Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) uudistaa keskeistä osaa sirunvalmistusprosessistaan. Seuraavan sukupolven 2 nm:n siruihinsa valimojättiläinen ottaa käyttöön kaarevia naamioita ja luopuu vuosikymmeniä käytetystä suoraviivaisesta”Manhattan”-geometriasta.
Tämä muutos mahdollistaa tarkempien kuvioiden tulostamisen piille, mikä parantaa sirun suorituskykyä.
Tämän harppauksen mahdollistavat uudet NWWDRS-ja Advanced GPU-ohjelmistot, kuten monisäteiset maskit. CuLitho-alusta.
Vaikka investointi on kallista, sitä ruokkii kukoistavat tekoälymarkkinat, joilla korkeakatteiset sirut asiakkailta, kuten Nvidia, oikeuttavat Ensimmäistä kertaa yli kymmeneen vuoteen sirusuunnittelun perusgeometria piirretään uudelleen. TSMC:n 2nm (N2) prosessisolmu tulee olemaan ensimmäinen, joka käyttää kaarevia maskeja, mikä poikkeaa merkittävästi alan suoraviivaisista tai suoraviivaisista kuvioista, joita usein kutsutaan”Manhattan”-geometriaksi. Tarkemmin sanottuna kaarevat maskit voivat sisältää reunoja, jotka eivät ole suoria Manhattan-asteisia tai 90-asteisia tai 45 asteen kulmia. kaaria, ympyröitä, soikioita, splineitä tai paloittain lineaarisia monikulmioita, joiden reunat ylittävät normaalin ortogonaalisen geometrian. Nämä maskit on suunniteltu käyttämällä edistynyttä optista läheisyyskorjausta (OPC) ja käänteisiä litografiatekniikoita (ILT), jotka optimoivat valokuvamaskin muodot käyrinä sen sijaan, että ne käyttävät . kaarevat muodot mahdollistavat paremman tarkkuuden monimutkaisten ja pienten ominaisuuksien tulostamisessa piikiekkoille, mikä tuottaa suurempia litografisia prosessiikkunoita, parantaa tarkennussyvyyttä ja vähentää prosessin vaihtelua. Tämä muutos liittyy siirtymiseen Gate-All-Around (GAA)-transistorit, jotka ovat olleet yksi merkittävimmistä puolijohteiden valmistuksen teknologisista muutoksista lähes 15 vuoteen. Fotolitografiaa, sirukuvioiden painamista piikiekkoille, ohjaa valon fysiikka, eikä se hajoa eikä hajoa luonnossa. terävät, 90 asteen kulmat. Tasaisia käyriä käyttävät kaarevat mallit mallintavat tarkemmin valon käyttäytymistä, jolloin haluttu kuvio siirtyy todenmukaisemmin kiekolle. Tämä laajentaa koko prosessin ikkunaa, mikä tekee valmistuksesta kestävämmän pieniä poikkeamia vastaan ja parantaa lopulta lastun tuottoa ja suorituskykyä. Insinöörit ovat tienneet vuosien ajan, että kaarevat mallit ovat ylivoimaisia. Käyttämällä tekniikkaa nimeltä käänteinen litografiatekniikka (ILT), ne saattoivat työskennellä taaksepäin halutusta kuviosta kiekolla laskeakseen optimaalisen, usein upean, psykedeelisen suunnittelun. akateeminen käsite, koska työkaluja näiden maskien luomiseen ei ollut olemassa. Perinteiset naamiokirjoittajat, jotka tunnetaan nimellä Vain VS-järjestelmät (Variable Shaped B) tuottaa rece-, Shaped B-järjestelmiä neliöitä. Käyrän luomiseksi heidän oli lähennettävä se tuhansilla pienillä, limittäin olevilla suorakulmioilla”Manhattanization”-nimisessä prosessissa. Tämä muunnos ei ollut vain epätarkka ja loi sumeita reunoja, vaan myös uskomattoman hidas. VSB-kone kirjoittaa jokaisen suorakulmion yhdellä elektronisäteellä. Monimutkaisten, Manhattanized-kuvioiden vaatima suuri määrä otoksia loi vakavan pullonkaulan läpimenoa varten, ja maskin kirjoitusajat venyivät tunneista päiviin. Tämän harppauksen tehostaminen valmistustarkkuuden ja ohjelmistojen läpimurtossa on yhtymäkohta. Ensimmäinen kriittinen mahdollistaja on monisäteisten maskien kirjoittajien nousu, joita ovat kehittäneet yritykset, kuten IMS Nanofabrication ja NuFlare. Tuhannen koneen sijasta voi olla tuhansia sähkölaitteita. Pienistä, yksilöllisesti ohjatuista”säteistä”. Siirtämällä maskitasoa ja kytkemällä nämä säteet päälle ja pois päältä kuten ruudun pikseleitä, kone voi tehokkaasti”maalata”monimutkaisia, kaarevia kuvioita erittäin tarkasti. Tämän tekniikan tuominen markkinoille oli valtava insinöörihaaste. Kehittäjät joutuivat ratkaisemaan hankalia ongelmia, kuten monimutkaisten kaarevien kuvioiden vikojen tunnistamista ja taltiointia sekä valtavien suunnittelutietojen määrien suoratoistoa koneelle suurella nopeudella. Kehityskustannukset olivat valtavat; Esimerkiksi KLA-Tencor käytti yli 226 miljoonaa dollaria monisädeprojektiin, ennen kuin se luopui siitä vuonna 2014. Menestys vaati vuosikymmenen sinnikkyyttä ja perusteellisia investointeja näiden esteiden voittamiseksi, on massiivinen lisäys palapeliin. GPU-vallankumouksen ohjaama. ILT-maskisuunnittelun laskeminen modernille sirulle, jossa on miljardeja transistoreja, on valtava tehtävä, joka vaatii joskus jopa 30 miljoonaa prosessorituntia. Kymmeniä tuhansia suorittimia sisältävä palvelinkeskus voi viedä työn valmiiksi yli viikon. Nvidian cuLitho, rinnakkaisten algoritmien ohjelmistokirjasto, muuttaa yhtälöä dramaattisesti. Nvidian mukaan 500 sen H100-grafiikkasuoritinta pystyy nyt suorittamaan 40 000 CPU:n laskentatyön näihin tehtäviin. Tämä nopeuttaa työnkulkua jopa 60-kertaiseksi ja muuttaa kahden viikon laskelman yön yli tapahtuvaksi prosessiksi. Tunnustettuaan tämän potentiaalin TSMC, Nvidia ja suunnitteluohjelmistoyritys Synopsys ilmoittivat vuoden 2024 alussa, että he siirtävät CuLitho-alustan tuotantoon, mikä tasoitti tietä N2-solmun omaksumiselle kaareville maskeille. Tämän siirtymän edellyttämien massiivisten investointien taustalla on tekoälymarkkinoiden kyltymätön ja korkea marginaalikysyntä. Tekoälykiihdyttimille suunniteltujen sirujen, kuten Nvidian ja AMD:n, on tarjottava ehdottomasti korkein suorituskyky. Tohtori Lisa Su, AMD:n puheenjohtaja ja toimitusjohtaja, on aiemmin korostanut yhtiön syvää yhteistyötä TSMC:n kanssa, mikä”on mahdollistanut AMD:n johdonmukaisesti toimittamaan johtavia tuotteita, jotka ylittävät tehokkaan tietojenkäsittelyn rajoja.” Näille avainasiakkaille 2nm solmun ja sen kaarevien kuvioiden edut ovat suoria ja merkittäviä. F tai Nvidia tarkoittaa tehokkaampia ja energiatehokkaampia GPU:ita hallitsemaan datakeskusta. Applen kaltaiselle asiakkaalle se merkitsee pidempään akun käyttöikää ja nopeampaa käsittelyä tuleville iPhone-ja Mac-piin sukupolville. Toisin kuin kypsät ja hintaherkät matkapuhelinmarkkinat, tekoälysektorilla on taloudellinen marginaali kattaa näiden edistyneiden valmistusteknologioiden edelläkävijöiden korkeat kustannukset. Tämä dynamiikka oikeuttaa useiden miljardien dollarien investoinnit uusiin tutkimus-ja kirjoituksiin. suuren volyymin tuotanto. Painotus seuraavan sukupolven teknologiaan on keskeistä TSMC:n strategiassa säilyttää johtoasemansa. Yhtiö on jatkuvasti kiistänyt huhut operatiivisista fuusioista Intelin tai muiden kanssa, ja toimitusjohtaja C.C. Wei toteaa vakaasti:”TSMC ei käy keskustelua muiden yritysten kanssa mistään yhteisyrityksestä, teknologian lisensoinnista tai teknologiasta.” Sen sijaan valimo pyrkii eteenpäin useilla rintamilla, mukaan lukien kehittyneiden paneelitason pakkausten kehittäminen vastaamaan tulevia tekoälyvaatimuksia. Kaarevien maskien käyttöönotto on enemmän kuin asteittainen päivitys; se on perustavanlaatuinen muutos teollisuudessa, jonka AI-buumi maksaa ja joka määrittelee sirusuunnittelun rajat uudelleen seuraavalle vuosikymmenelle.Kyyrien takana oleva tekniikka: Multi-Beam Writers ja GPU-käyttöinen fysiikka
Miksi nyt? Tekoälybuumi maksaa valmistuksen vallankumouksen
