在前不久的 GTC 2023 上，英偉達帶來了一項突破性的技術——cuLitho計算光刻技術軟件庫，可將計算光刻加速40倍以上，為推進2nm甚至更先進工藝奠定基礎。這項讓計算光刻變得更“聰明”的cuLitho技術來勢洶洶，號稱是英偉達與臺積電、阿斯麥、新思科技四大半導體領域巨頭密切合作，秘密研發近四年的“核彈”。

在半導體技術高度競爭、激烈博弈的當下，我們既為人類科技進步感到欣喜，同時也不禁對我國的半導體產業發展有著一絲隱憂。cuLitho是否對傳統意義上的計算光刻造成沖擊？我國的計算光刻發展到什么水平了，能否自主可控？

什么是計算光刻？為何如此重要？

計算光刻雖然不被大家所熟知，但和它密切相關的光刻機可謂家喻戶曉。光刻機被譽為半導體工業皇冠上的明珠，而光刻是芯片制造過程中最復雜、最昂貴、最關鍵的環節。而計算光刻是連接芯片設計和制造的關鍵技術，在90nm及以下芯片制造中，不可或缺。

計算光刻并非新鮮事物，已經存在了30年之久。芯片沿著摩爾定律不斷微縮，光刻機所用的光源不夠“細致”，在光刻過程中光線發生衍射效應，設計的掩模版經光刻機成像會產生一些模糊和失真的現象，導致得到的圖形與設計版圖存在很大偏差。而計算光刻可通過優化掩模圖形的復雜數學運算來補償模糊和失真，幫助光刻機更好地“刻畫”出芯片的微小結構，從而實現更高的分辨率，避免一些錯誤和缺陷，提升良率。

（圖片來自網絡）

由于計算光刻可以幫助光刻機實現更高的分辨率，提高芯片的質量和良率，幫助芯片制造實現更小的特征尺寸和更高的集成度，制造出更先進和更復雜的芯片，因此在先進制程中計算光刻的重要性愈發凸顯。

cuLitho是否對傳統計算光刻技術帶來沖擊？核心技術有哪些？

根據英偉達官方介紹，cuLitho計算光刻技術軟件庫是在CUDA等庫函數基礎上針對計算光刻操作對象及操作算法開發的專用加速庫。上文有講到，計算光刻需要復雜的數學運算，而有了cuLitho，在進行計算光刻時可以直接調用常用的數學運算結果進行并行運算，大大降低計算光刻軟件本身運算的難度和運算量。因此，cuLitho與計算光刻軟件并非對立與替代的關系，而是相輔相成的關系。

據測算，cuLitho可將計算光刻加速40倍以上，能耗降低9倍。如此優秀的表現與GPU（圖形處理器）和ILT（反向光刻技術）兩項關鍵技術密不可分。首先，計算光刻技術中OPC（光學臨近效應修正）和ILT的運算至少有一半是由光刻制程建模成像構成的，而且它幾乎完全是由圖像運算組成的，這些正是GPU擅長的部分。下面再來講講ILT。

反演光刻技術（Inverse Lithography Technology，ILT），也叫逆向光刻技術、反向光刻技術，是以硅片上要實現的圖形為目標，反演計算出掩模版上所需要圖形的算法。相比于傳統OPC，其優點在于優化精度高，工藝窗口更大，recipe開發過程中人工勞動需求少（傳統OPC需要2萬行recipe開發，采用ILT技術僅需2000行），recipe開發周期短節省time to market 時間。通常ILT技術被認為是14nm以下節點優勢技術。

可以說，結合了GPU、ILT等先進技術的cuLitho確實能大幅提高效率，而行業游戲規則也正在隨著cuLitho的到來發生變革。

我國計算光刻領域“玩家”有哪些？“功力”如何？

計算光刻通常包括光學鄰近效應修正（OPC）、光源-掩膜協同優化技術（SMO）、多重圖形技術（MPT）、反演光刻技術（ILT）等四大技術。據不完全統計，目前國內正在研發光學鄰近校正軟件的公司有：東方晶源、全芯智造、墨研計算、南京集成電路研究院等十多家公司。

作為一款復雜的工程軟件，從研發成功到通過產線驗證、再到量產應用有很長的路要走。我國計算光刻領域“玩家”雖然不少，但很多都是剛剛布局，尚處于研發階段。真正通過產線驗證，實現量產應用的可謂鳳毛麟角，其中無論是技術先進性還是技術成熟度，布局最早之一的東方晶源跑在行業前列。

（圖片來自東方晶源官網）

東方晶源自2014年成立之初即預見性地提出GPU加速的全芯片反向光刻掩模優化技術，從根本上異于其他公司的技術路線。歷經九年自主研發，已經形成PanGen 計算光刻系列產品，包括OPC、SMO等。值得一提的是，東方晶源OPC產品是全球首款全芯片反向光刻掩模優化工程軟件，并為客戶量產所采納，截止目前已完成2000+張掩模數據優化。據了解，東方晶源還基于英偉達CUDA函數庫自主開發圖像加速操作，加速倍率40~60倍與英偉達culitho相當。根據最新的規劃，東方晶源還將在GPU加速領域做更多探索。

結語

通過本文相信大家對計算光刻有了更加深刻的理解，也解答了心中疑問和擔憂。在追趕國際先進技術的過程中，我們并非亦步亦趨。相反，我國科研人員通過技術創新在很多方面正在加速趕超，東方晶源在計算光刻領域GPU、ILT的超前布局就是最好的例證。相信，隨著我國半導體企業的快速發展，突破創新，我國半導體產業必將迎來自立自強、自主可控的新篇章。

（來源：英偉達，極客公園）