No hay dudas de que NVIDIA está innovando a pasos agigantados, y en esta oportunidad, la compañía ha anunciado novedades respecto a la litografía computacional. Pues resulta que presentaron un paquete de software (cuLitho), el cual puede mejorar drásticamente la resolución de los sistemas litográficos de la actualidad.
Recordemos que cada reducción en la litografía de los chips representa mayores desafíos durante el proceso de producción. Por ejemplo, hay que enfrentarse a la naturaleza de la infraestructura, los métodos matemáticos y algorítmicos utilizados para mejorar la resolución a través de la fotolitografía. Entonces para superar estas barreras, la litografía computacional actual debe mejorar para mantenerse al día con las preocupaciones sobre la capacidad y el rendimiento de los futuros componentes. De hecho, la disminución adicional de la longitud de onda requiere de tecnologías litográficas completamente nuevas como el ultravioleta extremo (EUV).
El criterio de Rayleigh: Fundamento usado en la fotolitografía
Antes de entender el impacto del nuevo software de NVIDIA, es preciso aclarar algunos fundamentos de la fotolitografía.
En la industria de los semiconductores, la fotolitografía es el proceso de modelar un chip en una oblea de semiconductor cubriendo áreas del sustrato con una fotomáscara e iluminando el área expuesta con una luz ultravioleta de longitudes de onda específicas. Cuando se trata de fotolitografía, podría decirse que la especificación más importante es la dimensión crítica, que define el tamaño de característica más pequeño posible que se puede lograr a través del proceso de litografía. Se requiere una dimensión crítica más pequeña para fabricar nodos de semiconductores más pequeños.
La dimensión crítica (CD) alcanzable está definida por el criterio de Rayleigh (puedes revisar más info acá), el cual está dado por la siguiente expresión:
Dónde:
- k 1 = Una constante que depende de muchos factores relacionados con el proceso de fabricación del chip.
- λ= La longitud de onda de la luz utilizada.
- NA = La apertura numérica de la óptica, que define la cantidad de luz que pueden recoger.
Este criterio describe cómo la dimensión crítica es proporcional a la longitud de onda de exposición de la luz, pero también es inversamente proporcional a la apertura numérica de la óptica de proyección. La constante k 1 es un parámetro agrupado que representa la complejidad de fabricación en el proceso de litografía, cuyo límite físico es 0,25.
Si bien los investigadores y los fabricantes han trabajado arduamente para lograr longitudes de onda más cortas, también han buscado formas de reducir el factor k 1 . Para ello, una de las técnicas más potentes e importantes ha sido la litografía computacional (conoce más información acá).
La litografía computacional utiliza modelos algorítmicos del proceso de fabricación para compensar los defectos de fabricación. Con la litografía computacional, es posible optimizar la fotomáscara al deformar intencionalmente los patrones para tener en cuenta los efectos físicos y químicos que ocurren naturalmente en el proceso estándar. Al hacer esto, la litografía computacional da como resultado una fotolitografía más precisa. En el contexto del criterio de Rayleigh, esto equivale a reducir el valor de k 1 y, por lo tanto, aumentar la dimensión crítica.
NVIDIA y su nueva tecnología para acelerar la litografía computacional
Según NVIDIA, la tecnología cuLitho promete aumentar el rendimiento de la litografía en 40 veces. Esta nueva biblioteca de software se está integrando en TSMC, uno de los principales fabricantes de semiconductores del mundo, y está siendo implementada por Synopsys, líder en automatización de diseño electrónico. ASML, fabricante de equipos, también colabora estrechamente con NVIDIA en el campo de las GPU usando cuLitho, con la idea de integrar el soporte para GPU en todos sus productos de software de litografía computacional.
Con respecto a este anuncio, Jensen Huang, quien es el fundador y CEO de NVIDIA afirma que:
La industria de los chips es la base de casi todas las demás industrias del mundo. Con la litografía alcanzando los límites de la física, la introducción de cuLitho por parte de NVIDIA y la colaboración con sus socios TSMC, ASML y Synopsys permite a las fábricas aumentar el rendimiento, reducir su huella de carbono y sentar las bases para los 2nm y más allá.
El costo del tiempo computacional necesario para las mayores cargas de trabajo en la semifabricación ha superado en los últimos años la ley de Moore, debido a la mayor cantidad de transistores en los nodos más nuevos como a los requisitos de precisión más estrictos. Los nodos futuros requieren cálculos más detallados, no todos los cuales pueden encajar de manera factible en el ancho de banda computacional disponible proporcionado por las plataformas actuales, lo que ralentiza el ritmo de la innovación en semiconductores.
Un cambio de proceso de fabricación a menudo requiere una revisión del software OPC (Open Platform Communications, un estándar de comunicación en el campo del control y supervisión de procesos industriales), lo que crea cuellos de botella. cuLitho ayuda a eliminar estos cuellos de botella y hace posibles soluciones novedosas y técnicas innovadoras como máscaras curvilíneas, litografía EUV de alta NA y modelado fotorresistente subatómico necesario para los nuevos nodos tecnológicos.
Se dice que este nuevo proceso, trasladado a las CPU y las GPU, reduce el consumo de energía de 35 MW a 5 MW y que un proceso que actualmente lleva dos semanas en las CPU puede realizarse en “un solo turno de trabajo de 8 horas” utilizando las GPU de NVIDIA y cuLitho.
NVIDIA afirma que esto podría ser una revolución total en la fabricación de chips, permitiendo mejores reglas de diseño, mayor densidad y mayores rendimientos a largo plazo. Incluso superando la barrera de los 2 nanómetros en el proceso de fabricación.
