计算光刻速度提高40倍，台积电预计6月将英伟达AI加速技术导入2nm试产

英伟达与台积电、ASML 和新思科技（Synopsys）携手合作，经历四年开发，英伟达终于完成全新的 AI 加速技术 cuLitho。据介绍，CuLitho 可以将下一代芯片计算光刻度提高 40 倍以上，使得 2nm 及更先进芯片的制造成为可能。

cuLitho 是一个用于运算式微影函数库，将可缩短先进制程芯片的光罩时程、拉升良率并大幅减低晶圆制造所需的能耗。

据台湾联合报，台积电将在今年 6 月对 cuLitho 进行生产资格认证，并完成 2nm 试产，用于提升 2 纳米制程良率，并缩短量产时程。

据介绍，用于计算光刻的全新 NVIDIA cuLitho 软件库已经被台积电和新思科技集成到其最新一代 NVIDIA Hopper 架构 GPU 的软件、制造流程和系统中，而设备制造商 ASML 则在 GPU 和 cuLitho 方面与 NVIDIA 密切合作，并计划将对 GPU 的支持集成到其所有的计算光刻软件产品中。

NVIDIA 黄仁勋表示，“芯片行业是世界上几乎所有其他行业的基础，随着光刻技术达到物理极限，NVIDIA 推出 cuLitho 并与我们的合作伙伴 TSMC、ASML 和 Synopsys 合作，使晶圆厂能够提高产量、减少碳足迹并为 2nm 及更高工艺奠定基础。”

英伟达表示，相比目前的光刻技术 —— 在硅片上刻蚀图案的过程 ——cuLitho 可带来 40 倍的性能飞跃，大大加了速那种“每年消耗数百亿 CPU 小时”的大规模计算工作。

据悉，它可以用500 个 NVIDIA DGX H100 系统实现原本 40000 个 CPU 系统才能完成的工作，并行运行计算光刻过程的所有部分，从而有助于减少电能需求和潜在的环境影响。

“计算光刻是芯片设计和制造领域中最大的计算工作负载，每年消耗数百亿 CPU 小时。大型数据中心 24x7 全天候运行，以便创建用于光刻系统的掩膜板。这些数据中心是芯片制造商每年投资近 2000 亿美元的资本支出的一部分。”黄仁勋表示，cuLitho 能够将计算光刻的速度提高到原来的 40 倍。举例来说，英伟达 H100 GPU 的制造需要 89 块掩膜板，在 CPU 上运行时，处理单个掩膜板需要两周时间，而在 GPU 上运行 cuLitho 只需 8 小时。

据介绍，台积电可通过在 500 个 DGX H100 系统上使用 cuLitho 加速，将功率从 35MW 降至 5MW，替代此前用于计算光刻的 40000 台 CPU 服务器。使用 cuLitho 的晶圆厂每天可以生产 3-5 倍多的掩模(Mask，也叫光罩，即芯片设计的模板)，但仅需要当前配置电力的 1/9。

当然，cuLitho 加速库虽然也可以与 Ampere 和 Volta GPU 兼容，但 Hopper 才是目前最快的解决方案。

台积电在竹科宝山二期兴建 Fab 20 超大型晶圆厂将会用作 2nm 生产基地，并成为 2nm 重镇，Fab20 厂区第一期预计将会在 2024 年开始风险试产，2025 年开始量产，同时第二期目前正在兴建中，预期将在第一期量产后逐步开始进入风险性试产及量产。

根据四家半导体大厂的合作计划，这项技术的进步将使得芯片上可以用比现在更精细的线路，同时加快上市时间，且提高为推动制程而全日运作的大规模资料中心的能源使用效率。

台积电总裁魏哲家表示，cuLitho 团队将旷日费时的作业交由 GPU 来执行，在加快运算式微影技术方面获重大进展。此发展为台积电在芯片制造中更大范围地部署反向微影技术和深度学习等微影技术解决方案带来可能性，为半导体微缩的持续提供重要贡献。