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[科技前沿] GPU加速光刻:NVIDIA cuLitho的'三神套路'如何挑战摩尔定律

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  • TA的每日心情
    开心
    2020-4-8 10:45
  • 签到天数: 227 天

    [LV.7]分神

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    楼主
     楼主| 发表于 2024-8-9 17:03:44 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    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?
    * H; G* R/ L% C: h# T& X7 K+ w6 S
    . t+ _2 T7 h8 }8 a$ I# n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。0 D7 S4 g  u6 m6 F6 E/ k

    * Q" F. z. H) i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。
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    4 E) ^$ I5 O7 A* }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"。2 P7 T3 d$ t5 l7 `

    6 O) d/ o4 s1 V2 a+ L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。! j9 L' V6 }& I. T* s. a& f3 V

    5 z+ f$ t1 P5 z0 R$ Z. o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。# ^' m# t; g+ \

    " w9 g7 C1 t( U2 l' {$ kcuLitho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。. Y9 y6 X# s6 w# q$ k$ t
    - m1 H% x6 ?+ y+ p
    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。; N* S$ y+ O# I0 G! @% G
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    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%。
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    / r; h0 x  j+ k- o那么,cuLitho能带来多大的性能提升呢?根据NVIDIA的数据,与基于CPU的传统方案相比:# X% v' u) B9 B7 N  m0 i1 C
    - cuLitho可以将ILT的计算速度提高40倍,使原本需要数周才能完成的光掩模制造任务在一夜之间完成。5 C3 H4 g3 Y5 S) ]& y' I
    - cuLitho可以将掩模生产效率提高3-5倍。6 D0 c7 j9 b: S+ o6 r, }2 w/ h
    - 500个NVIDIA Hopper GPU运行cuLitho,可以取代多达40,000个CPU,所需功耗仅为1/9,占地面积也降至1/8。+ g  ?; r8 `1 |& ]3 j

    8 A" \/ I4 I3 q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。
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    9 w  Y& Q8 ^/ r1 b2 s9 O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?# R( P0 }0 A8 S) y" o7 F7 L
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    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。
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    ( z; M( S- z& I3 U6 ?9 Q. P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。
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    ! H; O8 D; W) `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。
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    - n! q+ h( i( J9 g: g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。1 I1 O# _) N: e4 r
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    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。
    : T1 L7 N" V% h3 |3 f- n) ]
    ; w& `5 N2 q* N2 z7 w: |  }从某种意义上说,正是先进光刻工艺成就了GPU的进化,也成就了GPU加速计算的新高度。而GPU性能的提升,反过来又将进一步促进光刻技术的突破。
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    $ J+ L, d5 s$ }1 P, z; M可以想见,在这种GPU加速与光刻工艺创新的交替迭代中,摩尔定律有望焕发新的生命力。GPU性能的提升为先进光刻技术扫清了算力障碍,先进光刻工艺的突破又为GPU架构升级开辟了新的空间。二者相互促进、交相辉映,有望开创半导体技术发展的新局面。+ q# _5 K5 b7 F8 J4 b

    / H6 {! x* w7 K  Z, }当然,cuLitho并非没有局限。光刻受限于物理定律,特征尺寸到底能做到多小还是未知数。芯片设计复杂度也在急剧增加,算法工具还需齐头并进。更别提先进制程动辄数十亿美元的成本压力。2 O5 e% Y0 f% z( n0 Q. o
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    但无论如何,作为GPU通用计算在半导体工程领域的里程碑式应用,cuLitho的意义已经超越了单一技术层面。它体现了业界利用全新计算平台突破瓶颈的决心,为摩尔定律续命注入新动力。
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    站在后摩尔时代的十字路口,cuLitho提供了一种"三神套路"式的技术想象:软硬协同、算法优化、生态共建,半导体行业仍有希望不断刷新性能记录、创造新的可能性。就像勇敢的冒险者,armed by the synergies of enchanting, alchemy and smithing,一路披荆斩棘终成一代神话,我们应该期待NVIDIA cuLitho这样的"三神套路"级技术,也许真能助力半导体行业乘风破浪,不断超越自我,书写更精彩的传奇。
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    原文链接( B# i; U+ }% B5 x3 j) J
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  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51
  • 签到天数: 1811 天

    [LV.Master]无

    沙发
    发表于 2024-8-9 23:20:38 | 只看该作者
    摩尔定律不是真的物理定律,设计周期缩短无法打破物理极限。OPC只是帮助光刻机挖掘潜力,没法打破阿贝定律。cuLitho就算成了也就是让搞OPC的三家裁员罢了。
    ! E2 n! ]3 k* c6 U顺便,cuLitho是Vivek Singh主导,他是前牙膏厂主管OPC的fellow,算是为牙膏厂10nm失败背锅的之一了。
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    该用户从未签到

    板凳
    发表于 2024-8-10 22:54:57 | 只看该作者
    光刻的时候掩膜是不是预生成好的,而是实时计算的吗?如果是实时计算的,那么是根据上一层曝光好的晶圆“测量”出的数据吗?
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  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51
  • 签到天数: 1811 天

    [LV.Master]无

    地板
    发表于 2024-8-11 00:44:25 | 只看该作者
    是预生成的,但每次开发新节点都是一个多次迭代的过程。
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