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摩爾定律即將終結(jié),？

近年來摩爾定律增長的腳步放緩，關(guān)于摩爾定律的種種猜測甚囂塵上。但半導(dǎo)體行業(yè)人,，仍然對此持樂觀態(tài)度：持續(xù)性的創(chuàng)新仍在發(fā)生,，目前行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的每個分支都在努力實現(xiàn)更多突破和改進,。例如,，可制造性設(shè)計（DFM）始終在優(yōu)化，除此之外,，更強大的計算能力無疑成為行業(yè)發(fā)展的重中之重,。

過去，半導(dǎo)體行業(yè)以兩派劃分,，物聯(lián)網(wǎng)或消費類電子設(shè)備,，以及高性能計算。追求低功耗曾在兩派之間占據(jù)主導(dǎo)地位,，但隨后計算能力的進一步提升則成為很重要的一個方向,。因此，圖形處理器（Graphic Processing Unit）和大規(guī)模并行處理的體系結(jié)構(gòu)將成為高性能計算的發(fā)展方向,。當(dāng)然,，這不是一個突然的轉(zhuǎn)變,，而是隨著時間推移而發(fā)生變化，但這已經(jīng)是一個必然趨勢,。

提到圖形處理技術(shù),，人工智能的問題不可回避。如今人工智能,、機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)是業(yè)界風(fēng)向標(biāo),。但這究竟是炒作還是已然悄悄影響行業(yè)發(fā)展？

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當(dāng)人工智能遇到半導(dǎo)體

可以肯定,，目前的人工智能根本不是炒作,，而被深度學(xué)習(xí)所驅(qū)動的。深度學(xué)習(xí)是機器學(xué)習(xí)的一個分支,，而機器學(xué)習(xí)是AI的一個分支,。可以預(yù)見,，深度學(xué)習(xí)包含了較多的非連續(xù)性,、顛覆性的技術(shù)與重大的機遇。但它不像1980年代的Lisp機器熱潮,。因為Lisp編程語言并不適于一般編程人群。深度學(xué)習(xí)卻顛覆了編程,，與往常的編程 ——即編程者寫代碼并將一組輸入轉(zhuǎn)化成一組輸出——不一樣的是：深度學(xué)習(xí)會消化許多輸入與輸出的示例,，并學(xué)習(xí)該模式下的匹配。從本質(zhì)上講,，深度學(xué)習(xí)的輸出是一個程序,，它將輸入轉(zhuǎn)換為類似的輸出，以此模仿訓(xùn)練數(shù)據(jù)集（training data set）,。與之前的機器學(xué)習(xí)不同,，深度學(xué)習(xí)解決了讓軟件工程師曾無法解決的編程問題，深度學(xué)習(xí)可以實現(xiàn)之前無法實現(xiàn)的軟件應(yīng)用程序,。

毫無疑問的是,，

深度學(xué)習(xí)開始影響半導(dǎo)體芯片行業(yè)。

以ASML-Brion著名的OPC（光學(xué)鄰近效應(yīng)修正）示例來說：使用深度學(xué)習(xí)來加速OPC或ILT（反演光刻技術(shù)）的初始嵌入,，運行時間將會減少一半,。眾所周知，運行時間是OPC中最重要的問題之一,。其運作原理是使用深度學(xué)習(xí)的模式匹配能力,，來創(chuàng)建一個比現(xiàn)有的替代方案更好的初始嵌入。這樣做可以大大減少完成掩膜版（mask）設(shè)計所需的優(yōu)化迭代次數(shù),，從而大幅度降低整體的運行時間,。 ASML-Brion論文描述了運行OPC / ILT代碼以用來獲取一堆輸入模式（所需的晶圓形狀），并繼而產(chǎn)生一堆輸出模式（生成這些晶圓形狀所需的掩膜形狀）。 現(xiàn)在,，把這些輸入和輸出的搭配設(shè)置成在深度學(xué)習(xí)的模式下,，即會生成一個程序，該程序?qū)杨愃频妮斎耄ㄆ渌允撬璧木A形狀）轉(zhuǎn)換成類似的輸出（掩膜形狀）,。

值得注意的是,，深度學(xué)習(xí)是一種統(tǒng)計方法。

以ImageNet Competition和其他類似的事件舉例,，你可以在結(jié)果中獲得95％的準(zhǔn)確度,，并且其中輸出的掩膜形狀將會生產(chǎn)出所需的晶圓形狀，同時也對制造的變化有著適應(yīng)力,。當(dāng)然,，在半導(dǎo)體制造中，95％的精準(zhǔn)度不算是一個完美數(shù)字,。我們需要至少7-sigma的準(zhǔn)確度,。 這就是ASML-Brion的智慧所在，我們使用深度學(xué)習(xí)來加速計算,。 在深度學(xué)習(xí)推理引擎生產(chǎn)出輸出掩膜形狀之后,，這些掩膜形狀在傳統(tǒng)OPC/ILT程序中被用作為初始嵌入。加入了初始嵌入后的傳統(tǒng)程序會比沒有任何設(shè)置,、或只有晶圓形狀（乘以4倍放大系數(shù)）,、或甚至用一些SRAF生成（SRAF generation）來的運行速度更快。

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技術(shù)浪潮將引領(lǐng)半導(dǎo)體去向何方

自動缺陷分類（Automatic defect classification）作為一個檢查掩膜和晶圓重要的領(lǐng)域,，將普遍應(yīng)用人工智能相關(guān)技術(shù),，包括大數(shù)據(jù)。晶圓廠（fabs）中蘊含大量的數(shù)據(jù),，而機器學(xué)習(xí)所擅長的,，正是去關(guān)聯(lián)大量數(shù)據(jù)和事件，總結(jié)其相關(guān)性,。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中,，光掩膜領(lǐng)域廣泛融入深度學(xué)習(xí)，整個市場呈現(xiàn)增長態(tài)勢,。復(fù)合年均增長率（Compound annual growth rate）在過去三年中一直保持在4％,，并預(yù)計這個增長將繼續(xù)一段時間。

過去很長一段時間,，技術(shù)前沿的掩膜領(lǐng)域,，每個設(shè)計可能會包含多達100個的掩膜， 但技術(shù)前沿的掩膜則非常鮮有,。由于前沿的掩膜技術(shù)非常昂貴,，只有少數(shù)公司能夠負擔(dān),。無論是從盈利還是生產(chǎn)數(shù)量的角度來看，掩膜市場都主要是被非前沿技術(shù)的掩膜所統(tǒng)領(lǐng),。然而,，當(dāng)前沿的技術(shù)最終突破高容量節(jié)點（high volume node），未來的掩膜市場將實現(xiàn)飛躍,。

然而,，前沿技術(shù)的掩膜仍然昂貴，目前的掩膜領(lǐng)域在行業(yè)的發(fā)展還未達到一個最活躍的頂峰,。深度學(xué)習(xí)和通過深度學(xué)習(xí)所完成的計算給予了這個市場很大的助動,，同樣，在這個市場中,，還有極紫外光光刻（EUV）所帶來的影響,。在37億美元的掩膜銷售額中，很難看到極紫外光（EUV）的比重,，是因為極紫外光（EUV）掩膜更加昂貴,。可以預(yù)期,，隨著極紫外光（EUV）掩膜數(shù)量的增加,，整個掩膜市場也將再次飛躍。

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EUV即將迎來量產(chǎn),，是高峰還是挑戰(zhàn),？

EUV光刻技術(shù)正在接近量產(chǎn)階段，但仍存在一些挑戰(zhàn),。掩膜行業(yè)也在為EUV做好準(zhǔn)備。如今,，多光束機器可以在掩膜版上繪制任何形狀,，而在過去，我們只能繪制直線形狀,。多光束的使用,，突破了直線形狀的局限，也帶來了OPC和ILT的進一步突破,。然后EUV帶來的技術(shù)革新也絕不僅僅是輸出曲線形狀,，由于它的寫入性質(zhì)，對于非常密集和小型設(shè)計（如EUV掩膜）也十分適用,。因此,，EUV掩膜，及納米壓印母版,，都需要多光束技術(shù),。

從eBeam Initiative的調(diào)查中可以看到,，周轉(zhuǎn)時間對掩膜制造來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。 EUV掩膜則更加挑戰(zhàn),，因為7nm及以下節(jié)點的單次曝光,，致使EUV可能具有較少的SRAF甚至可能沒有SRAF。

掩膜過程校正（Mask Process Correction - MPC）是OPC或ILT的掩膜版本,。為了印制出想要的掩膜,，需要仔細操作形狀。我們來做個假設(shè),，如果要在掩膜上繪制一個40nm寬,、200nm高的矩形，卻沒有使用制作掩膜的合理抗蝕劑,，可能最終我們能得到36nm寬,、但是160納米長的形狀。而在晶圓加工的過程中,， 1nm的差異都至關(guān)重要,，因此掩膜非常重要。

掩膜的進步是應(yīng)對下一節(jié)點挑戰(zhàn)的利器,，不斷利用新興技術(shù)手段,，也將不斷滿足精度準(zhǔn)度及周轉(zhuǎn)時間的要求。