För ett år sedan under GTC 2023 avtäckte Nvidia cuLitho – ett varumärke som tydligt anspelar på Computational Lithography – för att möta framtidens stegrande utmaningar inom chiptillverkning. Tekniken bakom stavas som så mycket annat i dagens tidevarv artificiell intelligens (AI) och som samarbetspartner återfanns tungviktarna TSMC, Synopsys och ASML.
På samma tillställning ett år sedan tillkännager Nvidia att TSMC och Synopsys börjat använda cuLitho vid tillverkning av chip, eller rättare sagt i uppstartsfasen av denna tillverkning. Att etsa mönster i nanometerskala sker genom att projicera ultraviolett ljus genom en fotomask av kvarts, som fungerar likt en stencil. Genom denna exponering av ljus mot en kiselskiva skapas under en ofta flera månader lång process de många miljarder transistorer som utgör ett chip.
I takt med att vi når allt mindre och mer detaljrika geometrier tar dessa fotomasker allt mer tid i anspråk att framställa och samtidigt krävs fler av dessa. Genom enorma beräkningsresurser hos datacenter simuleras Maxwells ekvation om hur ljus beter sig när det passerar genom optik och interagerar med fotoresistorer, vilket är den process som lägger grund för de mönster som ska appliceras på en fotomask. Att detta krävs är för att mönstret på en fotomask inte alls motsvarar det slutresultat som ska ritas på kiselskivan.
Medan fotomaskerna i sig inte är en del av själva tillverkningsprocessen av enskilda chip har det blivit en allt mer påtaglig flaskhals i att gå från kretsdesign till faktisk litografisk tillverkning. Dagens chip i spjutspetsen kan kräva mer än 100 fotomasker, vars mönster tar veckor av beräkningar att ta fram med traditionella datacenter. Alla dessa flaskhalsar väntas bli betydligt mer påtagliga när industrin går mot 2 nanometer och mer avancerade doningar för ultraviolett ljus, såsom EUV-scanners signerade ASML:s senaste generation maskiner av typen High-NA (High Numerical Aperture).
Det är för framställningen av dessa fotomasker som cuLitho från Nvidia kommer in i bilden. Vad det handlar om är ett mjukvarubibliotek som accelereras av Nvidias beräkningskretsar, som enligt bolaget ökar hastigheten för processen uppemot 60 gånger. Resultatet överträffar utfästelserna från ett år sedan, då Nvidia talade om att tiden för att utveckla en enskild fotomask kunde snabbas på 40 gånger om från cirka två veckor till 8 timmar.
Att gå över till cuLitho har inte enbart fördelar sett till framställningen av själva fotomaskerna, utan att detta görs med betydligt mindre datacenter som är mångfaldigt mer energieffektiva. Vid framställningen av fotomasker med cuLitho motsvarar 350 system med AI-kretsar av typen H100 ”Hopper” beräkningskraften hos hela 40 000 individuella CPU-baserade system, enligt Nvidia och dess samarbetspartner på tillverkningssidan.
