人工智能入侵芯片制造
目前人工智能（AI）正在變革多個行業(yè)。有一個很有趣的現(xiàn)象：人工智能正在幫助推動人工智能芯片的進(jìn)步。早在2021年6月，谷歌就利用AI來設(shè)計其TPU芯片。谷歌表示，人工智能可以在不到6小時的時間內(nèi)完成人工需要數(shù)月時間完成的芯片設(shè)計工作?！禢ature》的一篇評論稱這項研究是一項“重要成就”，并指出此類工作可以幫助抵消摩爾定律的終結(jié)。除此之外，英偉達(dá)已經(jīng)開始使用人工智能來有效地改進(jìn)和加速 GPU 設(shè)計；三星也已經(jīng)談?wù)摰搅耸褂萌斯ぶ悄茉O(shè)計芯片。
但這遠(yuǎn)不是人工智能輔助芯片的*應(yīng)用，AI技術(shù)正滲透到更多芯片業(yè)的核心環(huán)節(jié)，其中在制造這一芯片產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，AI也在悄然發(fā)力。
芯片制造環(huán)節(jié)，良率越來越受到考驗
現(xiàn)在幾乎所有的應(yīng)用包括5G、物聯(lián)網(wǎng)、汽車、數(shù)據(jù)中心等的實現(xiàn)與發(fā)展都建立在更高性能、更低功耗、更大算力的芯片的基礎(chǔ)之上。芯片的需求大幅提升，而芯片的供應(yīng)卻跟不上需求，提升現(xiàn)有產(chǎn)品的良率是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的有效措施。
然而，良率的提升卻給芯片設(shè)計商和制造商都帶來了很大的挑戰(zhàn)。
制造是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵一環(huán)。整個制造過程主要分為八個步驟：晶圓加工 - 氧化 - 光刻 - 刻蝕 - 薄膜沉積 - 互連 - 測試 - 封裝，每個芯片的制造步驟又需要數(shù)百個工藝。芯片生產(chǎn)制造的周期動輒兩三個月，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量龐雜，涉及的參數(shù)變量繁多，任何一點微小的變化都能影響到最終芯片的良率。
遵循著摩爾定律的工藝制程演進(jìn)是芯片實現(xiàn)高性能計算最為有效的途徑之一，也是產(chǎn)業(yè)追逐的方向。而隨著芯片工藝來到更先進(jìn)的5nm、3nm，芯片設(shè)計復(fù)雜度呈幾何倍數(shù)增加，生產(chǎn)流程的不斷加長，芯片的制造變得極其復(fù)雜與精密，良率變得*挑戰(zhàn)。據(jù)半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商巨頭應(yīng)用材料公司表示，從2015年到2021年，芯片制造的工藝步驟的數(shù)量增加了48%。相比成熟節(jié)點，先進(jìn)節(jié)點的基準(zhǔn)良率也越來越低。
而在半導(dǎo)體的商業(yè)化進(jìn)程中，良率直接關(guān)系到芯片的產(chǎn)量、生產(chǎn)成本與企業(yè)的盈利能力。所以說，僅僅通過芯片工藝技術(shù)的改進(jìn)來提高PPA變得越來越困難，而且從性價比來看，芯片流片的費(fèi)用越來越貴，只有極少數(shù)的芯片公司才能負(fù)擔(dān)得起。
因此，既要提升芯片的良率又要在經(jīng)濟(jì)上可行，必須要多管齊下，探索創(chuàng)新的方法。在如今這個高度自動化的時代，引入人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，推動芯片的制造流程，提升芯片的良率，進(jìn)而幫助我們快速彌合算力供需之間的差距。
AI的強(qiáng)勢出擊
芯片制造是世界上最昂貴的生產(chǎn)工藝之一。芯片產(chǎn)量決定了諸如英特爾、三星、臺積電等晶圓廠商的成敗。他們不惜投入大量資源來使晶圓廠全天候運(yùn)營，以實現(xiàn)長期利潤*化。
半導(dǎo)體制造商需要依靠掃描、測試和診斷來幫助故障分析以解決良率問題。后端的缺陷檢測無疑是提升芯片良率的一大“把關(guān)者”?，F(xiàn)在大多數(shù)先進(jìn)的SoC使用了極小的制造工藝，有的甚至引入EUV光刻技術(shù)，對制造商來說更加難以定位芯片上的微小故障和缺陷；并且在制造3D結(jié)構(gòu)和執(zhí)行復(fù)雜的多圖案化步驟時，其中一些小的差異會累積以產(chǎn)生良率抑制缺陷，如果其中的一些微小的差異被延遲檢測到，那么之后進(jìn)行的所有流程步驟基本上都是浪費(fèi)時間和金錢。他們發(fā)現(xiàn)缺陷的時間越長，損失的錢就越多。
為了解決這一行業(yè)難題，半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商應(yīng)用材料（Applied Materials）將人工智能融入到晶圓檢測流程，從2016年開始應(yīng)用材料就使用ExtractAI技術(shù)開發(fā)Enlight系統(tǒng)，于 2020 年推出了新一代Enlight光學(xué)半導(dǎo)體晶圓檢測機(jī)，該檢測設(shè)備引入了大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)。Enlight 系統(tǒng)只需不到一個小時就可以繪制出晶圓上數(shù)百萬個潛在缺陷。