Nvidia dice que ha encontrado una manera de acelerar un paso limitado por computación en el proceso de fabricación de chips para que suceda 40 veces más rápido que el estándar actual. Llamada litografía inversa, es una herramienta clave que permite a los fabricantes de chips imprimir características a escala nanométrica utilizando luz con una longitud de onda más larga que el tamaño de esas características. El uso de la litografía inversa se ha visto limitado por el enorme tamaño del cálculo necesario. La respuesta de Nvidia, cuLitho, es un conjunto de algoritmos diseñados para usar con GPU, que convierte lo que han sido dos semanas de trabajo en un trabajo nocturno.
La tecnología “permitirá que las fábricas aumenten el rendimiento, reduzcan su huella de carbono y establezcan las bases para la tecnología de 2 nanómetros”. [manufacturing processes] y más allá”, dijo el martes el CEO de Nvidia, Jensen Huang, en el desarrollador de Nvidia GTC.
La fundición líder de chips lógicos TSMC calificará el uso de cuLitho en la producción a partir de junio, dijo Huang. La empresa de software de automatización de diseño Synopsys también planea integrar el software, y el fabricante de equipos de litografía ASML también planea admitir cuLitho en sus productos.
La fotolitografía es básicamente el primer paso en el proceso de fabricación de chips. Se trata de hacer rebotar la luz en un patrón llamado fotomáscara para proyectar las formas de las estructuras de los transistores y las interconexiones en la oblea. (La tecnología más madura usa fotomáscaras transmisivas en lugar de reflectantes, pero la idea es la misma). Se necesitan 98 fotomáscaras para hacer una GPU H100, dijo Jensen. Las características proyectadas desde la fotomáscara son más pequeñas que la longitud de onda de la luz utilizada: 193 nanómetros para las características relativamente grandes y 13,5 nanómetros para los bits más finos. Por lo tanto, sin la ayuda de trucos y reglas de diseño denominadas colectivamente corrección de proximidad óptica, solo se proyectaría un desorden borroso en la oblea. Con la corrección de proximidad óptica, los diseños en la fotomáscara solo se asemejan vagamente al patrón de luz en el chip.
Con la necesidad de características cada vez más finas, las formas corregidas en la fotomáscara se han vuelto cada vez más elaboradas y difíciles de encontrar. Sería mucho mejor comenzar con el patrón que desea en la oblea y luego calcular qué patrón en la fotomáscara los produciría. Tal esquema se llama litografía inversa. Por simple que parezca, es bastante difícil de calcular y, a menudo, lleva semanas compilarlo.
De hecho, es tan difícil que a menudo se reserva para usar solo en unas pocas capas críticas de chips de última generación o solo en partes particularmente espinosas de ellos, según datos de la Iniciativa E-Beam, que encuesta periódicamente a la industria.
Como la fabricación de chips requería características cada vez más finas, los ingenieros tenían que producir diseños cada vez más complejos para proyectar esas características en el silicio. La litografía inversa (ILT) es el último desarrollo.nvidia
El largo tiempo de cálculo de la litografía ralentiza el desarrollo y la mejora de la tecnología de chips Incluso un cambio en el grosor de un material puede llevar a la necesidad de un nuevo conjunto de fotomáscaras, señala Vivek K. Singh, vicepresidente del grupo de tecnología avanzada que trabaja en fabricación de silicio en Nvidia. Las máscaras informáticas “han sido un polo largo en el desarrollo de chips”, dice. “Si la tecnología de litografía inversa se acelerara 40 veces, ¿la utilizarían más empresas en más capas? Seguramente.”
Parte del cálculo es un problema de imagen que encaja naturalmente con las GPU, dice Singh. Pero a lo sumo, eso solo puede reducir el tiempo de cálculo a la mitad. El resto no es tan fácil de hacer paralelo. Pero en los últimos cuatro años, con socios de desarrollo que incluyen a TSMC, los ingenieros de Nvidia han ideado una colección de algoritmos para hacer que el trabajo restante sea paralelo y lo han empaquetado como una biblioteca de software para usar con GPU.
Según Nvidia, el uso de cuLitho permite que 500 computadoras Nvidia DGX H100 hagan el trabajo de 40,000 sistemas de CPU. Puede producir de 3 a 5 veces más fotomáscaras por día, consumiendo solo 5 megavatios en lugar de 35 MW.
Además, puede ofrecer mejores resultados, según Singh. cuLitho produce polígonos curvos difíciles de calcular en la máscara que dan como resultado una mayor profundidad de enfoque para el patrón moldeado en la oblea. Esa profundidad de enfoque debería conducir a una menor variación en la oblea y, por lo tanto, a un mejor rendimiento de chips de trabajo por oblea, dice. En el futuro, también podría significar que se necesitarán menos fotomáscaras, porque lo que ahora debe hacerse usando un patrón doble podría funcionar con uno solo usando litografía inversa.
Nvidia no es la primera en buscar GPU para acelerar la tecnología de litografía inversa. D2S, con sede en Silicon Valley, anunció una computadora basada en GPU hecha a medida para el problema en 2019. Espectro IEEE Se comunicó con D2S para hacer comentarios, pero la compañía no respondió antes del cierre de esta edición.
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