爱吱声

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？
9 o2 A* C8 k, W% A; J8 e- d+ ^  `9 L$ g0 V
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。
5 Q2 k7 c! i- G" T/ |+ A. w; u, s
6 S) v" j/ J! J' ?9 T4 s; F- x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。
7 B+ }2 c" {+ g6 j# n1 [1 x& D1 }6 U+ F/ P( H! i
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"。
3 N6 ~$ x! B  P
0 k! K+ f2 {" C0 U( v4 h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。( r/ t4 }. ?6 {8 Y; F# e1 _

' b/ K! O& w& H/ ?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。  h0 B8 Z5 ?2 p0 t) Q. V

$ s" B9 \9 w! g; _# }8 m3 ]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。, Y6 o1 t4 P" K& ]

: n6 P8 n! n% v1 Z* i! z$ G. D( G- T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。
/ F3 I7 {! Q" A! e& p
* I3 e7 K; k$ w6 U& p/ p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%。
. B. M/ r3 _: ^, _" o# I) P0 y
; j  q2 P/ C  e; ~/ o: r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:# ]7 ~7 W* C4 L9 x
- 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。
: h: a7 G) B. b4 p# u5 |) J- cuLitho可以将掩模生产效率提高3-5倍。: x. L  Z8 a1 K8 i
- 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。" p2 D+ i' N+ M+ R0 B
1 Z4 b1 B$ |8 y- L% t
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。% ~* i1 K* t, P5 W1 W
, q7 }& C: D1 j8 L
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?; L7 k: t5 q8 U: P( R: W# h( K3 q
5 u. ]4 L5 h3 d6 @0 C
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。
" W% {- o/ s* G, b9 o
5 V1 a/ I! c% f8 @5 G, H# d: 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。4 y7 J1 _8 H5 X: m2 S$ w5 o- N+ N

( l& \% y& u7 Y" a6 w$ D0 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。# O3 p% J$ O! u( k* s

+ A) H  ?. Q8 W6 l( [" y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。4 \+ j8 H, S7 @( ?) @! i  ?; _

/ b( K& B9 `8 J+ Z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。4 G& e: ]$ k4 N- v4 t& [( i; J8 S4 A

8 g7 Z, n7 ?4 ^; H, R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。3 a; z3 D  ]- ]* x% w2 w( x

5 K, f; n5 M' e2 q% c, U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。
) \' D3 v7 E, e$ B1 I6 x2 {7 z  e0 d, N& c
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。
1 \( i5 d+ @# B! s
: Q2 _9 m, x/ F( k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。3 J" ?) A9 I, ]% J# J' A

! \' P2 J2 v0 K2 T  {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。
/ V. X/ O7 u: g* ^
4 |& E; C* x3 V- t- I0 A+ B( {原文链接
) Q! h! }% p( ]& s( W% ~- |9 V6 k* G$ n% z
作者: moletronic    时间: 2024-8-9 23:20
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。& q, C1 [1 |. Z9 M) N8 P) |6 ~4 g8 G
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。
作者: ltpub    时间: 2024-8-10 22:54
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？
作者: moletronic    时间: 2024-8-11 00:44
是预生成的，但每次开发新节点都是一个多次迭代的过程。



欢迎光临 爱吱声 (http://www.aswetalk.net/bbs/) Powered by Discuz! X3.2