人类与AI协同合作，芯片开发成本或可减少50%？

4月24日消息，泛林集团最近研究了在芯片制造的工艺开发中应用人工智能 (AI) 的潜力。芯片制造工艺开发对于世界上每一个新的先进半导体的大规模生产都必不可少，现在仍以人工驱动。专家表示，随着半导体市场朝着 2030 年年销售 1 万亿美元的规模发展1，最近发表在 Nature杂志上的这项研究发现了契机，以解决该行业面临的两个巨大挑战：降低开发成本和加快创新步伐，以满足对下一代芯片日益增长的需求。该研究发现，与今天的方法相比，“先人后机”的方法可以大幅加快工艺工程目标的实现，而且成本只有一半。

泛林集团总裁兼首席执行官 Tim Archer表示：“我们需要在创新方面采取新的方法，使该行业能够快速实现微缩，以满足数据驱动的世界对下一代芯片不断变化的需求。泛林集团在 Nature杂志上发表的研究中强调，优秀工程师和机器在工艺工程方面能够进行更深入的合作，对我们的客户和整个行业来说都是颠覆性的。这项研究证明了泛林集团 40 多年的行业领导地位和半导体制造创新的传统。祝贺泛林的团队完成这项激动人心的工作。”

下一代芯片的复杂性不断提升，使工艺开发愈发具有挑战性、且成本更高。为了寻求一种更有效的方法，泛林集团的研究人员在研究中让优秀的工艺工程师与采用 AI 的计算机算法进行正面交锋。

为了制造所设计的每一块芯片或晶体管，经验丰富且技能娴熟的工程师们必须先创建一个专门的工艺配方，概述每个工艺步骤所需的具体参数和排列组合。在硅晶圆上构建这些纳米级的器件需要数百个步骤，通常包括在硅晶圆上多次沉积薄层材料和以原子级精度刻蚀掉多余材料。目前，半导体开发的这一重要阶段主要由人类工程师利用他们的直觉和“试错”完成。由于每个工艺配方对芯片设计来说都是独一无二的，而且有超过 100 万亿个可能的选项需要纳入考虑，因此工艺开发往往费力、费时且成本很高，实现下一个技术突破所需的时间越来越长。

在泛林集团的研究中，机器和人类参与者竞相以最低的成本创造一个有针对性的工艺开发配方，权衡与测试批次、计量和管理费用相关的各种因素。该研究得出的结论是，虽然人类在解决具有挑战性和突破性的问题方面表现出色，但“先人后机”的混合战略可以帮助解决工艺开发的繁琐问题，并最终加快工艺工程的创新。

泛林集团执行副总裁兼负责半导体生态系统创新的首席执行官战略顾问 Rick Gottscho 表示：“尽管工艺工程的等离子体物理学对每一块芯片的诞生都至关重要，但几十年来它一直扎根于 Thomas Edison 使用的同样的科学方法：试错。我们的研究表明，虽然工程人才对创新仍然至关重要，但通过在合适的阶段整合 AI 并使用合适的数据，工艺工程成本可以减少 50%。该研究提供了一个规范的方法，将人类主导的工程和数据科学和机器所能提供的最好的部分结合起来，创造一个表现优于任何一个单独因素的组合。如果得以实现，这种混合方法可以为行业节省大量的资金和工程时间。”

目前，泛林集团正在将该研究的主要成果纳入其工艺开发。关于如何成功地将人类的知识、技能和经验与 AI 结合起来，以快速评估工艺工程中众多可能的组合，泛林集团的研究提供了初步指导。

之前担任过工艺工程师的泛林集团资深技术总监、研究论文的主要作者Keren Kanarik 说道：“利用 AI 补充工程专业知识来使用‘先人后机’，减轻了工程师在设计方面的繁琐和费力，使他们能够专注于开发的创新，探索可能因资源或成本而无法实现的创新。虽然 AI 在工艺工程中的应用仍处于起步阶段，在可预见的未来，人类的专业知识和领域知识是必不可少的，但是这些结果为我们指出了一条从根本上改变制造芯片工艺开发方式的道路。”

这项研究已经刊登在 2023 年 4 月 13 日出版的Nature 杂志印刷版上，目前也可在 Nature.com网站上查阅。