界面新聞記者 | 彭新

英偉達出人意料地進入了一個新領(lǐng)域——芯片制造。

在3月22日凌晨舉行的GTC大會上，英偉達宣布與臺積電、ASML、新思科技（Synopsys）半導體巨頭合作，將英偉達加速運算技術(shù)用于芯片光刻中的計算光刻中，并推出用于計算光刻的軟件庫“cuLitho”。

“半導體產(chǎn)業(yè)是世界上幾乎所有其他產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)?！痹贕TC大會的主題演講上，黃仁勛稱，隨著產(chǎn)業(yè)向更高芯片制程進軍，算力需求也大幅增加，芯片光刻工藝愈加復雜。從原理上來看，光刻機就是用光把圖案投射到硅片上，一方面需要讓投射圖案盡可能地小，可以在一平方毫米中塞入成千上萬，甚至數(shù)億個晶體管；另一個則要讓生產(chǎn)效率最高，出產(chǎn)盡量多的晶圓。

為了讓光刻的圖案足夠準確，“計算光刻”這道工序便不可或缺。計算光刻應用逆物理算法來預測掩mo版上的圖案，通過模擬光通過光學元件并與光刻膠相互作用時的行為，以便在晶圓上生成最終圖案。

實際上，計算光刻也是光刻機巨頭ASML的核心業(yè)務(wù)之一。此前，ASML中國區(qū)總裁沈波即向界面新聞介紹稱，在光刻機業(yè)務(wù)之外，ASML還有計算光刻及光學和電子束量測兩大業(yè)務(wù)，并稱為ASML業(yè)務(wù)“鐵三角”。其中，計算光刻主要通過軟件對整個光刻過程進行建模和仿真，以優(yōu)化光源形狀和掩膜板形狀，縮小光刻成像與芯片設(shè)計差距，從而使光刻效果達到預期狀態(tài)；光學和電子束量測則屬芯片生產(chǎn)后工序，即量測，通過光學手段或電子束手段對芯片做計量和檢測，以檢測芯片缺陷和計量曝光后成像效果，進而提高良率。三者共同構(gòu)建了ASML的芯片光刻解決方案。

黃仁勛稱，計算光刻過程正是芯片設(shè)計和制造領(lǐng)域中最大的計算負載，“每年消耗數(shù)百億CPU小時，大型數(shù)據(jù)中心24x7全天候運行，去創(chuàng)建用于光刻系統(tǒng)的掩膜版，這些數(shù)據(jù)中心還是芯片制造商每年投資近2000億美元的資本支出的一部分?！?/p>

他進一步舉例稱，光制造英偉達H100 GPU芯片就需要89塊掩膜板，如果在CPU上運行時，處理單個掩膜板當前需要兩周時間，但在GPU上運行cuLitho的情況下，僅需要8小時即可處理完一個掩膜板。

黃仁勛還表示，通過GPU加速計算光刻過程，也可進一步降低能耗。臺積電可以在500個DGX H100系統(tǒng)上使用cuLitho加速，將功率從35兆瓦降至5兆瓦，替代原本使用計算光刻的4萬臺CPU服務(wù)器，進一步降低功耗。

據(jù)英偉達介紹，通過將cuLitho軟件庫集成至臺積電的制造流程中，并結(jié)合新思的EDA軟件，ASML也計劃將GPU支持整合到所有的計算光刻軟件產(chǎn)品中。在幾大芯片供應鏈巨頭共同合作下，可推動半導體行業(yè)向更先進芯片制程進軍，加速芯片上市時間，提高晶圓廠運行效率，以推動制造過程的大型數(shù)據(jù)中心的能源效率來改善芯片生產(chǎn)。

黃仁勛特別提及cuLitho在臺積電2納米工藝中的使用。借助cuLitho，臺積電可以縮短原型周期時間，提高晶圓產(chǎn)量，減少芯片制造過程中的能耗，并為2納米及以上的生產(chǎn)做好準備。據(jù)悉臺積電將于6月開始對cuLitho進行生產(chǎn)資格認證，并會在2024年對2納米制程開始風險性試產(chǎn)，2025年開始量產(chǎn)。

芯片光刻領(lǐng)域僅有少數(shù)行業(yè)參與者，屬于小眾市場，英偉達為何有意愿深度參與？英偉達先進技術(shù)副總裁Vivek Singh向界面新聞回應稱，這一決定最早源于黃仁勛的遠見，“他意識到這（計算光刻）將是半導體未來的大問題，而且會越來越大，行業(yè)的未來將取決于它?！睘榱藴蕚鋍uLitho，英偉達與臺積電、ASML、新思科技共同合作準備了4年，將計算光刻速率加速了40倍以上。

Vivek Singh提及，一些較老架構(gòu)的GPU芯片也可以使用cuLitho軟件庫加速計算光刻進程，因此芯片生產(chǎn)商沒有必要購買更新更貴的GPU。除了2納米外，cuLitho軟件庫還可用于更舊的芯片制造工藝。cuLitho潛在的好處是可能降低光刻中掩膜板的使用量，進一步降低芯片生產(chǎn)成本。但對于英偉達如何通過cuLitho盈利，Vivek Singh未作具體回應。