DTCO作为一种整合式优化的方法论，旨在改善芯片的效能、功耗效率、晶体管密度、良率及成本。在IDM时代，DTCO是标准方法学，随着Fabless与Foundry模式的成功……
随着摩尔定律的放缓，芯片设计和制造之间的协作变得愈发重要，需要从设计阶段就系统性考虑后续流程。而DTCO（Design-Technology Co-Optimization，工艺协同优化）正是解决这一问题的有效方法。通过设计与制程技术的协同优化，DTCO能够改善芯片的效能、功耗效率、晶体管密度、良率及成本等多个方面，为半导体技术的未来发展指明了方向。
图自：台积电
在12月11日举行的上海集成电路2024年度产业发展论坛暨中国集成电路设计业展览会（ICCAD-Expo 2024）上，多位来自全球头部晶圆代工厂（Foundry）的专家分享了他们对未来发展的看法，并强调了DTCO的重要性。
会后，来自台积电（TSMC）、荣芯半导体和摩尔精英的专家接受了《电子工程专辑》等媒体的采访，就与中国大陆新创IC设计公司的合作、特色工艺的进展、AI技术在半导体制造中的应用进行了深度探讨，并对未来一年进行了展望。
通过DTCO提升工艺效率
台积电（中国）总经理 罗镇球 指出，未来半导体技术将主要通过三个方向来实现性能和能效的提升：
- 微缩技术，提高晶体管密度；
- DTCO/STCO，推进设计与工艺的协同优化；
- 2.5D/3D先进封装与硅堆叠，实现系统集成。
其中，DTCO是推进设计与工艺协同优化的关键，“随着技术的不断进步，光学技术微缩在芯片微缩过程中的占比逐渐降低，而DTCO的贡献率则越来越高。”
台积电（中国）总经理 罗镇球
罗镇球 提到，在7nm工艺中，DTCO对晶体管微缩的贡献比例超过了20%，而在3nm时，这一比例几乎与光学微缩相当。这意味着如果未来的光学微缩遇到瓶颈，DTCO将成为缩小产品尺寸的重要手段。
罗镇球还表示，DTCO不仅有助于提高晶体管密度，还能解决芯片效能和量产良率的问题，从而等效地提升了制程。
“2.5D/3D先进封装与硅堆叠，是半导体技术发展的另外两个重要方向。” 罗镇球表示，通过DTCO/STCO（System Technology Co-Optimization，系统技术协同优化），可以推进设计与工艺的协同优化，实现芯片性能与效率的双重提升。而2.5D/3D先进封装与硅堆叠则能进一步实现系统集成，满足高性能、低功耗的应用需求。
图自：台积电
三星半导体Foundry大中华区总经理宋喆燮则强调了三星在设计和工艺技术上的三大创新目标——低能耗、高性能、高带宽。为了达成这些目标，三星采取了两条主要的技术路线：一是晶体管结构的创新；二是FD-SOI（全耗尽型绝缘体上硅）技术以实现更低功耗。
宋喆燮特别提到了DTCO对于PPA（Power、Performance、Area，功率、性能、面积）三方面的优化作用。具体来说，在面积方面，三星通过DTCO优化了从cell level到block level的设计，有效减少了芯片面积；在性能方面，通过优化寄生电阻和电容，减少了RC延迟；而在低功耗方面，则通过改进SRAM电路，优化了SRAM的Vmin。
三星半导体Foundry大中华区总经理 宋喆燮
为此，三星积极与无晶圆厂（Fabless）、EDA工具供应商、IP提供商及设备制造商展开深入合作，共同推动整体工艺水平的提升。
DTCO方法学的应用与发展
DTCO作为一种整合式优化的方法论，旨在改善芯片的效能、功耗效率、晶体管密度、良率及成本。在IDM（Integrated Device Manufacturer，集成器件制造商）时代，DTCO是标准方法学，随着Fabless与Foundry模式的成功，从设计阶段就开始考虑后续流程的需求显得尤为重要，DTCO理念在头部IDM公司中仍然发挥着重要作用。
图自：台积电
在中国大陆市场，越来越多的EDA厂商正在定义适合本地市场的DTCO流程，包括布局布线工具在内的多个环节都被视为该方法的核心组成部分。
然而，实践DTCO并非易事。一方面，它要求更高的EDA工具链完整性；另一方面，也需要改变工程师们长期以来的工作习惯。鸿芯微纳首席技术官王宇成认为 DTCO 是工艺演进的重要组成部分，布局布线工具是关键环节；凌烟阁芯片科技CEO李宏俊则指出，只要能够同时解决提高芯片效能和确保量产良率稳定的问题，任何方法都可以被称为DTCO，但其包含工艺监控 IP 和先进工艺效能分析软件两个部件，当前国内在先进工艺分析掌控方面还有待提升。
但无论如何，随着摩尔定律下工艺平台推进，芯片设计 / 制造风险及成本上升，为确保产品性能和良率，DTCO 已经成为中国半导体行业的必然选择。即便DTCO 的实践面临挑战，如对 EDA 工具链完整性要求高，且会改变设计环节工程师和架构师的工作习惯。但随着 DTCO 方法学深入人心，半导体设计与制造的重新合流依旧有望重塑产业形态，中国半导体市场增长明确，也将为 DTCO 落地提供了广阔空间。
工艺分岔背景下，晶圆代工厂该怎么做？
在ICCAD 2024主峰会演讲中，中国半导体行业协会集成电路设计分会理事长 魏少军教授 指出，尽管外部环境不断恶化，但中国半导体产业仍需坚定信心，依托庞大的国内市场和深厚的应用创新潜力，寻找突围之路。他特别强调，在应用创新方面，中国有着得天独厚的优势，背靠14亿人口的庞大市场，应用创新的空间巨大，这是中国芯片设计业的核心竞争力。
面对外部先进加工资源对中国芯片设计企业的限制，魏教授呼吁中国半导体产业应更加关注不依赖先进工艺的设计技术。他提出了两条值得探索的技术路径：一是架构创新，二是微系统集成，特别是从封装技术演进而来的三维集成技术。他指出，路径依赖曾是跟随者的捷径，但在当前形势下，中国半导体产业必须下定决心发展自己的技术生态体系，以摆脱被动局面。
针对这一观点，罗镇球 在采访中指出，半导体行业是一个需要时间积累的行业，需要人才、技术和资金的集中。“设计本身就是一项高度技巧性的工作，需要时间的沉淀和经验的积累。即使是想要进入新领域的公司，也需要认识到半导体行业的复杂性和深度。”
台积电（中国）总经理 罗镇球 在ICCAD 2024上接受媒体采访
对于外国公司在某些领域的技术优势，他认为这并非一蹴而就，而是经过长时间的努力和积累才取得的。因此，他鼓励中国半导体产业要沉得住气，花时间、花经验去沉淀和积累，才能在国际竞争中立于不败之地。
在谈到台积电在中国市场的战略重点时，罗镇球 表示，台积电早在二十几年前就进入了中国市场，与中国半导体产业共同成长。台积电将一如既往的重视和支持中国的半导体市场，在合规范围内，持续与国内企业合作，努力提供支持和服务。他指出，半导体产业对推动人类生活进步具有重要意义，而台积电一直非常擅长为新创或成熟的无晶圆厂设计公司提供完整的工艺配套方案。
罗镇球预计，到2030年，全球半导体行业的产值有望接近1万亿美元，其中40%的增长将由高算力需求驱动。针对这一趋势，台积电将继续在中国市场调整其战略重点。在支持本土企业增长和促进技术创新方面，台积电将采取一系列具体措施来加强与国内企业的合作，提供相应的技术支持与资源、合作开发新产品等。
罗镇球表示：“半导体产业对人类生活的推动作用是全方位的。台积电会持续为无晶圆厂设计公司提供完整的工艺配套方案，并且在消费电子、电动汽车等多个领域与中国企业紧密合作。推动整体行业发展”
探索特色工艺
硅光技术因其“以光代电”的潜力而备受关注，它不仅有望提高数据传输速度和效率，还能降低能耗，是未来高性能计算和通信网络的关键技术之一。然而，要实现这些优势，必须克服诸如材料特性、制造工艺以及集成度等方面的技术难题。
特色工艺，指的是非标准或非主流的半导体制造工艺。 这些工艺通常是为了满足特定应用的需求而设计的，与大规模生产的标准工艺相比，特色工艺并不完全依赖于缩小晶体管线宽，更注重特定功能的优化。
例如在ICCAD 2024的主题演讲中，罗镇球 分享了台积电在硅光芯片工艺方面的最新进展。他指出，硅光技术的难点主要集中在如何高效地将光纤中的光信号引导至芯片上的指定位置，并实现光电转换。
图自：台积电
这一过程涉及多个步骤，包括缩短传输距离、从侧面或特定角度进行连接等，还需要解决透气性、传输效率及信号转换等问题，目前仍处于前沿开发阶段。尽管面临诸多技术挑战，罗镇球 透露台积电及其客户正在积极研发，预计不久将来会有重要成果发布。
与此同时，荣芯半导体市场营销中心副总经理 沈亮 在接受采访时阐述了公司专注于28纳米至180纳米成熟特色工艺的战略意义及独特竞争力。荣芯作为国内率先引入社会化资本建设运营的12英寸集成电路制造企业，专注于28至180纳米成熟制程的特色工艺领域，选择在这个特定的技术节点上深耕细作，主要是考虑到该领域内存在较少的竞争压力和技术封锁风险。
他表示，“荣芯半导体并不追求技术节点的标准逻辑，而是利用这些成熟节点的平台技术，打造自己的特色工艺。”通过在成熟的技术平台上发展特色工艺，如CIS（CMOS image sensor）、DDIC/TDDI（显示驱动/触控与显示驱动集成）和BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）等，荣芯能够为客户提供具有竞争力的解决方案，满足市场对高性能、低成本产品的需求。
荣芯半导体市场营销中心副总经理 沈亮
沈亮 强调，虽然90纳米到180纳米范围内的整体产能看似充裕，但在某些特定应用如BCD和高压器件等领域，市场上真正能提供高质量服务的企业并不多。因此，荣芯凭借其深厚的研发能力和对市场的深刻理解，在这些不被“卡脖子”的工艺节点上不断优化技术，以确保产品的性能优越且易于导入量产。
他举例说，55纳米加上感光二极管就可以制成CIS，而在BCD等特殊节点上，并不是每个厂家都能提供有竞争力的工艺和解决方案。“作为后来者，荣芯充分利用后发优势，借鉴行业最佳实践，快速建立起一套完整的客户服务和支持体系。”随着客户对公司运营、质量控制及商务服务水平的认可，荣芯计划通过持续的技术创新和服务升级来增强与客户之间黏性，构建长期竞争优势。
针对AI应用的特色工艺平台
随着AI技术的迅猛发展，其应用已经渗透到各个行业，包括制造业。对于半导体企业而言，如何将AI技术融入现有工艺平台，以满足新兴市场需求成为关键议题。沈亮 提到，荣芯半导体一直在密切关注AI生态系统的发展，并致力于推出针对AI应用的技术平台。
沈亮表示，荣芯半导体目前主要聚焦在两大领域：CIS和BCD工艺。在CIS方面，荣芯半导体正在与战略客户联合研发一款业界指标最高的HDR（高动态范围）CIS解决方案。这款解决方案对于互联网汽车或智能汽车来说至关重要，因为它能够实现极高的HDR，从而在极端情况下，如车辆从隧道驶出面对强烈阳光时，仍能准确识别地面上的白线。
沈亮透露，该工艺目前正在开发中，计划明年开始进行产品流片验证，并有望在未来两年内推向市场。荣芯半导体将提供基础平台，客户则可以在此平台上进行产品开发和流片，以实现更高的HDR性能。
在BCD工艺方面，沈亮指出，随着AI大芯片和各种服务器对峰值电压的要求日益提高，荣芯半导体正在对现有的150纳米BCD工艺进行升级。目前，150纳米BCD工艺分为40V以下和60V以上两个平台，但下一代工艺将打通这两个电压范围，避免客户在电压切换时出现工艺平台错误。
他透露，荣芯半导体希望90纳米BCD工艺能够提供从5V到100V以上的整体需求，以应对AI和汽车领域中对电压界限日益模糊的趋势。例如，一些老旧汽车芯片的电压需求并不需要60V以上，而电动车的电压供电相对稳定，模组峰值电压40V即可满足需求；而一些消费类电子产品则可能需要60V以上的电压。因此，荣芯半导体在BCD工艺上将根据AI出现的各种终端的需求来开发定制工艺。
沈亮强调，荣芯半导体目前找到的这两点正是切中AI的热点。未来，荣芯半导体将继续观察AI整个产品链的发展趋势，并根据这些趋势反推到工艺上，以便提前布局并做出相应的工艺改变，从而方便客户设计出对应的产品。
如何看车规芯片代工？
当前，中国正在大力推动半导体产业的自主可控和技术升级，包括加大对汽车电子等领域的投入。已经有意法半导体（ST）这样的国际大厂选择与大陆本地的晶圆代工厂合作生产汽车芯片，作为全球领先的晶圆代工厂，台积电如何看待与大陆车规芯片设计企业合作一事？
“汽车电子的工艺需要符合严格的汽车规范。目前，台积电是少数几家真正被认证过的晶圆代工厂之一，尤其是在较为先进的工艺节点上。” 罗镇球 表示，传统上，欧洲和日本的老牌车厂及晶圆厂虽然也被认证过，但在追求稍微先进一点的工艺时，例如28纳米以下的工艺，市场上可选的合作伙伴寥寥无几。
汽车电子在过去内燃机时代中很少用到集成电路产品，但随着电动汽车的兴起，现在需要使用大量高端先进的导航驾驶辅助芯片。因此，台积电在汽车电子领域投入了大量时间和精力，推出了多个符合汽车规范的先进工艺节点，如之前的N16A、最新的N5A（5纳米汽车级）和未来的N3A（3纳米汽车级）等。
图自：台积电
罗镇球强调，台积电将继续在汽车电子领域推进先进工艺的研发和应用，确保为包括中国大陆在内的全球客户提供高标准的车规级产品和服务。
另一方面，荣芯半导体在CIS、TDDI以及BCD等产品线上有着深入的布局，这些产品线覆盖了从消费电子到汽车电子等多个下游应用领域。沈亮透露，作为晶圆厂，荣芯半导体首先要确保产能的快速提升，因此目前主要对标的是消费类市场。但他也坦言，荣芯半导体已经开始对工业和汽车领域进行布局。
沈亮介绍，荣芯半导体的半导体温度等级标准已经达到105摄氏度，能够满足一般车规工艺水准。同时，公司今年已经启动了IATF-16969的汽车质量管理体系认证，计划明年获得认证。下一步，荣芯半导体将找到核心战略客户，与他们集中合作开发汽车产品，并通过合作进一步推进如AEC-Q100等更高等级的车规级认证。“这些工作都在有条不紊地进行中。”
企业商业布局与战略调整
各家企业还就公司的商业布局、先进制程进展、以及针对市场变化的战略调整等问题进行了深入分享。
摩尔精英CEO张竞扬 就公司针对芯片企业的一站式芯片设计和供应链服务进行了介绍。他指出，摩尔精英提供的芯片研发到量产解决方案主要服务于对产品效率有高需求的芯片和终端客户。他分享了一个摩尔流片服务的案例，即为了帮助一家汽车电子芯片客户赶上整车厂产品验证的最后窗口，摩尔精英派人直接前往海外晶圆代工厂进行直接取件操作（hand-carry），为客户节省了七天的报关时间。
摩尔精英CEO张竞扬
在交付方面，张竞扬表示，摩尔精英在芯片设计平台、流片和封测服务中更注重服务的成分，灵活切换交付方式，只做自己擅长的事情，并在发现他人效率更高时立即将业务交给他们。
在谈到荣芯半导体的商业模式时，沈亮表示，荣芯半导体作为一家年轻的晶圆制造企业，瞄准了多个细分领域进行代工服务。“荣芯创始团队在过去曾在国内外多个fab工作过，了解fab的物理规律和潜在挑战，能够避免重复前人的错误，从而更快地实现目标。荣芯利用这一后发优势，制定了明确的平台和产品迭代策略，以快速实现技术先进性和产品竞争力。”
沈亮提到，荣芯的民营背景为其提供了投融资和员工股权激励上的便利，有助于团队建设和稳定。长期来看，荣芯将保持战斗力强、凝聚力强的竞争优势，并通过学习和借鉴其他大型fab的经验，找到自身在市场变化中的优势所在。
其中，定制化服务是荣芯半导体长期保持竞争力的关键所在，公司不仅提供标准化的代工服务，还根据客户的具体需求进行定制化服务，具体来说，公司将从成熟稳定的工艺入手，逐步迭代升级，特别是在CIS图像传感器和BCD电源管理芯片等领域，提供符合客户期望的竞争性解决方案。此外，沈亮还强调了企业文化的重要性——即保持高度的战斗力和凝聚力，以及快速决策的能力，这些都是支撑荣芯长期发展的关键因素。
国产芯片竞争格局探讨
针对此前热议的国内晶圆厂产能过剩，导致内卷的问题，罗镇球 表示，台积电南京厂在工艺方面具备先进性，竞争力较高，因此不会太卷。他认为，40纳米以上的工艺在国内仍有发展空间，而特殊工艺和定制化服务将是未来的发展方向。罗镇球指出，“客制化技术成为必经之路——与客户紧密合作，贴近客户并提供有针对性的解决方案至关重要，但这也需要大量工程人员的支持。”
在谈到未来成熟工艺产能是否会出现短缺时，罗镇球 表示，尽管需求会持续增加，但供给侧的增加远大于需求面的增加，因此28纳米以下的订单量会多于产能。而成熟工艺（28纳米以上）的部分，台积电已经采取措施做客制化和特殊工艺，以提升竞争力、为客户提供长期价值。
张竞扬则就国产芯片面临的竞争压力以及未来竞争格局发表了看法。他表示，近两年芯片设计公司面临较大压力，主要原因在于融资环境发生变化，资金不再像以前那样充裕和便宜。因此，很多公司面临阵痛，从追求速度、融资上市转变为追求质量、市场销售和效率。他认为，真正活得好的公司都有非常明确的长板，并在其他方面与产业界做得好的公司合作。
张竞扬进一步解释道，摩尔精英作为一家为芯片企业提供全方位服务的平台型企业，其价值在于帮助客户高效选择最合适的工艺和技术方案，同时管理后端设计、供应链以及封装测试等复杂流程。“这不仅节省了大量的时间和资金，也降低了项目失败的风险。”他补充道，当前国产芯片行业需要加强的是明确自己的长板，并在其他方面与优秀公司合作，以提升整体竞争力。
在谈到公司今年以来的发展情况时，张竞扬表示，尽管IC设计公司的数量不再像以前那样迅速增加，“这意味着市场上留下来的都是经过深思熟虑的好项目，”他强调，与客户的合作需要建立在互相信任的基础上，这样才能在遇到关键问题时不会出现价值观的碰撞。“我们也因此调整了策略，选择与少数优质客户进行深度合作，确保每一次合作都能产生长远的价值。”
“硅光是一个爆发的点，受到AI数据中心的拉动，出货量大幅增加。”他说到，“摩尔精英作为Tower Semiconductor在国内唯一的官方合作伙伴，在硅光工艺方面取得了显著进展，在这一领域有不少客户尝试。”
在谈到产业加速整合的话题时，罗镇球表示半导体行业需要长期积累，市场周期会起会落。“中国的设计公司数量在全球名列前茅，百花齐放。”因此，整合是任何一个企业或者产业由做大变成做实、做强的必经过程。他非常高兴看到终于有公司开始想到整合这件事儿了。
结语
尽管面临着外部环境的变化和内部竞争的压力，但在总结性发言环节，三位受访嘉宾均对中国IC设计及半导体行业的未来充满信心。他们一致认为，只要保持专注、持续创新，并加强合作，中国企业必将在全球舞台上展现出更加耀眼的表现。
罗镇球首先对中国IC设计行业的发展表示了肯定。他指出，近年来，中国IC设计行业在政府支持、能力提升、公司数量和产品种类拓宽等方面都取得了长足的进步。“尤其是消费类电子产品、汽车等领域有着巨大的成长空间和广泛的应用市场。以市场需求为导向开发应用场景才是关键所在。”
罗镇球强调，半导体行业需要长期的技术、人才和资金积累，而中国现在万事俱备，只欠时间。“我相信，凭借中国众多聪明的人才、庞大的市场和政策的支持，中国半导体行业的未来值得期待。”同时，他也提醒行业同仁，不要幻想弯道超车，而应脚踏实地，稳步前行——“没有捷径可走，只有通过不懈努力才能在这个由众多理工科精英构建起的竞争环境中脱颖而出。”
沈亮详细介绍了公司的三步走战略。他表示，荣芯内部制定了三到四年为一个阶段的战略目标，第一阶段是生存，已经基本达成；第二阶段是发展，目标是淮安厂和宁波厂能够满产，实现自负盈亏，并启动第三个工厂；第三个阶段则是第三个乃至第四个工厂满载。
张竞扬则以“聚焦核心，打造长板，抱团共赢”十二个字总结了公司的战略方向。他强调，在有限的资源和力量下，摩尔精英将专注于做自己最擅长的事情，打造自己的长板。同时，他也表示愿意与志同道合的产业链生态公司一起抱团共赢，共同服务好国内半导体生态。张竞扬直言，“摩尔精英愿意拿出所有的客户资源以及过去积累的经验，与合作伙伴一起把客户服务好，共同打造良好的行业生态。”
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