采用人工智能技术实现性能出色且准确的晶圆检测

搭载第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器的 Prodrive Zeus 机柜攻克极具挑战性的纳米级半导体检测用例。

  • 第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器凭借出色的性能、更高的带宽以及更强大的 AVX-512 和深度学习加速技术,成为 Prodrive Technologies 的 Zeus 高性能机柜 (ZHPC) 一站式解决方案的强大基石,支持其在数据生成的位置为人工智能检测工具提供强大算力、管理晶圆检测中不断增长的数据。

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作者

“第三代英特尔® 至强® 可扩展处理 器是这一解决方案的核心。我们在英特尔® 架构的基础上添加了功能 和无缝操作,打造了这一一站式的解决方案,帮助客户从其投资中充分获取价值。”
— Prodrive Technologies 项目经理 Bas van Bree

半导体制造是全球工业生产中极具挑战性的一种。制造和检测半导体晶圆、集成电路与芯片需要纳米级的极高精度。为了满足各类计算机的集成电路越来越紧凑的外形以及越来越强大的性能需求,这一过程中所需的测量体系(也称为度量)也在朝着范围越来越小、精度越来越高的目标前进。在提高产量并支持日益复杂的物联网实施的需求驱动下,预计到 2025 年,晶圆检测工具市场规模将增长至 12 亿美元1


挑战:尺寸越来越小意味着数据越来越多

光学工具与电子束 (e-beam) 技术让芯片制造商可以扫描晶圆以发现缺陷。光学工艺首先检查组成晶圆的多层集成电路是否对齐,并生成热点图以进行更仔细的检测。然后,电子束工具会检查热点图以确认各项特征是否存在缺陷,例如短路、断路,或者走线粗于或细于预期。大多数晶圆的制程工艺特征或节点为 7 至 10 纳米。随着特征尺寸减小,在某些情况下会产生高达 100 Gb/s 的数据足迹2。半导体制造厂(也被称为半导体晶圆厂或晶圆厂)需要度量和检测工具来处理数据密集性更高的工作负载和更复杂的人工智能检测算法,以确保高质量的产出。


解决方案:功能强大的全集成式人工智能晶圆检测

Prodrive Technologies 是一家拥有二十多年工业技术经验的国际公司,现在提供基于第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器的 Zeus 高性能机柜 (ZHPC) 解决方案。作为 OEM,Prodrive 长期致力于自主开发从服务器主板级别开始的构建模块,从而进行深度定制并与现有基础设施集成。ZHPC 还利用第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器的重要增强特性,例如其代际性能提升3,以管理晶圆检测中的数据增长。Prodrive Technologies 项目经理 Bas van Bree 指出:“第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器是这一解决方案的核心。我们在英特尔® 架构的基础上添加了功能和无缝操作,打造了这一一站式的解决方案,帮助客户从其投资中充分获取价值。” 此外,英特尔在其处理器中集成的基于硬件的人工智能加速技术,例如英特尔® 高级矢量扩展 512(英特尔® AVX-512),可帮助客户显著增强人工智能推理以用于电子束检测,从而加快训练并处理数据密集性更高的扫描。


配合工作负载/配置信息请见 www.Intel.cn/PerformanceIndex。结果可能不同。

图 1. Prodrive ZHPC 解决方案可根据客户的网络架构扩展到超过三个包含 100 个机架式服务器的机柜,甚至更多。


第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器

Prodrive Technologies 之前就已经在使用上一代英特尔® 至强® 可扩展处理器,其服务的客户群也非常熟悉该产品组合。过渡到第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器可为该公司带来该处理器代际的性能提升以及更快的人工智能推理性能潜力。

工作机制

客户将在光学和电子束检测设备附近部署 ZHPC 解决方案。 ZHPC 解决方案在数据生成的位置为基于人工智能的检测工具提供算力。此设置常用于封闭和隔离的晶圆厂环境。出于安全原因,这些环境已被封锁,并未连接到外部数据中心或互联网。取决于客户所采用的具体网络架构,单个部署可以基于客户需求从一个具有 10 台机架式服务器的机柜扩展到三个具有 100 台机架式服务器的机柜(甚至更多)。

图 2. ZHPC 解决方案部署在厂务层,用于支持上层生产车间的检测设备。

Van Bree 指出:“最重要的是,它能处理更多数据并提高吞吐量。” PCIe 4 支持和高内存容量带来了更出色的可扩展性和灵活性,而这正是使用 GPU 扩展卡来进一步提高人工智能推理性能的半导体晶圆厂客户优先想要达到的目标。

第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器:
 

  • 更强性能:与上一代产品相比,平均性能提高 1.46 倍3
  • 更对内核:物联网 SKU 拥有多达 28 内核/路4

配合工作负载/配置信息请见 www.Intel.cn/PerformanceIndex。结果可能不同。


基于硬件的人工智能加速

晶圆检测是一个自动化的过程,除了管理检测设备外,几乎不需要人工干预,因此几乎所有半导体晶圆厂都依靠人工智能技术来驱动这一检测过程。英特尔® 至强® 可扩展处理器家族所具备的英特尔® AVX-512 和英特尔® 深度学习加速(英特尔® DL Boost)技术通过采用全新指令来降低复杂模型训练和推理的计算要求,帮助加速人工智能。这些优化使得人工智能图像分类的推理性能比上一代提升多达 1.56 倍5。而该处理器家族更出色的性能和更高的内存带宽也有助于加速高精度图像的精确扫描。


长产品周期保证

Prodrive Technologies 承诺为 ZHPC 解决方案提供超过 10 年的产品周期,帮助支持某些客户所需的 “精确复制” 部署,以管理半导体器件制造过程的复杂性。半导体晶圆厂依靠 “精确复制” 的机制来尽可能减少检测环境中的变量,从而实现更顺畅的操作、降低出现差异的可能性,并在出现问题时进行根本原因分析。第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器的物联网 SKU6 同样提供长产品周期保证,使得该产品系列成为制造商的可靠之选。


基于 Kubernetes 的编排技术助力提高密度

ZHPC 解决方案的关键差异化因素之一是将所有机柜中的计算资源抽象到软件定义的环境中。在裸机环境中,单个节点具有诸如推理、训练或仪表板之类的专用功能;而在虚拟化环境中,任何节点都可以执行任何功能,这有助于消除瓶颈并提高系统可用性,以应对计算极为密集的任务。第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器实现了性能提升3,可在更少的物理机架中,压缩和抽象出更多的计算资源。ZHPC 解决方案具有多项成本效益优势,包括节省高达 20% 的硬件成本、缩短多达 25% 的停机时间,以及减少多达 10 万美元的开发和维护成本7

ZHPC 解决方案使用 Prodrive Technologies 内部开发的基于 Kubernetes 的编排平台 Prodrive Kubernetes 服务 (PKS), 将容器化的工作负载部署到系统中。该平台使半导体晶圆厂的 工程师能够通过单一界面来管理、部署和平衡各种工作负载。 PKS 是 “Prodrive 设备管理平台” 这一更大软件平台的一部分。该软件平台可为晶圆厂工程师提供更细致的可见性,让工程师能够对系统监控和诊断加以控制。

Prodrive Zeus 高性能机柜7
 

  • 节省高达 20% 的硬件成本(相较于裸机环境)
  • 减少高达 25% 的停机时间(相较于非虚拟化环境)
  • 节省多达 10 万美元开发维护成本(相较于内部开发维护成本)


通过协作解决问题

与英特尔合作四年以来,Prodrive Technologies 从英特尔提供的技术指导中发现了极高的价值。Van Bree 指出:“英特尔帮助我们对成像系统的关键问题进行故障排除。他们对我们的支持弥足珍贵。” 英特尔产品的长供应周期、在客户群中的知名度,以及构成 Prodrive Technologies 工业产品组合核心的大量精选 SKU,都是促成我们持续成功的关键。Prodrive Technologies 的领导层对英特尔® 技术充满信心。Van Bree 说道:“与英特尔的合作体验非常好。我们之前曾与其他芯片制造商合作打造图像处理系统,但是后来换到了英特尔® 架构, 因为我们看到英特尔® 产品和技术路线图未来的前景更大。”


深度定制的全方位服务部署

在 ZHPC 中,Prodrive Technologies 提供的一个关键差异化因素就是基于咨询的实施方法。Prodrive Technologies 可以帮助定制 ZHPC 解决方案以满足客户需求,并在尊重客户在安全和隔离方面需求的前提下,就如何将机柜集成到晶圆厂环境中提供合理的指导。Van Bree 表示:“我们打造了一站式的解决方案,但也会在整个产品的生命周期中提供支持。” 每个客户的实施过程各不相同,但基本会遵循一系列通用步骤:
 

  • 规划:在这一初始阶段中,顾问与客户合作列出痛点,研究如何将 ZHPC 系统与现有基础设施集成,就服务器数量提出规模建议,并探索定制的可能性。
  • 原型设计:除了构建原型外,Prodrive Technologies 还提供电磁兼容性和热力要求资格验证,确保每个版本都符合 SEMI 标准。
  • 软件集成:开发人员帮助客户将其 API 与 Prodrive 设备管理软件相集成。
  • 现场培训:客户接受工程培训的现场服务,从而可以解决生产车间中出现的任何问题。

关于 Prodrive Technologies

总部位于荷兰的 Prodrive Technologies 成立于 1993 年, 为制造业、医疗和汽车行业的客户提供电子和机电解决方案。Prodrive 的嵌入式计算系统为全球的运动控制和图像处理应用提供支持。

prodrive-technologies.com


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Prodrive ZHPC

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第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器

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产品和性能信息

1 “Global E-Beam Wafer Inspection Systems Market Report 2020-2025 - Growing Sophistication of Semiconductor Wafer Designs Stimulates Demand” (《2020-2025 年全球电子束晶圆检测系统市场报告 - 半导体晶圆设计的日益成熟刺激需求增长》),GlobeNewswire,2021 年 3 月。
2 2021 年 3 月,Bas van Bree 采访。
3 请参见 www.intel.com/3gen-xeon-config 的 《125》。结果可能不同。
4 在 DPG 路线图上,每路可提供多达 40 核。
5 请参见 www.intel.com/3gen-xeon-config 的 《121》。结果可能不同。
6 英特尔不通过路线图指导,承诺或保证产品可用性或软件支持。英特尔保留通过标准 EOL/PDN 流程更改路线图,或是中止产品、软件和软件支持服务的权利。有关更多信息,请联系您的英特尔客户代表。