标题: GPU加速光刻:NVIDIA cuLitho的'三神套路'如何挑战摩尔定律 [打印本页] 作者: xiejin77 时间: 2024-8-9 17:03 标题: GPU加速光刻:NVIDIA cuLitho的'三神套路'如何挑战摩尔定律 T教授的回复，让我忍不住思考这样的一个问题。生成式AI的能力该如何应用，或者推而广之AI的能力该如何使用？# z; \3 \/ s4 m- j: L+ I
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这个问题让我想起来了上半年的一篇旧文，英伟达的老黄鼓捣的新玩意儿，国内很少介绍，但却确实很有趣。 8 S3 J; A L/ P% n7 O 5 d0 i( Y, x( v0 v& [1 g先说我个人的理解，NVIDIA最新推出的cuLitho技术,以及它可能给半导体行业带来的革命性影响。0 O7 T8 W8 w7 Z
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不知道爱坛的朋友们玩过《上古卷轴五:天际》吗?游戏里有个著名的"三神套路":玩家通过炼金、附魔、锻造三大技能的相互加成,不断制造出更强大的装备,最终突破游戏设定的能力上限。这个套路让我想到了cuLitho可能带来的效果 - 一种突破摩尔定律桎梏的"三神套路"。 " s. U4 a/ {3 f' o+ C0 n! v0 I6 y4 J B# d' u$ {
其实芯片制造行业也有类似的困局，随着芯片制程不断缩小,光刻技术面临着前所未有的挑战。计算光刻已经成为半导体生产中最大的计算工作负载之一,需要海量的算力支持。传统的CPU计算已经难以应对,成为制约芯片制程发展的瓶颈。; [, b b7 ]8 y2 [1 a
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这就是NVIDIA cuLitho希望突破的地方。它是一套基于GPU加速的计算光刻解决方案,利用GPU强大的并行计算能力,显著提升了ILT(反向光刻技术)、OPC(光学邻近效应校正)等关键环节的计算性能。 0 V8 g9 D; J( {4 e0 c) K5 g i% o0 B; p9 x9 \9 k/ S- K2 \
cuLitho的核心是一套经过优化的算法库,能够充分发挥GPU的并行计算优势。例如,它将ILT中的Mask Optimization、Fourier Optics Simulation等算法映射到GPU上,利用其强大的矩阵运算和卷积运算能力,实现高效的并行处理。: u6 g6 u& @0 ?/ ~# O) `- F
8 h V. E) a5 Z0 Q) S; [% w更重要的是,cuLitho与主流光刻设备和EDA软件实现了无缝衔接。它与ASML、LAM Research等光刻设备厂商,以及新思科技、Mentor等EDA厂商展开了深度合作,打通了从设计到量产的端到端流程。# R+ q, T7 s/ u5 g# C
- B# n! ?' k3 p; {* o/ [* m在硬件方面,cuLitho可以灵活部署在NVIDIA各种GPU平台上。据NVIDIA介绍,一个配备500块NVIDIA Hopper GPU并运行cuLitho的系统,可以取代多达40000个CPU,使总拥有成本降低高达90%。( s5 W# _7 D8 x6 T* M. r
+ f) `9 d6 c/ o9 j! t- C X- `这样的提升意味着什么?制程演进的效率和速度都将得到成倍改善,新技术节点的开发周期有望缩短,从而加快产业创新步伐。更重要的是,当与高NA EUV(高数值孔径极紫外)光刻系统等先进工艺配合时,cuLitho有望进一步突破纳米级乃至埃米级(Angstrom)的微缩尺度,开拓新的设计空间。 ; G* j7 p. q8 Y& A1 q+ X4 Q, x! n8 y9 y8 j* b3 j/ \2 w- ?
现在,让我们回到开头提到的"三神套路"。cuLitho是否可能开启一个类似的技术正循环呢? 9 M& G4 z7 n4 f R' b* h' _ + F( J3 t# A$ ` X9 q; A, J" \设想一下:GPU加速催生出更先进的光刻工艺,反过来又促进了GPU性能的提升;更强大的GPU算力再反哺光刻技术创新,推动制程工艺的突飞猛进。如此循环往复,半导体技术或将迎来新的跃迁,延续甚至超越摩尔定律。 9 ]' c) x6 z) R9 c) u 7 Q1 l8 Z5 x5 |% E- ^这个循环是如何运作的呢?首先,GPU加速显著提升了光刻关键环节的效率。以ILT为例,它是一种复杂的反问题求解过程,需要大量的迭代优化计算。GPU的并行计算能力可以将ILT的计算速度提高40倍以上,这意味着芯片制造商可以在更短的时间内完成光刻,加速新制程的研发和量产。 " u# j7 ~' a }/ m% w) j* s# h; _( D
其次,GPU加速还能助力更先进光刻技术的突破。以EUV光刻为例,它是7nm以下先进制程的关键技术,但对掩模质量和精度提出了极高要求。据ASML介绍,3nm及以下的EUV多重图案叠加光刻,掩模的数据量可达1.5TB以上。如此海量的数据处理和计算,已经远超CPU的能力范围,GPU加速成为突破技术瓶颈的必由之路。8 h7 N- K. k" E$ G( B& G. o
( y, O3 }, ^6 C: {' [0 I% \借助GPU加速,EUV等前沿光刻技术有望加速成熟,推动摩尔定律的延续。而一旦EUV等先进光刻技术广泛应用,芯片的特征尺寸和晶体管密度还将进一步提升,这反过来又将促进GPU本身性能的提升。 ' W% v' Z6 j) E& U2 y# U3 K" ]# L5 W" _0 R
以NVIDIA为例,其最新的Hopper架构GPU就采用了TSMC的5nm EUV工艺制造,晶体管数量高达850亿个,较上一代提升24%。先进制程让GPU的算力、能效等关键指标不断刷新纪录,也让更强大、更高效的GPU加速方案成为可能。# h* R) G l: o, B: s' J. r