STCO,系統工藝協同優化,整合芯片設計、制造工藝、封裝技術、系統架構、材料開發、設備開發、軟件優化等多個環節,實現芯片制造全流程協同優化,突破傳統單一環節優化的局限性,目的是在系統整體層面上實現芯片的性能、功耗、面積、成本(PPAC)的最優平衡。
根據新思界產業研究中心發布的
《2025-2029年中國STCO(系統工藝協同優化)市場可行性研究報告》顯示,在摩爾定律下,晶體管尺寸不斷縮小,單位面積硅片上晶體管集成數量持續翻倍,使得芯片計算速度、處理能力隨之提升。在人工智能時代背景下,算力需求增長速度加快,同時,芯片的功耗、體積、成本等要求也在提高。當前,晶體管尺寸已接近物理極限,晶體管密度難以明顯提升,依靠增加晶體管數量的方式無法滿足芯片性能進一步提高的要求。因此,STCO概念被提出。
STCO在DTCO的基礎上延伸發展而來。DTCO,設計工藝協同優化,將IC設計、EDA工具、半導體設備、晶圓代工等環節協同優化。隨著芯片功能集成度日益提高,其設計、生產復雜性日益增大,僅依靠單一環節或部分環節優化,已無法滿足PPAC平衡需求。STCO在DTCO的基礎上進一步擴大協同優化范圍,在系統層面上實現芯片制造全流程協同優化,可以完成DTCO無法完成的工作,例如不依靠晶體管尺寸縮小來減少SRAM(靜態隨機存儲器)存儲單元面積。
STCO可以應用在存算一體芯片設計、制造領域。存算一體芯片是一種新型計算架構,將存儲單元與計算單元集成于一體,目的是提升數據處理效率。在人工智能背景下,可應用范圍廣泛的存算一體AI芯片開發與應用受到重視,相關科研機構、布局企業數量不斷增多。STCO采用3D封裝或者2.5D封裝技術,可以實現存算一體架構,推動芯片算力提升。
2022年,比利時微電子研究中心(IMEC)在展示半導體器件突破微型化極限路線時,對STCO技術進展重視,其發展重心是通過工藝進步實現存算一體架構。2024年,臺積電總經理演講時表示,未來將通過晶體管密度提高、DTCO/STCO、2.5D/3D封裝與硅堆疊三種技術來實現半導體器件算力與能效提升。
新思界
行業分析人士表示,2024年8月,我國工信部發布國家重點研發計劃“微納電子技術”重點專項2024年度項目申報指南,提出面向AI芯片高算力、高帶寬需求,基于2.5D先進封裝技術,開展系統-工藝協同設計優化(STCO)方法研究。從國際領先機構、企業以及我國政府態度來看,STCO是未來芯片技術發展趨勢,行業前景極為廣闊。