Nvidia cuLitho: Hopper beschleunigt Chip-Entwurf, bald auch mit KI
Immer kleinere Halbleiterstrukturen erfordern immer komplexere Technik: Nicht nur die Lithografiemaschinen, mit denen die Strukturen auf Wafern belichtet werden, auch die verwendeten Masken werden immer aufwendiger. Die Maskensätze für teils an die hundert Belichtungsschritte erfordern oft wochenlange Berechnungen auf Zehntausenden Prozessoren. Mit der Bibliothek Culitho will Nvidia die Berechnungszeit auf wenige Tage senken(öffnet im neuen Fenster) .
Gleichzeitig sollen dafür deutlich weniger Rechner benötigt werden: 500 von Nvidias DGX-H100-Systemen , insgesamt bestückt mit 4.000 H100-GPUs , sollen genügen.
Vorgestellt hat Nvidia die Cuda-Bibliothek auf der Hausmesse GTC 2023, Synopsis verwendet sie als erster Hersteller in seiner Software für den Halbleiterentwurf. Laut Nvidia sollen sich dank Culitho täglich bis zu fünfmal so viele Masken herstellen lassen, während gleichzeitig neunmal weniger Energie benötigt werde.
Die deutliche Verringerung der erforderlichen Rechenzeit macht aber auch die Verwendung komplexerer Algorithmen für die Maskenberechnung möglich. Damit werden komplexere Formen möglich, etwa krummlinige Konturen bei der Inverse Lithografie Technology(öffnet im neuen Fenster) (ILT).
So sind weitere Strukturverkleinerungen denkbar, langfristig denkt Nvidia auch über die Integration von KI-Funktionen in Culitho nach. Bei der Platzierung von Chip-Komponenten ist der Einsatz von KI bereits üblich .
Weshalb Masken so kompliziert sind
Die auf Halbleitern gefertigten Strukturen sind längst so klein, dass bei den Masken Beugungseffekte beachtet werden müssen. Um die zu korrigieren ist auf der Maske ein anderes Muster als das, welches schlussendlich auf dem Wafer erscheint. Ohne diese Anpassungen wären die abgebildeten Strukturen unscharf.
Die Strukturen auf der Maske werden gezielt verändert, um auf dem Wafer das gewünschte Abbild zu erreichen. Aktuell wird ein Verfahren namens Optical Proximity Correction(öffnet im neuen Fenster) (OPC) verwendet, bei dem die Abbildung der Maske berechnet und anschließend das Muster auf der Maske angepasst wird. Damit sind allerdings, anders als bei ILT, aktuell nur recht einfache Strukturen wie Rechtecke und einfache Kurvenformen möglich.
Die Anpassung des Maskenmusters anhand von Algorithmen wird als Computational Lithography bezeichnet. Neben Synopsis haben bereits ASML und TSMC, die ebenfalls OPC in ihren Anwendungen zur Maskenerstellung verwenden, angekündigt, Culitho einsetzen zu wollen.
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