在一項(xiàng)最新的研究中，Lam Research 科林研發(fā)檢驗(yàn)人工智慧（AI）應(yīng)用於晶片製程開發(fā)中的潛力，這是現(xiàn)今一項(xiàng)以人工為主的步驟，對於世界上先進(jìn)半導(dǎo)體的量產(chǎn)甚為重要。專家表示，半導(dǎo)體市場規(guī)模將於 2030 年1達(dá)到 1 兆美元，最近發(fā)表在 Nature 雜誌上的這項(xiàng)研究，為該產(chǎn)業(yè)面臨的兩個(gè)巨大挑戰(zhàn)定義了新的機(jī)會：降低開發(fā)成本和加速創(chuàng)新步伐，以滿足下世代晶片日益成長的需求。該研究發(fā)現(xiàn)，與今天的方法相比，「人先機(jī)後」（human first–computer last）的方法可以加快實(shí)現(xiàn)製程工程的目標(biāo)，而且成本只有一半。
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| 科林研發(fā)突破性研究證明人機(jī)協(xié)作模式可加速晶片創(chuàng)新和降低50%研發(fā)成本 |
科林研發(fā)總裁暨執(zhí)行長 Tim Archer 說，「我們需要在創(chuàng)新方面採取新的方法，使產(chǎn)業(yè)能夠快速擴(kuò)展，以滿足資料驅(qū)動(dòng)的世界對下世代晶片不斷變化的需求。科林研發(fā)在 Nature 雜誌上發(fā)表的研究中，強(qiáng)調(diào)優(yōu)秀工程師和機(jī)器在半導(dǎo)體製程上可進(jìn)行更深入的合作，這對我們的客戶和整個(gè)產(chǎn)業(yè)來說，可一舉改寫既有的遊戲規(guī)則。這項(xiàng)研究證明了科林研發(fā) 40 多年來在產(chǎn)業(yè)界中的領(lǐng)導(dǎo)地位和半導(dǎo)體製造創(chuàng)新的傳承。我祝賀科林研發(fā)團(tuán)隊(duì)完成這項(xiàng)激動(dòng)人心的工作。」
下世代晶片的複雜性不斷提高，將持續(xù)推動(dòng)製程開發(fā)變得更具挑戰(zhàn)性、更加昂貴。為了尋求一種更有效的方法，科林研發(fā)的研究人員在研究中讓優(yōu)秀的製程工程師與採用 AI 的電腦演算法進(jìn)行了正面交鋒。
為了製造每個(gè)設(shè)計(jì)好的晶片或電晶體，經(jīng)驗(yàn)豐富和技術(shù)嫻熟的工程師必須先建立一個(gè)特別的製程配方，概述每個(gè)製程步驟所需的具體參數(shù)和排列組合。在晶片上建構(gòu)這些奈米級的元件需要經(jīng)過數(shù)百個(gè)步驟。製程步驟通常包括多次性地將薄膜材料沉積在晶片上，並以原子級精密度蝕刻掉多餘的材料。目前，半導(dǎo)體開發(fā)的這一重要階段，是由人類工程師運(yùn)用他們的直覺和「反覆實(shí)驗(yàn)」來完成。由於每個(gè)製程配方對晶片設(shè)計(jì)來說都是獨(dú)一無二的，而且有超過 100 兆個(gè)可能的選項(xiàng)需要考慮，因此製程開發(fā)是費(fèi)力、費(fèi)時(shí)又費(fèi)財(cái)?shù)?– 進(jìn)而延長了突破下一個(gè)技術(shù)所需的時(shí)間。
在科林研發(fā)的研究中，機(jī)器和人類參與者競相以最低的成本創(chuàng)造一個(gè)有目標(biāo)性的製程開發(fā)配方，權(quán)衡與測試批次、量測和間接成本費(fèi)用相關(guān)的各種因素。該研究得出的結(jié)論是，雖然人類在解決具有挑戰(zhàn)性和突破性的問題方面表現(xiàn)出色，但「人先機(jī)後」的混合策略可以幫助解決製程開發(fā)的繁瑣問題，並最終加速製程創(chuàng)新。
「儘管每一塊晶片的生產(chǎn)都很關(guān)鍵，但幾十年來，仰賴電漿物理學(xué)的製程，依然植基於 Thomas Edison 所使用的科學(xué)方法：反覆測試。」科林研發(fā)執(zhí)行副總裁及創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)策略顧問，亦是本研究的共同作者 Rick Gottscho 說，「我們的研究表明，雖然工程人才對創(chuàng)新仍然至關(guān)重要，但在正確的階段整合 AI 以及使用正確的數(shù)據(jù)資料，製程的成本可以減少 50%。該研究提供了一個(gè)規(guī)範(fàn)性的方法，將以人為主導(dǎo)的工程技術(shù)與資料科學(xué)和機(jī)器所提出的最佳方案相互整合，從而創(chuàng)出比單獨(dú)使用任何一種方式都表現(xiàn)更好的組合。如果得以實(shí)現(xiàn)，這種混合方法可以為產(chǎn)業(yè)節(jié)省大量的資金和製程時(shí)間。」
目前，科林研發(fā)正在將該研究的關(guān)鍵成果納入其開發(fā)營運(yùn)中。關(guān)於如何成功地整合人類的知識、技能和經(jīng)驗(yàn)與 AI 快速評估製程中眾多可能組合的能力，科林研發(fā)的研究提供了初步指導(dǎo)。
透過使用「人先機(jī)後」的方法，將專業(yè)知識與 AI 相結(jié)合，使工程師在製程開發(fā)的繁瑣環(huán)節(jié)中跳脫出來，讓他們能夠?qū)Ｗ㈧秳?chuàng)新領(lǐng)域，探索因資源或成本限制，而無法實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新。」科林研發(fā)的技術(shù)管理總監(jiān)、研究論文的主要作者和前製程工程師 Keren Kanarik 說，「雖然 AI 在晶片製程中的應(yīng)用仍處於起步階段，在可預(yù)見的未來，人類的專業(yè)知識和領(lǐng)域知識仍是必需的。這些結(jié)果將為我們指引出一條從根本上改變晶片製程開發(fā)的道路。」
