par La production de puces à l’aide de technologies de traitement de pointe nécessite plus de puissance de calcul que jamais. Pour répondre aux exigences des nœuds de 2 nm et au-delà, Nvidia déploie sa bibliothèque logicielle cuLitho qui utilise les systèmes DGX H100 de la société basés sur des GPU H100 et promet d’augmenter de 40 fois les performances disponibles pour les magasins de masques avec une quantité raisonnable d’énergie consommée.
Les technologies de traitement modernes poussent les équipements de fabrication de plaquettes à leurs limites et nécessitent souvent une résolution plus fine que ce qui est physiquement possible, c’est là que la lithographie computationnelle entre en jeu. L’objectif principal de la lithographie computationnelle est d’améliorer la résolution réalisable dans les processus de photolithographie sans modifier les outils. Pour ce faire, CL utilise des algorithmes qui simulent le processus de production, en incorporant des données cruciales provenant de l’équipement et des tranches de navette (test) d’ASML. Ces simulations aident à affiner la pellicule (photomasque) en modifiant délibérément les motifs pour contrer les influences physiques et chimiques qui surviennent tout au long des étapes de lithographie et de structuration.
Il existe plusieurs techniques de lithographie computationnelle, y compris la technologie d’amélioration de la résolution (RET), la technologie de lithographie inverse (ILT, une méthode pour réduire les variations de fabrication en utilisant des formes non rectangulaires sur le photomasque), la correction de proximité optique (OPC, une technique pour améliorer la photolithographie par correction des imprécisions d’image résultant de la diffraction ou des impacts liés au processus) et optimisation du masque source (SMO). Tous sont largement utilisés dans les fabs d’aujourd’hui.
Pendant ce temps, les techniques coûteuses en calcul comme la technologie de lithographie inverse et l’optimisation du masque de source sont spécifiques à une conception donnée. Ils doivent être implémentés individuellement pour chaque puce afin d’assurer une résolution appropriée et d’éviter les points chauds limitant le rendement. La synthèse de pellicules qui utilisent RET, ILT, OPC et SMO implique l’utilisation de la lithographie computationnelle. À mesure que les nœuds deviennent plus fins, la complexité des calculs augmente et la puissance de calcul devient un goulot d’étranglement pour les magasins de masques, car chaque puce moderne utilise des dizaines de pellicules. Par exemple, le H100 de Nvidia en utilise 89.
Nvidia affirme que la lithographie computationnelle consomme actuellement des dizaines de milliards d’heures de processeur chaque année et, par conséquent, une puissance énorme. Pendant ce temps, les GPU hautement parallèles comme le H100 de Nvidia promettent des performances supérieures à moindre coût et consommation d’énergie. En particulier, Nvidia affirme que 500 de ses systèmes DGX H100 contenant 4000 de ses GPU H100 (qui consomment 5 MW de puissance) et utilisant un logiciel de lithographie computationnelle qui utilise cuLitho peuvent offrir les performances de 40 000 systèmes basés sur CPU qui consomment 35 MW que TSMC utilise aujourd’hui. La société poursuit également en disant que les fabricants de masques peuvent produire 3 à 5 fois plus de pellicules par jour en utilisant neuf fois moins d’énergie qu’ils n’en utilisent aujourd’hui une fois qu’ils commencent à s’appuyer sur la lithographie computationnelle accélérée par GPU, une autre affirmation qui nécessite une vérification par de véritables magasins de masques, mais qui donne une compréhension de base où l’entreprise veut aller.
“Avec la lithographie aux limites de la physique, l’introduction de cuLitho par Nvidia et la collaboration avec nos partenaires TSMC, ASML et Synopsys permettent aux fabs d’augmenter le débit, de réduire leur empreinte carbone et de jeter les bases pour 2 nm et au-delà.”
Si les objectifs de performances fixés par Nvidia sont impressionnants, il convient de noter que la bibliothèque logicielle cuLitho pour la lithographie computationnelle doit être intégrée aux logiciels proposés par ASML, Synopsys et TSMC bien utilisés par leurs partenaires, parmi les magasins de masques. Pour la lithographie de génération actuelle (pensez aux nœuds de classe 7 nm, 5 nm et 3 nm), les magasins de masques utilisent déjà des solutions de lithographie computationnelle basées sur le processeur et continueront de le faire pendant au moins un certain temps. C’est peut-être la raison pour laquelle Nvidia discute de ses efforts de lithographie computationnelle dans le contexte des nœuds de classe 2 nm de nouvelle génération et au-delà. En attendant, il est logique de s’attendre à ce que les fonderies et les magasins de masques essaient au moins de déployer le cuLitho de Nvidia pour certains de leurs prochains nœuds de classe 3 nm afin d’augmenter les rendements et les performances. TSMC, par exemple, commencera à qualifier cuLitho à la mi-2023, alors attendez-vous à ce que la plate-forme soit disponible pour les clients de l’entreprise à partir de 2024.
“La lithographie computationnelle, en particulier la correction de proximité optique, ou OPC, repousse les limites des charges de travail de calcul pour les puces les plus avancées,” a déclaré Aart de Geus, directeur général de Synopsys. “En collaborant avec notre partenaire Nvidia pour exécuter le logiciel Synopsys OPC sur la plate-forme cuLitho, nous avons massivement accéléré les performances de quelques semaines à quelques jours ! L’association de nos deux sociétés leaders continue de forcer des avancées incroyables dans l’industrie.“
Une déclaration officielle de NVIDIA indique que “Un changement de processus de fabrication nécessite souvent une révision OPC, créant des goulots d’étranglement.” “cuLitho aide non seulement à éliminer ces goulots d’étranglement, mais il rend également possibles de nouvelles solutions et des techniques innovantes telles que les masques curvilignes, la lithographie EUV à haute NA et la modélisation de photorésine subatomique nécessaires pour les nouveaux nœuds technologiques.“
La puissance de calcul supplémentaire disponible pour les applications de lithographie computationnelle sera particulièrement utile pour la prochaine génération de nœuds de production qui utiliseront des scanners de lithographie High-NA et imposeront l’utilisation d’ILT, d’OPC et de SMO pour prendre en compte les particularités physiques des scanners de lithographie et résister à assurer des rendements décents, une faible variation (c’est-à-dire des performances et une consommation d’énergie prévisibles) et des coûts prévisibles. Pendant ce temps, les coûts de calcul pour RET, ILT, OPC et SMO augmenteront inévitablement à 2 nm et au-delà, il semble donc que Nvidia introduira sa plate-forme cuLitho au bon moment.
