作者 | 郭輝
在昨日（12月11日）舉行的上海集成電路2024年度產業發展論壇暨中國集成電路設計業展覽會（簡稱：ICCAD 2024）上，中國半導體行業協會集成電路設計分會理事長魏少軍回顧并評估2024年芯片設計業總體發展情況表示，預計2024年國內芯片設計行業銷售預計為6460.4億元，相比2023年增長11.9%，重新回到兩位數的高速發展軌道，占全球集成電路產品市場的比例與上年預計基本持平。
魏少軍在報告中表示，技術是芯片設計公司賴以生存的基礎。要在傳統的設計技術領域不斷深耕，加寬、加深、加厚我們的基礎，并在設計方法學上建立起適合自己產品的一整套流程和方法，同時要加大與制造企業的聯系。
“很高興看到一些頭部芯片企業已具備了COT（客戶自有技術）的能力，他們與制造代工企業之間已經不是簡單的委托關系，而是技術上的伙伴；也有越來越多制造企業與設計企業建立了新興的關系，有理由相信，相互協作、共同進步的模式，將成為中國半導體產業發展的主流。”魏少軍如是稱。
“DTCO（設計工藝協同優化）已經指出了行業發展方向”。魏少軍進一步表示，希望國內設計企業能夠走出設計環節的框架，與制造企業全面聯手，提升產品研發能力。
值得關注的是，DTCO也成為昨日（12月11日），臺積電、三星等Fab廠，安謀科技、芯原股份等IP廠，以及西門子、鴻芯微納等EDA廠商的相關負責人，在上海集成電路2024年產業發展論壇演講當中的核心關鍵詞。
什么是DTCO方法學？當前談及DTCO的意義是什么？實踐前景如何？對此，《科創板日報》采訪業內人士并進行梳理報道。
臺積電（中國）總經理羅鎮球在演講中表示，半導體技術未來將通過三個方面來實現算力和能效提升，一是微縮技術，將能夠提高晶體管密度；二是DTCO/STCO（系統技術協同優化），主要推進設計與工藝的協同優化；三是2.5D/3D先進封裝與硅堆疊，進一步實現系統集成。
DTCO是工藝發展與設計行業共同協作的結果。羅鎮球表示，芯片微縮過程中，光學技術微縮占據的比例越來越低，而DTCO提供的比例越來越高。“7nm工藝中，DTCO貢獻的晶體管微縮比例有20%以上，而在3nm時，DTCO與光學微縮的貢獻率幾乎是一致。依照這一體系，未來若光學微縮遇到某個瓶頸，DTCO能夠幫助芯片設計進一步縮小產品尺寸。”
三星半導體Foundry大中華區總經理宋喆燮在演講中表示，低能耗、高性能、高帶寬是Foundry在設計和工藝技術上的三大技術創新追求。為實現這一目標，三星Foundry有兩條技術路線：一是晶體管結構的創新路線；二是FDSOI的低功耗差異化路線。
不止于此，宋喆燮表示，三星半導體還有DTCO，即設計與工藝協同優化，來進一步實現PPA（功率、性能、面積）三方面的優化。首先在面積方面，三星半導體通過DTCO，能優化從celllevel到block level的設計，減少芯片面積；其次在性能方面，通過DTCO，優化寄生電阻和電容，減少RC延遲；而在低功耗方面，DTCO則能改進SRAM電路，優化SRAM的Vmin。三星半導體通過與Fabless、EDA、IP乃至設備公司共同深度合作，實現整體工藝提升的目標。
臺積電與三星半導體此前在DTCO方案上已有標志性合作案例。據了解，三星曾在今年6月宣布與新思科技合作優化2nm工藝；臺積電也曾與AMD在2nm節點上，通過DTCO的合作突破芯片性能和效率等技術瓶頸，縮短開發周期并減少成本。
DTCO是通過設計與制程技術協同來尋求整合式的優化，改善效能、功耗效率、電晶體密度、良率及成本。在IDM時代，DTCO可以說是標準方法學，其后產業發展分工帶來Fabless與Foundry的成功，使得DTCO理念僅存在于一些頭部的IDM公司中。
“DTCO其實是一個很老的概念，第一次聽到大概至少是四、五年前。今年開始越來越被大廠頻繁提及，是因為芯片設計及工具越來越復雜，需要從設計階段就要系統性考慮后續流程。”一家Chiplet芯片產品公司負責人向《科創板日報》記者表示，因此在大陸市場業內，現在更多由部分EDA廠商來定義DTCO的流程方法。
包括晶圓廠在內，產業鏈上不同公司對DTCO的理解及相應方法思路有所不同。
鴻芯微納首席技術官王宇成在論壇演講中提到，DTCO是工藝演進的重要組成部分，布局布線工具是DTCO的關鍵環節。
在凌煙閣芯片科技CEO李宏俊看來，DTCO技術必須包含兩個部件：一是制程監控IP；二是先進制程效能分析軟件。“國內已有很多優秀的EDA公司在逐步完善設計流程，但有一個核心問題一直都沒有解決，就是對先進工藝制程的分析掌控不夠，軟件缺乏制程數據分析的功能。”
概倫電子總裁楊廉峰此前表示，在2010年該公司成立之初，就明確了“良率導向設計（DFY）”的理念，經歷十余年發展，DFY演進成為“設計-工藝協同優化（DTCO）”方法。楊廉峰表示，在摩爾定律下，工藝平臺的推進使芯片的設計/制造風險及成本不斷提高，而為確保最終產品的性能和良率，業界對EDA/IP的要求也越來越高，其重要性和價值也相應不斷提升，DTCO成為必須。
凌煙閣芯片科技CEO李宏俊在接受《科創板日報》記者采訪表示，國內產業對DTCO的實踐還在起步階段，因此出現EDA公司跟Fab廠分別基于工具角度和制程角度的不同解讀。
“但DTCO更應該從需求者，也就是從芯片設計公司的角度來理解。芯片公司最需要的就是希望能夠提高芯片效能、能夠量產良率穩定。只要能夠同時解決這兩個問題的方法，都可以稱之為DTCO。”李宏俊如是稱。
臺積電認為，從7nm開始，DTCO帶來的能效收益才真正開始展現。但在概倫電子上海集成電路2024年產業發展論壇的展臺上，其工作人員向《科創板日報》記者稱，從成熟工藝到先進工藝，概倫電子的EDA工具都有支持主流Fab廠，DTCO方法也同時適用于不同制程節點的芯片設計優化。
凌煙閣李宏俊此前曾在臺積電有超過20年的設計流片經驗，他告訴《科創板日報》記者，常規一個制程世代更新（如14/12nm到10nm），效能的提升是15%，“通過DTCO方法，如果用得夠好，可以一次提升30%效能，相當于等效提升兩個世代制程，也就是12nm可以做出對標7nm效能的芯片，這也是設計工藝協同優化的精髓”。
盡管DTCO理念具備優勢前景，但前述Chiplet芯片公司人士也表示，“實際實踐起來DTCO會比較困難，首先對EDA工具鏈的完整性要求更高，其次新的方法，將會為設計環節的工程師、架構師過往的工作習慣帶來變化和挑戰。”
有業內人士認為，中國設計企業缺乏COT/DTCO能力的核心還是缺乏規模。不過中國制造和設計市場增長明確，除了高端設計和制造需求持續旺盛，存儲器IDM、特色工藝如功率半導體、CIS等Fab或IDM將會在未來幾年保持高速增長，這些都為DTCO落地提供了巨大的市場空間。
