机密研发近四年的“核弹”。

使用cuLitho的晶圆厂，天天可生产3-5倍多的光掩膜，仅使用当前设置电力的1/9。台积电和新思科技正将cuLitho整合到最新一代英伟达Hopper架构GPU的软件、制造工艺和体系中，阿斯麦操持在让全部盘算光刻软件产物支持GPU，台积电将于6月开始对cuLitho举行生产资格认证。

那么，盘算光刻技能到底起到什么作用？它究竟对于光刻机以及先辈芯片制造产生多紧张的影响？为什么英伟达推出加速盘算光刻的新技能，会得到三泰半导体巨头的盛赞和追捧？

联合黄仁勋“光刻机小讲堂”和微软New Bing谈天呆板人复兴的表明，我们将这些题目逐一解答。

一、黄仁勋光刻机小讲堂生动开讲，EUV光刻体系代价高出2.5亿美元

根据复旦大学微电子学院在客岁5月发表的《先辈光刻技能的发展历程与最新渴望》综述文章，光刻技能不停进步的分辨率与图形复制精度乐成地将集成电路制造线宽从40多年前的2~3μm缩小到先辈的10~15nm。当逻辑技能节点到达5nm，后段必须引入EUV工艺，以减小掩模版数量、节流本钱，并进步套刻精度和可靠性。

中国台积电、韩国三星、美国格罗方德、英特尔等先辈的芯片代工厂及IDM大厂在引入EUV技能方面已有技能积聚。但中国大陆暂时没有EUV光刻机，芯片代工厂都是用193nm水浸没式光刻机多次曝光实现7nm逻辑芯片的光刻工艺流程。

在英伟达GTC大会上，为了让各人明白加速盘算光刻的紧张性，黄仁勋特意给环球观众上了一堂“光刻机小讲堂”。

他讲授道，光刻是在晶圆上创建图案的过程，是芯片制造过程的起始阶段，包罗两个阶段——光掩膜制造和图案投影。从根本而言，这是一个物理极限下的成像题目，光掩膜如同芯片中的模板光线被拦截或穿过光掩膜到达晶片以形成图案。

光线由阿斯麦极紫外（EUV）光刻体系产生，每个体系的代价高出2.5亿美元。

阿斯麦EUV接纳了一种颠覆性的方式来制造光线，激光脉冲每秒向一滴锡发射5万次，使其汽化，产生一种能发射13.5nm EUV光的等离子体，险些是X射线。

随后，多层镜面引导光线至光掩膜。光掩膜版中的多层反射器使用13.5nm光的干涉图案，实现更精致特性，精致度可到达3nm。晶圆的定位精度到达1/4nm，而且每秒对准2万次以消除任何振动的影响。

光刻之前的步调同样令人不可思议。

黄仁勋表明说，盘算光刻模仿了光通过光学元件并与光刻胶相互作用时的运动（这些运动是根据麦克斯韦方程形貌的），应用逆物理算法来推测掩膜版上的图案，以便在晶圆上天生终极图案。掩膜上的图案与终极特性完全不相似。

据黄仁勋先容，英伟达H100 GPU须要89块掩膜版，从前在CPU上运行时，处置惩罚单个掩膜版须要两周时间，而在GPU上运行cuLitho只需8小时。

别的，台积电可通过在500个DGX H100体系上使用cuLitho加速，将功率从35MW降至5MW，替换此前用于盘算光刻的40000台CPU服务器。

二、盘算光刻技能有多紧张？进步光刻机分辨率，影响芯片性能和质量

我们让New Bing用简单平凡的话表明盘算光刻技能的紧张性。

它复兴说，芯片制造就是在晶圆上描绘出很多很多的晶体管和互连线路，形成电路和功能。随着芯片的功能越来越强盛，晶体管和互连线路要越来越小，如许才华放得下更多的元件。

光刻机是芯片制造过程中最焦点的装备，其性能和精度决定了芯片能实现多小的特性尺寸和多高的集成度，也就影响了芯片的速率、功耗、容量等指标。

它像一台高精度的相机，负责把芯片操持的图案转移到晶圆上，形成芯片的根本布局。但随着芯片的布局越来越小，光刻机所用的光线就不敷过细，会产生一些含糊和失真的征象，影响芯片的性能和质量。

而盘算光刻技能通过软件来模仿和优化光刻过程中的各种元素，好比光源、掩膜版、镜头等，让光线可以或许更正确地照射到晶圆上，资助光刻机更好地描绘出芯片的微小布局，实现更高的分辨率和服从，制止一些错误和缺陷。

总而言之，这项技能可以资助光刻机实现更高的分辨率和服从，进步芯片的性能和质量，资助芯片制造实现更小的特性尺寸和更高的集成度，制造出更先辈和更复杂的芯片。

三、四大利益、四项技能，助攻晶圆厂挺进2nm

据New Bing整理，盘算光刻技能有四大利益：

（1）进步光刻分辨率，实现更小的特性尺寸和更高的集成度。

（2）淘汰衍射像差和其他光学偏差，进步成像质量和工艺窗口。

（3）收缩掩膜版的制作时间，低落功耗和本钱，进步生产服从。

（4）支持2nm及更先辈的制程工艺，为新型办理方案和创新技能奠基根本。

具体来说，盘算光刻技能紧张具备四项技能：

（1）通过数值模仿来推测和评估差别波长、差别掩模、差别曝光条件下的成像效果，为工艺操持提供引导和参考。

（2）通过源掩模协同优化（SMO）来调解曝光源形状和掩模图形以改善成像质量和过程窗口。

（3）通过多重曝光（Multiple Patterning）来将复杂图形分解为多个简单图形，并分别举行曝光和叠加以实现更小特性尺寸。

（4）通过深度学习等人工智能方法来进步盘算服从和精度，并实现自动化优化。

结语：加速盘算光刻，将芯片制造大幅降本增效

看完全文后，是不是对于加速盘算光刻的紧张性有了更深的明白？

黄仁勋说，盘算光刻每年斲丧数百亿CPU小时。大型数据中心24 x 7全天候运行，以便创建用于光刻体系的掩膜版。这些数据中心是芯片制造商每年投资近2000亿美元的资源付出的一部分。

这也是为什么英伟达新推出的cuLitho会得到台积电、阿斯麦、新思科技的大力大举支持。

随着光刻技能邻近物理极限，这项技能通过加速盘算光刻流程，将有助于晶圆厂收缩原型周期时间、进步产量、淘汰碳排放，为2nm及更先辈的工艺奠基根本，并使得曲线掩模、high NA EUV、亚原子级光刻胶模子等新技能节点所需的新型办理方案和创新技能成为大概。