台积电下一代 GPU 光刻掩模：ILT 技术带来的奇特惊喜

计算机芯片堪称现代世界伟大的工程奇迹之一。在芯片制造领域，正当人们认为其复杂精妙程度已达极致时，反向光刻技术（ILT）横空出世，有望将芯片设计推向更高性能水平。

ILT 并非新技术，它是一种通过建立光刻模型传输函数的逆变换，将目标晶圆图形反推掩模图形的芯片制造技术。与传统光学临近效应修正（OPC）技术相比，ILT 可生成成像效果更优、工艺窗口更大的掩模图形，在 2nm 及以下先进制程中优势显著。其实现方法涵盖基于水平集的优化、像素化算法、频域计算方法等多条技术路径，借助 GPU 加速可将计算效率提升 40 倍以上。截至 2025 年 1 月，ILT 已成为突破先进芯片制造瓶颈的关键路径，但仍面临计算复杂度高、全局优化难度大等技术挑战。

据Asianometry报道，芯片制造商台积电和英伟达（这家市值5万亿美元的图形芯片公司可是人人都爱的）正在以革命性的新方式使用这项技术。具体来说，这是一个复杂的故事，但概括来说，使用极紫外光将芯片组件缩小到前所未有的更小尺寸，会带来一些相当奇怪的问题，导致在将光刻掩模中包含的图案转移到硅晶片上时出现缺陷。

简单来说，问题在于极紫外光在穿过台积电用于制造最先进芯片的复杂精密的ASML光刻机中的各种透镜、反射器和光圈时，会发生衍射和畸变。使用传统的芯片生产技术，这些缺陷无法完全控制和纠正，从而导致芯片出现缺陷和破损。事实证明，可以通过调整掩模设计来弥补这些问题，芯片制造商多年来一直在这样做，而且复杂性也在不断增加。然而，在大多数情况下，这种方法本质上是累加式的。先获取掩模，添加一些细微的调整和功能，然后迭代重复。但ILT则更为激进。正如“I”（逆向）所暗示的那样，ILT利用人工智能从相反的方向解决问题。

它首先绘制出光线在光刻机中的路径以及它如何与晶圆上的光刻胶发生反应。“然后，在确定了我们想要转移到晶圆上的芯片图案后，它会逐像素地生成光学掩模图像，”Asianomigration公司表示。“从整体上看，这些后ILT时代的设计看起来非常奇特”Asianomy继续说道，但最终印刷出来的产品更有可能真正发挥作用，即使存在一些缺陷。

这一切的实现要归功于英伟达的 AI 分析技术（名为 cuLitho）以及一项全新技术 —— 创建带有曲线的掩模，此前掩模完全由正方形和矩形构成。ILT并非一项全新的技术。英特尔显然已经使用这项技术多年。但ILT此前仅限于芯片上的所谓“热点”区域，也就是缺陷密度较高的特定问题区域。Asianometry 指出，台积电即将推出的 N2 制程（也称 2 纳米制程）将采用 ILT 技术，尽管目前仅用于少数几个掩模层。通常情况下，单个芯片设计会使用数十个掩模层。因此，当英伟达等公司将 N2 制程应用于未来的 GPU 产品时，其最终效果将非常值得关注。

ILT 可能意义重大，能够带来类似代际优势的东西。换句话说，它有点像升级到更先进的芯片节点，允许更密集地封装组件，但无需使用波长更短、问题更多的光。随着训练复杂度的增加，理解基于LLM的AI模型内部运作机制变得越来越困难。最终得到的LLM模型不仅有效，而且效果惊人，这些奇特的光刻掩模也同样如此。经过 20 多年的发展，得益于人工智能技术的兴起和关键算力水平的显著提升，ILT 技术即将迎来大规模量产的转折点，为未来半导体工艺的持续进步提供关键动力。