2023年3月GTC大会上，英伟达发布研发历时四年的光刻计算库cuLitho。它可将计算光刻加速40倍以上，使得2nm及更先进芯片的生产成为可能。全球最大晶圆厂台积电、全球光刻机霸主阿斯麦、全球最大EDA巨头新思科技均参与合作并引入这项技术。

一、计算光刻解决衍射像差、增强光刻分辨率

光刻是芯片制造过程中最复杂、最昂贵、最关键的环节，其成本约占整个硅片加工成本的1/3左右。光刻是通过曝光、显影、刻蚀等技术将掩膜版上的图案转移至晶圆的图形精细加工技术，随着光刻及芯片设计制造技术发展，晶圆上晶体管的互联间距缩小。当晶体管的尺寸变得比光刻机所用波长近似或还要小的时候，由于衍射效应的存在晶体管成像就会变得模糊。

计算光刻模拟光通过光学元件并与光刻胶相互作用时的行为，应用逆物理算法来预测掩膜板上的图案，以便在晶圆上生成最终图案。计算光刻是增强分辨率解决方法之一。计算光刻属于EDA的一种，用于晶圆制造环节，具体就是通过计算机模拟、仿真光刻中的光学和化学过程，预测晶圆上的曝光图形，在半导体制程的开发阶段提供光源优化、掩模版图形修正、缺陷的预判和修正方案分析，通过增大芯片制造工艺窗口从而提高产品良率和生产效率。对于90 nm以下节点，必须采用计算光刻技术来提升光刻系统的成像性能，否则将无法实现集成电路量产。因此，计算光刻是支撑光刻工艺节点不断推进的关键电子设计自动化（EDA）仿真技术。

计算光刻是提高光刻分辨率、推动芯片制造达到2nm及更先进节点的关键手段。“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。”2023年GTC大会上黄仁勋讲解道，“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。”而cuLitho能够将计算光刻的速度提高到原来的40倍。

二、NVIDIA 发布专用软件库cuLitho促进光刻/掩模版生产效率升级。

英伟达H100 GPU芯片的代工制造环节需要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。代工厂（如台积电）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倍多的光掩膜，仅使用当前配置电力的1/9。cuLitho历时四年研发，与台积电、阿斯麦（ASML）、新思科技（Synopsys）进行了密切合作。cuLitho将有助于晶圆厂缩短原型周期时间、提高产量、减少碳排放，为2nm及更先进的工艺奠定基础，并使得曲线掩模、high NA EUV、亚原子级光刻胶模型等新技术节点所需的新型解决方案和创新技术成为可能。

三、光刻计算库cuLitho将计算光刻加速40倍

随着晶圆制程微缩程度持续提升，掩膜板复杂度随之变高，对数据存储、计算光刻的需求同样也将快速提升，Foundry厂现有算力不足以支撑新的芯片技术，预计未来 Foundry 对算力的需求会大幅提升，与先进晶圆厂配套的数据中心需求同样快速成长。英伟达与台积电、ASML、新思科技三大半导体巨头合作，将加速运算技术用于芯片光刻的计算光刻中，制造同样的芯片，从在CPU上运行变为在GPU cuLitho上运行，时间从两周变为了8h，效率提高了21倍，cuLitho软件库允许500个基于DGX H100 GPU的数据中心系统执行与4万个基于CPU的系统相同的工作，可将计算光刻的速度提升40倍，通过GPU加速后，生产光掩模的计算光刻工作用时可以从几周减少到八小时。从能耗方面考虑，cuLitho软件库在计算光刻的速度提升40倍的同时功耗降低9倍，将功率从35MW减少至5MW，将减少对电力和空间需求以及对环境的影响。

2023年开发者大会中NVIDIA正式推出专为计算光刻开发的软件库 cuLitho。通过使用光刻计算库cuLitho，计算光刻速度将提升40倍，GPU加速后生产光掩模的计算光刻工作用时可以从几周减少到八小时，与此同时，功耗降低9倍，光刻计算使2nm及更先进芯片的生产成为可能。