Zarówno SOC (System na ChIP), jak i SIP (System w pakiecie) są ważnymi kamieniami milowymi w rozwoju nowoczesnych obwodów zintegrowanych, umożliwiających miniaturyzację, wydajność i integrację systemów elektronicznych.
1. Definicje i podstawowe pojęcia SOC i SIP
SOC (System na Chip) - Integracja całego systemu z pojedynczym układem
SOC jest jak wieżowiec, w którym wszystkie moduły funkcjonalne są zaprojektowane i zintegrowane z tym samym układem fizycznym. Podstawową ideą SoC jest zintegrowanie wszystkich podstawowych elementów układu elektronicznego, w tym procesora (CPU), pamięci, modułów komunikacyjnych, obwodów analogowych, interfejsów czujników i różnych innych modułów funkcjonalnych, z pojedynczym układem. Zalety SOC leżą na wysokim poziomie integracji i niewielkich rozmiarów, zapewniając znaczące korzyści w zakresie wydajności, zużycia energii i wymiarów, co czyni go szczególnie odpowiednim dla produktów o wysokiej wydajności, wrażliwej na energię. Procesory w smartfonach Apple są przykładami układów SOC.
Aby zilustrować, SOC jest jak „super budynek” w mieście, w którym wszystkie funkcje są zaprojektowane w środku, a różne moduły funkcjonalne są jak różne podłogi: niektóre są obszarami biurowymi (procesorami), niektóre są obszarami rozrywkowymi (pamięć), a niektóre są Sieci komunikacyjne (interfejsy komunikacyjne), wszystkie skoncentrowane w tym samym budynku (ChIP). Umożliwia to działanie całego systemu na pojedynczym układie krzemowym, osiągając wyższą wydajność i wydajność.
SIP (system w pakiecie) - łączenie różnych układów
Podejście technologii SIP jest inne. To bardziej jak pakowanie wielu układów z różnymi funkcjami w tym samym pakiecie fizycznym. Koncentruje się na łączeniu wielu funkcjonalnych układów za pomocą technologii opakowań, a nie na integracji ich z jednym układem, takim jak SOC. SIP pozwala na pakowanie wielu układów (procesory, pamięć, układy RF itp.) Obiekane obok siebie lub ułożone w tym samym module, tworząc rozwiązanie na poziomie systemu.
Pojęcie SIP można porównać do montażu narzędzi. Skrzynia narzędzi może zawierać różne narzędzia, takie jak śrubokręt, młoty i ćwiczenia. Chociaż są to niezależne narzędzia, wszystkie są zjednoczone w jednym pudełku dla wygodnego użycia. Zaletą tego podejścia jest to, że każde narzędzie można opracować i wytwarzać osobno, a w razie potrzeby można je „zmontować” w pakiet systemowy, zapewniając elastyczność i prędkość.
2. Charakterystyka techniczna i różnice między SOC i SIP
Różnice metody integracji:
SOC: Różne moduły funkcjonalne (takie jak procesor, pamięć, we/wy itp.) Są bezpośrednio zaprojektowane na tym samym krzemowym chipie. Wszystkie moduły mają tę samą podstawową logikę procesu i projektowania, tworząc zintegrowany system.
SIP: różne funkcjonalne układy mogą być wytwarzane przy użyciu różnych procesów, a następnie łączyć w jednym module opakowania za pomocą technologii pakowania 3D w celu utworzenia systemu fizycznego.
Złożoność i elastyczność projektowa:
SOC: Ponieważ wszystkie moduły są zintegrowane z pojedynczym układem, złożoność projektu jest bardzo wysoka, szczególnie w zakresie wspólnej konstrukcji różnych modułów, takich jak cyfrowe, analogowe, RF i pamięć. Wymaga to od inżynierów mieli głębokie możliwości projektowania między domenami. Ponadto, jeśli istnieje problem z projektem z jakimkolwiek modułem w SOC, cały układ może wymagać przeprojektowania, co stanowi znaczące ryzyko.
SIP: Natomiast SIP oferuje większą elastyczność projektowania. Różne moduły funkcjonalne można zaprojektować i weryfikować osobno przed pakowaniem w system. Jeśli problem pojawi się w przypadku modułu, tylko ten moduł musi zostać wymieniony, pozostawiając inne części nienaruszone. Pozwala to również na szybsze prędkości rozwoju i niższe ryzyko w porównaniu z SOC.
Kompatybilność i wyzwania procesu:
SOC: Integracja różnych funkcji, takich jak cyfr, analog i RF z pojedynczym układem, stoi przed poważnymi wyzwaniami w zakresie kompatybilności procesu. Różne moduły funkcjonalne wymagają różnych procesów produkcyjnych; Na przykład obwody cyfrowe wymagają szybkich procesów o niskiej mocy, podczas gdy obwody analogowe mogą wymagać dokładniejszej kontroli napięcia. Osiągnięcie kompatybilności między tymi różnymi procesami na tym samym chipie jest niezwykle trudne.
SIP: Dzięki technologii opakowań SIP może zintegrować układy wytwarzane za pomocą różnych procesów, rozwiązując problemy związane z kompatybilnością procesu, przed którymi stoi technologia SOC. SIP umożliwia wiele heterogenicznych układów do współpracy w tym samym pakiecie, ale precyzyjne wymagania dotyczące technologii opakowań są wysokie.
Cykl badań i rozwoju i koszty:
SOC: Ponieważ SoC wymaga projektowania i weryfikacji wszystkich modułów od zera, cykl projektowania jest dłuższy. Każdy moduł musi podlegać rygorystycznym projektowaniu, weryfikacji i testowaniu, a ogólny proces rozwoju może potrwać kilka lat, co spowoduje wysokie koszty. Jednak po masowej produkcji koszt jednostkowy jest niższy ze względu na wysoką integrację.
SIP: Cykl badań i rozwoju jest krótszy dla SIP. Ponieważ SIP bezpośrednio używa istniejących, zweryfikowanych funkcjonalnych układów do opakowania, skraca czas potrzebny do przeprojektowania modułu. Pozwala to na szybsze wprowadzanie produktów i znacznie obniża koszty badań i rozwoju.
Wydajność i rozmiar systemu:
SOC: Ponieważ wszystkie moduły są na tych samych układach, opóźnienia komunikacyjne, straty energii i zakłócenia sygnału są zminimalizowane, co daje SOC niezrównaną przewagę w zakresie wydajności i zużycia energii. Jego rozmiar jest minimalny, co czyni go szczególnie odpowiednim do aplikacji o wysokich wymaganiach dotyczących wydajności i zasilania, takich jak smartfony i układy przetwarzania obrazu.
SIP: Chociaż poziom integracji SIP nie jest tak wysoki jak SOC, nadal może kompotentować różne układy razem za pomocą technologii opakowań wielowarstwowych, co skutkuje mniejszym rozmiarem w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami wielokrotnie. Ponadto, ponieważ moduły są fizycznie pakowane, a nie zintegrowane z tym samym układem krzemowym, podczas gdy wydajność może nie pasować do SoC, nadal może zaspokoić potrzeby większości aplikacji.
3. Scenariusze aplikacji dla SOC i SIP
Scenariusze aplikacji dla SOC:
SOC jest zazwyczaj odpowiednie dla pól o wysokich wymaganiach dotyczących wielkości, zużycia energii i wydajności. Na przykład:
Smartfony: Procesory w smartfonach (takich jak układy Apple A-Series lub Snapdragon Qualcomm) są zwykle wysoce zintegrowanymi SOC, które zawierają procesor, GPU, jednostki przetwarzania AI, moduły komunikacyjne itp., Wymagające zarówno wydajności, jak i niskiej mocy zużycia.
Przetwarzanie obrazu: W kamerach cyfrowych i dronach jednostki przetwarzania obrazu często wymagają silnych równoległych możliwości przetwarzania i niskiego opóźnienia, które SOC może skutecznie osiągnąć.
Systemy wbudowane o wysokiej wydajności: SOC jest szczególnie odpowiednie dla małych urządzeń o rygorystycznych wymaganiach dotyczących efektywności energetycznej, takich jak urządzenia IoT i urządzenia do noszenia.
Scenariusze aplikacji dla SIP:
SIP ma szerszy zakres scenariuszy aplikacji, odpowiedni dla dziedzin, które wymagają szybkiego rozwoju i integracji wielofunkcyjnej, takich jak:
Sprzęt komunikacyjny: W przypadku stacji bazowych, routerów itp. SIP może zintegrować wiele procesorów RF i cyfrowych sygnałów, przyspieszając cykl rozwoju produktu.
Elektronika konsumpcyjna: W przypadku produktów takich jak smartwatche i słuchawki Bluetooth, które mają szybkie cykle aktualizacji, technologia SIP pozwala na szybsze wprowadzenie nowych produktów funkcyjnych.
Elektronika samochodowa: moduły sterujące i systemy radarowe w systemach motoryzacyjnych mogą wykorzystać technologię SIP do szybkiego zintegrowania różnych modułów funkcjonalnych.
4. Przyszłe trendy rozwojowe SOC i SIP
Trendy w rozwoju SoC:
SOC będzie nadal ewoluować w kierunku wyższej integracji i heterogenicznej integracji, potencjalnie obejmując większą integrację procesorów AI, moduły komunikacyjne 5G i inne funkcje, zwiększając dalszą ewolucję inteligentnych urządzeń.
Trendy w rozwoju SIP:
SIP będzie coraz bardziej polegać na zaawansowanych technologiach opakowań, takich jak postęp opakowań 2.5D i 3D, w celu ścisłego pakowania układów z różnymi procesami i funkcjami, aby sprostać szybko zmieniającym się wymaganiom rynku.
5. Wniosek
SOC bardziej przypomina budowę wielofunkcyjnego super chmur, koncentrując wszystkie moduły funkcjonalne w jednym projekcie, odpowiednie do zastosowań o wyjątkowo wysokich wymaganiach dotyczących wydajności, wielkości i zużycia energii. Z drugiej strony SIP jest jak „pakowanie” różnych funkcjonalnych układów w systemie, koncentrując się bardziej na elastyczności i szybkim rozwoju, szczególnie odpowiednim dla elektroniki użytkowej, które wymagają szybkich aktualizacji. Oba mają swoje mocne strony: SOC podkreśla optymalną wydajność systemu i optymalizację wielkości, podczas gdy SIP podkreśla elastyczność systemu i optymalizację cyklu rozwoju.
Czas po: 28-2024 października