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以人工智慧量測,提升半導體產量

半導體製造、人工智能

半導體製造業對可靠性的高標準,在其他行業看來可能會覺得高得離譜。例如半導體元件的品質,通常是以每百萬次缺陷數 (DPM) 作為衡量標準。

為了量測,半導體量測法使用光學工具與電子束,在製造流程的初期,掃描晶圓的瑕疵,避免不良晶圓導致晶片失效。

但半導體是在越來越小的處理節點上製造,因此使用傳統量測法,更難準確偵測晶圓瑕疵。僅僅使用量測設備,偵測瑕疵的速度與準確度,已經無法如半導體工程師所願,因此現在改用人工智慧(AI)。

仔細探究人工智慧

如今人工智慧逐漸與晶圓檢測、瑕疵偵測與分類,以及掃描電子顯微鏡(SEM)去雜訊整合。因此量測資料以及製造業感應器的資料,有了更深一層的相關性。

將人工智慧測試納入半導體製造流程,工程師就能從這些資料,找出潛藏的訊息。但必須要有能執行高標準電腦視覺的新設備,邊緣也要具備高階類神經網路。而且執行這些人工智慧工作負載的高效能處理器必須能夠有效冷卻,還不能影響加工設施所需的高度敏感的環境。

嵌入式系統與解決方案供應商 Prodrive Technologies 推出的 Zeus High-Performance Cabinet (ZHPC),解決了這個問題。此系統內含能將量測訊息,轉化為可操作情報(圖 1)的高效能伺服器。

內含機架式伺服器的 Zeus High Performance Cabinet 的照片
圖 1. Zeus High Performance Cabinet 使用液態冷卻支援無塵室環境。(資料來源:Prodrive Technologies

為了進行量測,這項產品使用內部液態冷卻的熱交換器,以耗散熱能,而且不會將髒空氣排放到周遭環境,也不會從外面排氣。因此可以部署於位於晶圓代工廠無塵室下方,設有嚴格空氣控制標準的附屬製造區。

Zeus High Performance Cabinet 能偵測冷卻劑滲漏與煙霧,並且可容納、支援、冷卻多達 41 台機架式伺服器。包括高效能伺服器,例如搭載原先名為 Ice Lake 的第 3 代 Intel® Xeon® 可擴充處理器的高密度伺服器平台的 Zeus 可擴充系列

人工智慧量測的高效能運算

最新 Intel Xeon 裝置是以 10 奈米製程打造,並搭載 Intel® 進階向量指令集 512 (Intel® AVX-512)與 Intel® Deep Learning Boost (Intel® DL Boost)等技術。因此 Zeus 伺服器能執行可快速消化量測資料的高階類神經網路。

Intel AVX-512 是一組指令,能支援增強向量處理,包括能在每個時鐘週期,執行 32 或 64 位元的單精度浮點運算。這些指令加上雙融合乘加運算(FMA),能讓 Xeon 裝置執行人工智慧演算法運算所需的複雜數學運算。

Intel DL Boost 技術運用 AVX-512 的功能,納入向量類神經網路指令集(VNNI),並支援 bfloat16 數學運算,在人工智慧工作負載中,甚至比先前提到的單精度浮點數學運算更有效率。因此搭載第 3 代 Xeon 的平台,在某些深度學習工作能展現雙倍的效能。

除了運算效能之外,這款處理器也支援第 4.0 代 PCI Express,以及其 64 Gbps 的頻寬。這代表 Zeus 組合可部署於附屬製造區的光學與電子束檢測工具附近,不會被這些工具生產的大量資料所淹沒。藉由消除本地頻寬的瓶頸,所有量測資料與分析都能在邊緣執行,以減少傳送至外部系統可能引發的延遲與安全問題。

Zeus HPC 與可擴充伺服器沒有頻寬或處理能力的限制,可作為單一整合式網路、CPU 與儲存平台,將人工智慧整合至晶圓測試工具。檢測流程便能更快完成,最終半導體產量也會增加。

Prodrive Technologies 專案管理者 Bas van Bree 表示:「我們認為這表示製造廠內部可以設置雲端與邊緣架構,現在一切都由這項工具完成。」「我們將工作負載集中化,就能將製造廠內部可用的運算資源量最佳化。」

業界普遍認為,隨著 CPU 特徵尺寸不斷縮小,改善效能與效率的需求提升,人工智慧與機器學習會是達到可接受產量的關鍵。但這需要擁有足夠效能、合適技術,以及能部署於邊緣,且能在邊緣即時進行分析的處理平台。

作者簡介

Brandon is responsible for Embedded Computing Design’s IoT Design, Automotive Embedded Systems, Security by Design, and Industrial Embedded Systems brands, where he drives content strategy, positioning, and community engagement. He is also Embedded Computing Design’s IoT Insider columnist, and enjoys covering topics that range from development kits and tools to cyber security and technology business models. Brandon received a BA in English Literature from Arizona State University, where he graduated cum laude.

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