Top Banner
SEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용
47

디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

Feb 03, 2018

Download

Documents

vonga
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

SEOUL | Oct.7, 2016

안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016

디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용

Page 2: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

2

AGENDA

Company overview

Semiconductor and Display

Thin film deposition process

Electro-Magnetic analysis

Particle-based plasma simulation

Page 3: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

3

Linux Cluster (2002~2006)

Page 4: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

4

Supercomputer (2007~2008)

Page 5: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

5

GPU computing (2008~)

We met Dr. David Kirk

Mar. 11, 2008

at Yonsei University.

Page 6: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

6

METARIVER TECHNOLOGY

company Metariver Technology Co., Ltd.

http://www.metariver.kr

address B-801, Garden 5 Works, 52, Chungmin-ro,

Songpa-gu, Seoul, 138-961, Korea

establishment 07/08/2009

business area GPU application software

Particle based multi-physics solver

product

samadii/dem (Discrete Element Method)

samadii/sciv (DSMC, Direct Simulation Monte Carlo)

samadii/em (Electro-Magnetic Simulation)

samadii/plasma (Particle-based plasma simulation)

samadii/lbm (CFD, Lattice Boltzmann Method)

Page 7: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

7

TECHNOLOGY MAP

GPU Computing CUDA Technology

Fast Algorithm S/W Acceleration

HPC Technology Supercomputing

samadii/dem Discrete Element Method

samadii/sciv Direct Simulation Monte Carlo

samadii/plasma

Particle-based Plasma simulation

samadii/lbm CFD, Lattice Boltzmann Method

samadii/em Electro-Magnetic Solver

Page 8: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

8

Page 9: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

9

Page 10: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

10

PARTICLE-BASED SIMULATION

• Lagrangian

• Explicit

• Very small time step

• Lots of iterations

• Length scale of particle

• The number of particles (N)

• Sufficient computing performance

• Rendering load

Page 11: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

11

SEMICONDUCTOR AND DISPLAY

Page 12: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

12

SEMICONDUCTOR Semiconductor production process

10/11/2016

ⒸIntel

Ion implantation (이온주입)

Lithography (노광)

Deposition (증착)

Ashing (애슁)

Etching (식각)

Page 13: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

13

DISPLAY PANEL TFT(Thin Film Transistor) production process

10/11/2016

Lithography (노광)

Deposition (증착)

Cleasning (세정)

Etching (식각)

Develop (현상)

TFT processing Glass formation Color filter

processing

Cell and Module

assembly

ⒸCambridge Univ. Press Fabrication steps for TOS TFTs

Page 14: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

14

SEMICONDUCTOR VS. DISPLAY PANEL Comparison of the structures

Ⓒsamsung

Schematic structure of (a) semiconductor (b) TFT(display panel)

(a) (b)

Ion implantation Lithography Deposition Ashing Etching

Lithography Deposition Cleansning Etching Develop

Page 15: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

15

DEPOSITION

• 물질을 gas형태로 만들어 원하는 표면에 일정 두께로 막을 성형하는 과정 • PVD(Physical Vapor Deposition), APCVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition),

LPCVD(Low-Pressure CVD), PECVD(Plasma-Enhanced CVD), Sputtering(DC, RF, Magnetron etc.)

crucible

nozzles

target

Page 16: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

16

ION IMPLANTATION

www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm

Introduction to Semiconductor

Manufacturing Technology, HongXiao,Ph.D.

Ion

Source Vacuum

Pump

Analyzer Magnet

Beam Line

End Analyzer

Wafers

Plasma Flooding System

Post Acceleration

Electrode

Extraction

Electrode

Suppression Electrode

Ion beam in

Ion beam out

B-field

Analyzer Magnet

• 이온을 다른 고체 물질에 주입 • 물리화학적 특성을 개질하거나 결정 구조를 변경하기 위한 목적

Page 17: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

17

ETCHING AND ASHING Plasma applications

• Plasma Etching 회로패턴을 형성하기 위해 특정부분의 막을 선택적으로 제거

• Plasma Ashing 경화층 제거 및 유기물/오염물질 제거 (화공약품을 사용하는 습식 세정방식 대체)

Gabriel I. Font-Rodriguez, Cornell University

Plasma Etch Reactor Plasma Etching

http://www.plasmaetch.com/

Oxygen plasma (Asher)

Page 18: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

18

THIN FILM DEPOSITION PROCESS

Page 19: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

19

DSMC (DIRECT SIMULATION MONTE CARLO)

Length scale [m]

a numerical method for modeling rarefied gas dynamics

10-11 10-9 10-7 10-5 10-3 10-1

Continuum Transient Kinetic theory

10+4 10+2 10-0 10-2 10-4 10-6

Knudsen number

DSMC Navier-Stokes Eq.

Page 20: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

20

RAREFIED GAS

ATMOSPHERE RAREFIED GAS

Page 21: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

21

DSMC PARTICLE

The DSMC method models fluid flows using particles which represent a large number of real

molecules.

maximum collision number :

FN : 1011~1015

FN

Page 22: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

22

CELL LINKED-LIST Thrust::sort_by_key

10/11/2016

3

6

7

8

9

10

11

12 13

14 16

17 0 6 7 8

3 5

0 1 2

4

2 5

15 4

1

Cell-id

(Hash value)

Particle-id

Thrust::sort_by_key

7 4 4 5 5 4 0 3 2 1 1 6 7 8 2 4 0 6

1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Cell-id

(Hash value)

Particle-id

7 4 4 5 5 4 0 3 2 1 1 6 7 8 2 4 0 6

16 6 9 10 8 14 7 1 2 5 15 3 4 11 17 12 0 13

Page 23: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

23

SAMPLE CODE

/// 각 입자의 소속 cell주소 pAddrCllp[i].x=floor(( px[i].x - cllpmin.x)* _1cllpsz); pAddrCllp[i].y=floor(( px[i].y - cllpmin.y)* _1cllpsz); pAddrCllp[i].z=floor(( px[i].z - cllpmin.z)* _1cllpsz); /// 각 입자의 hash value phash[i]= pAddrCllp[i].z * cllpN.x * cllpN.y + pAddrCllp[i].y * cllpN.x + pAddrCllp[i].x;

Page 24: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

24

SAMPLE CODE

thrust::device_ptr<uint> th_phash(phash); thrust::device_ptr<uint> th_pid(pid); /// phash를 기준으로 particle을 sorting thrust::sort_by_key(th_phash, th_phash+Nb, th_pid, thrust::less<int>()); pid=thrust::raw_pointer_cast(th_pid); phash=thrust::raw_pointer_cast(th_phash);

Page 25: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

25

COLLISION

• HS(Hard Sphere)

• VHS(Variable Hard Sphere) Model

Collision cross-section

• Dissociation reaction

• Recombination reaction

• Exchange reaction

AB + T → A + B + T

AB + T ← A + B + T

AB + CD ↔ AC + BD

Chemical reaction

• Elastic collision

• In-elastic collision

- Translation–Rotational Exchange model

- Translation–Vibration Exchange model

Collision

A’ A

Page 26: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

26

BOUNDARY CONDITIONS

• Evaporation inlet

: Maxwell-Boltzmann distribution

: cosine distribution

: evaporation temperature

• Particle inlet

• Pressure inlet

Inlet boundary conditions

• Wall

: diffusion rate

: adsorption rate

: wall temperature effect

• Particle outlet

• Pressure outlet

• TMP-outlet

Outlet boundary conditions

Page 27: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

27

Maxwell-Boltzmann distribution Cosine distribution

PARTICLE DISTRIBUTIONS

1000 2000 3000 4000

Pro

babilit

y d

ensi

ty

: 500K

: 700K

: 1800K

0 0

0.0005

0.001

0.005

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Probability density

: N=0

: N=1

: N=2

Page 28: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

28

DEPOSITION RATE TEST #1 Cosine distribution (N)

N=5 N=3 N=1

Single point source

Page 29: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

29

DEPOSITION RATE TEST #2 Nozzle length

L=10mm

L=20mm

L=30mm

L=40mm

depth

nozzle length

nozzle length

depth

Page 30: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

30

DEPOSITION RATE TEST #3 Nozzle angle

60º 45º 30º 10º 0º -10º -30º -45º

Rate of deposition according to angle

angle

Linear source

Page 31: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

31

Page 32: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

32

Page 33: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

33

ELECTRO-MAGNETIC ANALYSIS

Page 34: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

34

.

Magnetic field induced current of coil Electric field induced current of coil Electric wave propagation

Generalized Electro-Magnetic Solver

Page 35: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

35

GOVERNING EQUATIONS Maxwell’s Equations

( Faraday’s law )

( Ampere’s law )

( Gauss’s law )

( Gauss’s law-magnetic )

tE

Et

EH

t

BE

B

Er

0

0

( Current conservation )

Magnetostatics Electrostatics Quasi-statics Electric current

Electric wave Electric current (Frequency) Electrodynamics Magnetic wave

Page 36: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

36

PARTICLE-BASED PLASMA SIMULATION

Page 37: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

37

PARTICLE-BASED PLASMA SIMULATION samadii/plasma

이온과 전자의 충돌에 의한

plasma 반응해석*

전자기장에서

전자와 이온의 거동 해석

Plasma chamber내부

전자기장 해석 이온과 전자 수밀도에 의한

국부적 전자기장 해석

Page 38: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

38

PARTICLE-BASED PLASMA SIMULATION

Page 39: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

39

PIC (PARTICLE-IN-CELL)

1

0

43

2

0Q 1Q

2Q3Q

4Q

5Q

1

2

3 4

00E

1E

2E

3E

4E

i

j

iV

q

d

j

iN

Q

VE

QV

2

BVEqF ii

Page 40: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

40

Page 41: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

41

PARTICLE-BASED PLASMA SIMULATION samadii/sciv + samadii/em

Number density Electric potential Electric field

-300V 0V

-2.00e+13

0.00e+0

2.00e+13

4.00e+13

6.00e+13

0 0.06 0.12 0.18 0.24 0.3

Z [m]

Number density

-300V 0V -300V 0V -300V 0V

electron 9.11e-30 [kg]

ion 6.63e-26 [kg] (1:7300)

Page 42: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

42

www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm

Introduction to Semiconductor

Manufacturing Technology, HongXiao,Ph.D.

Ion

Source Vacuum

Pump

Analyzer Magnet

Beam Line

End Analyzer

Wafers

Plasma Flooding System

Post Acceleration

Electrode

Extraction

Electrode

Suppression Electrode

Ion beam in

Ion beam out

B-field

Analyzer Magnet

• 이온을 다른 고체 물질에 주입 • 물리화학적 특성을 개질하거나 결정 구조를 변경하기 위한 목적

Ion Implantation

Page 43: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

43

source head

(high voltage)

manipulator

repeller plate

(**kV)

filament

(**kV+600V)

slit1 Slit3

(0V) slit2

(low voltage)

(-**kV)

slit1 Slit2

(low voltage)

(-**kV)

slit3

(0V)

FN : 1.00E+7[#] 이온(BFx+) 생성률 : 3.04E+17 [#/s]

전자 생성률 : 2.72E+17 [#/s]

(약 0.05 [A])

Time step : 2.02E-11[sec.]

N~7,845,600[EA]

Ion Implantation

ion

electron

Page 44: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

44

Page 45: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

45

RIE (Reactive Ion Etching) Chamber

f=13.56[MHz]

Time step : 0.292[ns] (2.92E-10)

pump-out

(4-side)

chamber

(ground)

wafer

shower head

V0=30[V], V=V0cos(ωt)

H~150

ion electron

Page 46: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

46

Page 47: 디스플레이 및 반도체 산업에서 CUDA기술의 응용 · PDF fileSEOUL | Oct.7, 2016 안철오 박사 (메타리버테크놀러지), Oct. 7, 2016 디스플레이 및 반도체

SEOUL | Oct.7, 2016

THANK YOU