Nvidia toont cuLitho: een technologie die de productie van geavanceerde microchips drastisch moet versnellen door komaf te maken met een flessenhals in het lithografieproces.
Tussen droom en werkelijkheid staan praktische bezwaren, en zo ook tussen chipdesign en chipproductie. Een van die bezwaren vinden we in het cruciale lithografieproces, en Nvidia geeft op GTC 2023 met enige trots aan daar een oplossing voor te hebben. Het bedrijf spreekt van een doorbraak op het vlak van computationele lithografie met een technologie die het cuLitho noemt.
Wat is het probleem?
Lithografie is het proces waarmee microchips gebouwd worden. Een microchip wordt eerst digitaal ontworpen. Dat ontwerp wordt dan opgesplitst in lagen, en iedere laag komt op een fotomasker terecht. Door een wafer langs dat masker te bestralen met licht, worden de componenten van een microchip laag na laag opgebouwd. Dat proces wordt al decennia lang gebruikt om microchips te bouwen, maar het wordt steeds complexer.
Individuele componenten op een chip worden kleiner, wat betekent dat ook de tekeningen op de fotomaskers kleiner en complexer worden. De bestraling van dat masker gebeurde vroeger met zichtbaar licht, maar de golflengte daarvan is intussen veel groter dan het formaat van de details op het masker. Probeer maar eens een kleurboek in te kleuren met een verfroller voor de muur.
De oplossing is tweeledig: langs de ene kant gaan fabrikanten zoals de Nederlandse lithografie-specialist ASML opzoek naar fijnere pencelen. Vandaag gebeurt de bestraling van de fotomaskers niet door zichtbaar licht maar door extreme UV-straling. Dat heeft immers een kleinere golflengte.
Perfect is het nog steeds niet. Wanneer de lichtgolven door het masker tot op de wafer passeren, is er nog steeds een afwijking. De oplossing daarvoor is om het fotomasker een beetje aan te passen, zodat het proactief rekening houdt met de afwijking van de bestraling zodat het EUV-licht toch accuraat op de wafer valt. Dat masker aanpassen vereist een omgekeerde berekening van het gedrag van de bestraling, en dat is een complex werkje dat weken rekentijd vereist. Iedere aanpassing van een productielijn impliceert bovendien dat de bestraling weer iets anders gebeurt en een masker dus opnieuw berekend moet worden.
Computationele lithografie
Die berekening heet computationele lithografie en Nvidia’s doorbraak met cuLitho zorgt ervoor dat het rekenproces veel sneller gaat. Nieuwe algoritmes gecombineerd met Nvidia Hopper-GPU’s zorgen ervoor dat een fotomasker zo’n veertig keer sneller berekend wordt. Wat vroeger een week of twee duurde, kan nu in minder dan een nacht klaar zijn.
Dat geeft chipfabrikanten de mogelijkheid om veel sneller te schakelen met hun productielijnen. De hele ontwikkelingscyclus van een nieuwe microchip kan zo verstellen en ook het milieu is dankbaar. Weken aan energieslorpende rekentijd in een datacenter vallen immers weg.
Nvidia brengt cuLitho samen met de grote chipbouwers naar de markt. ASML geeft al aan al zijn tools compatibel te zullen maken met Nvidia-GPU’s en ook TSMC is enthousiast.