반도체 산업은 이제 미세공정의 물리적 한계에 다다르고 있으며, Planar 공정에서 사용하던 기존의 성능 향상을 위한 방식이 더 이상 유효하지 않다는 평가를 받고 있습니다. 이에 따라 반도체 기업들은 새로운 혁신의 방향을 찾기 위해 DTCO(Design-Technology Co-Optimization)라는 방법론을 생각하고 있으며, 이에 더해 STCO(System-Technology Co-Optimization)라는 접근법에도 주목하고 있습니다.
이 두 개념은 모두 공정과 설계의 최적화를 목표로 하지만, 그 범위와 적용 수준에서 근본적인 차이를 보입니다.
DTCO – 공정과 설계의 통합 최적화
DTCO는 공정(Technology)과 설계(Design)를 함께 최적화하는 방법론입니다. 과거에는 공정 개발이 완료된 뒤 설계가 진행되었지만, 오늘날에는 공정의 특성을 설계 초기 단계부터 고려해야 성능, 전력, 면적(PPA)을 균형 있게 확보할 수 있습니다.
FinFET 구조에서 GAA(Gate-All-Around) 트랜지스터로 전환될 때, 설계자는 공정 변경으로 인한 전기적 특성을 사전에 반영해야 합니다. 이 과정에서 EDA(Electronic Design Automation) 툴과 TCAD 시뮬레이션이 활용되어, 최적의 설계 조건을 찾는 것이 DTCO라고 할 수 있습니다.
TSMC, 삼성전자, 인텔 등 주요 파운드리 기업들은 DTCO를 통해서 수율 개선, 전력 효율 향상, 공정 비용 절감을 동시에 달성하고 있습니다.
STCO: 시스템 차원에서의 기술 공진화
반면 STCO(System-Technology Co-Optimization)는 DTCO보다 한 단계 더 나아간 개념으로, 칩 전체를 넘어 시스템 수준에서 공정과 구조를 최적화하려는 방법입니다.
STCO는 반도체 칩을 단일 구조로 보지 않고, 여러 개의 칩렛(Chiplet), 3D 패키징, 이기종 집적(Heterogeneous Integration) 등을 통해 시스템 전체의 성능을 극대화하려고 하고 있습니다. 즉, 단순히 트랜지스터나 셀 수준이 아니라, 블록 및 아키텍처 수준에서 최적화를 수행하는 것이 특징입니다.
예를 들어, 인텔의 Foveros, AMD의 Infinity Fabric, TSMC의 CoWoS(Co-Design with Silicon) 기술은 STCO의 대표적인 사례로 생각됩니다. 이러한 기술은 공정의 한계를 뛰어 넘기 위해서 시스템 구조 자체를 처음부터 다시 설계함으로써, 기존 공정보다 훨씬 더 높은 집적도와 성능을 확보하고 있습니다.
DTCO와 STCO의 핵심 차이 비교
| 구분 | DTCO | STCO |
|---|---|---|
| 최적화 범위 | 공정 ↔ 설계 (Device-Level) | 시스템 ↔ 공정 (System-Level) |
| 주요 적용 영역 | 트랜지스터, 셀, 회로 설계 | 아키텍처, 칩렛, 패키징 |
| 기술 도구 | EDA, TCAD, PDK 기반 최적화 | SoC 설계 플랫폼, 3D 패키징 기술 |
| 목표 | PPA(전력-성능-면적) 균형 | 전체 시스템 효율 극대화 |
| 대표 기업 사례 | TSMC, 삼성, 인텔 | 인텔, AMD, TSMC CoWoS |
DTCO가 공정 한계 내에서의 설계 효율을 극대화하는 전략이라면, STCO는 공정 자체의 제약을 넘어 시스템 아키텍처 전반을 재구성하는 전략이라고 볼 수 있습니다.
차세대 반도체 경쟁력
DTCO와 STCO는 서로 배타적이고 경쟁하는 개념이 아니라, 서로를 보완하는 기술적 진화의 단계입니다. DTCO가 트랜지스터 및 회로 수준의 최적화를 이루어 내고, STCO는 이를 기반으로 시스템 차원에서 새로운 구조적 혁신을 만들어 냅니다.
반도체 산업의 경쟁력은 단순한 공정 미세화가 아닌, 설계·공정·시스템의 동시 최적화 능력이 산업의 성패를 좌우하고 있습니다. DTCO와 STCO를 효과적으로 잘 활용하는 기업만이 차세대 AI, HPC, 자율주행 등 고성능 반도체 시장에서 선두 경쟁에서 승리할 수 있습니다.