數(shù)十年來,為制造工藝制作掩模一直是半導(dǎo)體制造中的重要環(huán)節(jié)。隨著我們轉(zhuǎn)向采用5nm、3nm甚至2nm等更先進的工藝節(jié)點,縮短計算光刻耗時可幫助半導(dǎo)體制造公司高效地制造芯片。作為該領(lǐng)域的先鋒企業(yè),新思科技擁有先進的技術(shù),能夠在超級計算機等領(lǐng)域加快分布式處理速度。
例如,新思科技最近與NVIDIA(英偉達)合作,在NVIDIA cuLitho軟件庫上運行新思科技的Proteus光學(xué)鄰近效應(yīng)修正(OPC)軟件,這提供了另一種強大的方法來加快這類任務(wù)在GPU上的處理速度,將耗時從幾周縮短到幾天。

本文將進一步介紹為什么此次合作對半導(dǎo)體行業(yè)擴展來說是個利好消息,尤其是對于需要尺寸更小、性能更高的應(yīng)用。
什么是計算光刻?
在半導(dǎo)體制造過程中,光刻技術(shù)決定著芯片晶體管的尺寸。類似于在攝影中將底片上的圖像曝光到相紙上一樣,光刻工藝利用光在硅晶圓上生成表示芯片設(shè)計的圖案。
隨著晶體管尺寸縮小,光刻工藝必須變得更加精準(zhǔn),才能更準(zhǔn)確地將圖案從光掩模轉(zhuǎn)印到晶圓上。在尺寸非常小時,特征彼此距離更近,通常無法清晰準(zhǔn)確地將掩模圖案刻到晶圓上。光漫射會影響分辨率,導(dǎo)致圖案模糊或失真。例如,L形圖案可能實際上包含從周邊突出的其他線條或形狀。但是在尺寸非常小時,這些形狀可能無法在光刻過程中刻印到晶圓上,從而可能導(dǎo)致芯片的重要元件出現(xiàn)遺漏。

計算光刻的作用就是補償因衍射或光學(xué)、抗蝕劑和蝕刻鄰近效應(yīng)而導(dǎo)致的任何圖像誤差。借助OPC軟件,開發(fā)者可以利用算法和數(shù)學(xué)方法以及大量仿真工作來操控光線,從而實現(xiàn)計算光刻過程。這個過程涉及到利用各種各樣的“假設(shè)”場景來找到正確的配置,以盡可能地提高轉(zhuǎn)印圖案的準(zhǔn)確性。例如,在光線周圍投射一些精心挑選的合適偽影,比如可以操控光線的襯線,可以在晶圓上生成更接近原始掩模的圖案。
為什么提高計算速度
對掩模綜合至關(guān)重要
隨著摩爾定律放緩,半導(dǎo)體行業(yè)正在接近物理極限,新的工藝和技術(shù)應(yīng)運而生,為持續(xù)創(chuàng)新提供支持。納米級工藝最終將被埃米級工藝取代,從而打造出尺寸更小、密度更高的芯片。在這種尺寸級別下,對計算光刻的要求只會更高。
計算光刻是一項資源密集型工作,通常需要大量數(shù)據(jù)中心來處理相關(guān)計算和仿真運行。這一過程可能需要很長的時間,即使是使用最強大的計算機也是如此。與此同時,開發(fā)者希望在芯片上封裝更多的晶體管,這進一步增加了光刻的挑戰(zhàn),計算工作負荷也是只增不減。計算光刻的仿真環(huán)節(jié)是該過程中最耗時的部分之一。光刻過程中每個步驟的詳細模型都需要進行仿真。全芯片應(yīng)用中可能有數(shù)百萬個Tile,因此必須具有超快的掩模合成計算速度。
為了實現(xiàn)所需的性能提升,cuLitho已集成到新思科技Proteus全芯片掩模合成解決方案和Proteus ILT逆光刻技術(shù),并進行了優(yōu)化,可在新一代NVIDIA Hopper 架構(gòu)GPU上運行。Proteus掩模合成解決方案執(zhí)行全芯片鄰近校正,構(gòu)建校正模型并分析校正和未校正的IC布局圖案的鄰近效應(yīng)。Proteus ILT解決方案使用逆成像技術(shù)來解決先進技術(shù)節(jié)點上具有挑戰(zhàn)性的最佳鄰近效應(yīng),幫助確定合適的掩模形狀以將設(shè)計意圖印制在硅片上。
傳統(tǒng)配置需要40,000個CPU系統(tǒng),而在cuLitho平臺上運行的Proteus解決方案僅需要500個NVIDIA DGX H100節(jié)能型GPU系統(tǒng)。計算光刻工藝的所有部分都可以并行運行,減少所需功耗并且運行時間從數(shù)周縮短到數(shù)天。除了減少數(shù)據(jù)中心對環(huán)境的影響外,該解決方案還可以加快仿真運行,從而縮短上市時間并提高芯片的結(jié)果質(zhì)量。
提高芯片密度
和良率的方法
從智能音響到自動駕駛汽車,開發(fā)者的巧思才智為人們的日常生活創(chuàng)造了豐富多樣的特色產(chǎn)品。而每一次創(chuàng)新浪潮的興起都離不開半導(dǎo)體和半導(dǎo)體制造技術(shù)的進步。
提高光刻工藝的計算性能是一項重大成就。同樣,工藝其他方面仍有很多改進的機會,例如掩模合成中的建模。人工智能正在迅速成為芯片設(shè)計的主流技術(shù),大膽想象一下,如果人工智能可以幫助開發(fā)更好的掩模模型,進一步縮短芯片的耗時并提高質(zhì)量又將如何呢?電子行業(yè)的集體智慧是無窮的,必將會引領(lǐng)我們推動下一代芯片發(fā)展,抵達數(shù)智時代的芯片未來。

計算光刻,特別是光學(xué)鄰近效應(yīng)修正(OPC),正在突破先進芯片的計算工作負荷極限。通過與合作伙伴NVIDIA協(xié)作,在CULitho平臺上運行我們的OPC軟件,我們大幅提高了計算光刻性能,將其耗時從數(shù)周縮短到數(shù)天!我們雙方將繼續(xù)竭誠合作,推動行業(yè)取得巨大的進步。
Aart de Geus
新思科技董事長兼首席執(zhí)行官

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新思科技
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原文標(biāo)題:新思科技攜手英偉達,加速計算光刻進入“iPhone時刻”
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