“算力核弹”之外，英伟达闯入芯片制造

21世纪经济报道记者李强 北京报道

当地时间3月21日举办的GTC大会上，英伟达宣布与台积电、ASML、新思科技（Synopsys）三大半导体巨头合作，将英伟达加速运算技术用于芯片光刻中的计算光刻中，并推出用于计算光刻的软件库“cuLitho”。

“半导体产业是世界上几乎所有其他产业的基础。”在GTC大会的主题演讲上，黄仁勋称，随着产业向更高芯片制程进军，算力需求也大幅增加，芯片光刻工艺愈加复杂。从原理上来看，光刻机就是用光把图案投射到硅片上，一方面需要让投射图案尽可能地小，可以在一平方毫米中塞入成千上万，甚至数亿个晶体管；另一个则要让生产效率最高，出产尽量多的晶圆。

为了让光刻的图案足够准确，“计算光刻”这道工序便不可或缺。计算光刻应用逆物理算法来预测掩膜板上的图案，通过模拟光通过光学元件并与光刻胶相互作用时的行为，以便在晶圆上生成最终图案。

“计算光刻是一项资源密集型工程，通常需要大型数据中心来处理所涉及的计算和模拟运行。即使是最强大的计算机，这个过程也可能需要很多很多小时。从5纳米、3纳米，再到2纳米，随着芯片制程不断向着更先进的节点挺进，芯片上装载的晶体管数量提升，计算工作量增加，进一步增加了光刻的挑战。”新思科技(SNPS.O)解释道。

黄仁勋也在GTC大会上表示，计算光刻过程是芯片设计和制造领域中最大的计算负载，“每年消耗数百亿CPU小时，大型数据中心24x7全天候运行，去创建用于光刻系统的掩膜板，这些数据中心还是芯片制造商每年投资近2000亿美元的资本支出的一部分。”

他进一步举例称，光制造英伟达H100 GPU芯片就需要89块掩膜板，如果在CPU上运行时，处理单个掩膜板当前需要两周时间，但在GPU上运行cuLitho的情况下，仅需要8小时即可处理完一个掩膜板。

“加速计算光刻周转时间将会助力半导体企业高效制造芯片，我们与NVIDIA的最新合作——在NVIDIA cuLitho软件库上运行Synopsys Proteus光学接近校正（OPC）软件，正是我们推动将GPU芯片制造周期从数周缩短至数天的改进方法之一。”新思科技表示。

黄仁勋还表示，通过GPU加速计算光刻过程，也可进一步降低能耗。台积电可以在500个DGX H100系统上使用cuLitho加速，将功率从35兆瓦降至5兆瓦，替代原本使用计算光刻的4万台CPU服务器，进一步降低功耗。

据英伟达介绍，通过将cuLitho软件库集成至台积电的制造流程中，并结合新思的EDA软件，ASML也计划将GPU支持整合到所有的计算光刻软件产品中。在几大芯片供应链巨头共同合作下，可推动半导体行业向更先进芯片制程进军，加速芯片上市时间，提高晶圆厂运行效率，以推动制造过程的大型数据中心的能源效率来改善芯片生产。

值得注意的是，黄仁勋还特别提到了cuLitho在台积电2纳米工艺中的使用。借助cuLitho，台积电可以缩短原型周期时间，提高晶圆产量，减少芯片制造过程中的能耗，并为2纳米及以上的生产做好准备。据悉台积电将于6月开始对cuLitho进行生产资格认证，并会在2024年对2纳米制程开始风险性试产，2025年开始量产。

英伟达先进技术副总裁Vivek Singh表示，一些较老架构的GPU芯片也可以使用cuLitho软件库加速计算光刻进程，因此芯片生产商没有必要购买更新更贵的GPU。除了2纳米外，cuLitho软件库还可用于更旧的芯片制造工艺。cuLitho潜在的好处是可能降低光刻中掩膜板的使用量，进一步降低芯片生产成本。