Gan SoC (System on Chip), gan SiP (System in Package) ir svarīgi pagrieziena punkti mūsdienu integrēto shēmu attīstībā, kas nodrošina elektronisko sistēmu miniaturizāciju, efektivitāti un integrāciju.
1. SoC un SiP definīcijas un pamatjēdzieni
SoC (sistēma vienā mikroshēmā) — visas sistēmas integrēšana vienā mikroshēmā
Sistēmas mikroshēma (SoC) ir kā debesskrāpis, kur visi funkcionālie moduļi ir izstrādāti un integrēti vienā fiziskajā mikroshēmā. Sistēmas mikroshēmas (SoC) pamatideja ir integrēt visus elektroniskās sistēmas galvenos komponentus, tostarp procesoru (CPU), atmiņu, komunikācijas moduļus, analogās shēmas, sensoru saskarnes un dažādus citus funkcionālos moduļus, vienā mikroshēmā. Sistēmas mikroshēmas (SoC) priekšrocības ir tā augstais integrācijas līmenis un mazais izmērs, kas nodrošina ievērojamas priekšrocības veiktspējas, enerģijas patēriņa un izmēru ziņā, padarot to īpaši piemērotu augstas veiktspējas, enerģijas ziņā jutīgiem produktiem. Apple viedtālruņu procesori ir SoC mikroshēmu piemēri.
Lai ilustrētu, SoC ir kā "superēka" pilsētā, kur visas funkcijas ir izstrādātas iekšēji, un dažādi funkcionālie moduļi ir kā dažādi stāvi: daži ir biroju zonas (procesori), daži ir izklaides zonas (atmiņa), un daži ir sakaru tīkli (komunikāciju saskarnes), visi koncentrēti vienā ēkā (mikroshēmā). Tas ļauj visai sistēmai darboties uz viena silīcija mikroshēmas, sasniedzot augstāku efektivitāti un veiktspēju.
SiP (System in Package) — dažādu mikroshēmu apvienošana
SiP tehnoloģijas pieeja ir atšķirīga. Tā vairāk līdzinās vairāku mikroshēmu ar dažādām funkcijām iepakošanai vienā fiziskā korpusā. Tā koncentrējas uz vairāku funkcionālu mikroshēmu apvienošanu, izmantojot iepakošanas tehnoloģiju, nevis to integrēšanu vienā mikroshēmā, piemēram, SoC. SiP ļauj vairākas mikroshēmas (procesorus, atmiņu, radiofrekvenču mikroshēmas utt.) iepakot blakus vai sakraut vienā modulī, veidojot sistēmas līmeņa risinājumu.
SiP koncepciju var pielīdzināt instrumentu kastes salikšanai. Instrumentu kastē var būt dažādi instrumenti, piemēram, skrūvgrieži, āmuri un urbji. Lai gan tie ir neatkarīgi instrumenti, tie visi ir apvienoti vienā kastē ērtai lietošanai. Šīs pieejas priekšrocība ir tā, ka katru instrumentu var izstrādāt un ražot atsevišķi, un tos var "salikt" sistēmas paketē pēc nepieciešamības, nodrošinot elastību un ātrumu.
2. SoC un SiP tehniskās īpašības un atšķirības
Integrācijas metodes atšķirības:
SoC: Dažādi funkcionālie moduļi (piemēram, centrālais procesors, atmiņa, ieejas/izejas utt.) ir tieši izstrādāti uz viena un tā paša silīcija mikroshēmas. Visiem moduļiem ir viens un tas pats pamatā esošais process un projektēšanas loģika, veidojot integrētu sistēmu.
SiP: Dažādas funkcionālās mikroshēmas var tikt ražotas, izmantojot dažādus procesus, un pēc tam apvienotas vienā iepakošanas modulī, izmantojot 3D iepakošanas tehnoloģiju, lai izveidotu fizisku sistēmu.
Dizaina sarežģītība un elastība:
Sistēmas mikroshēma (SoC): Tā kā visi moduļi ir integrēti vienā mikroshēmā, projektēšanas sarežģītība ir ļoti augsta, īpaši dažādu moduļu, piemēram, digitālo, analogo, radiofrekvenču (RF) un atmiņas, sadarbības projektēšanā. Tas prasa, lai inženieri būtu dziļas starpdomēnu projektēšanas iespējas. Turklāt, ja rodas dizaina problēmas ar kādu no Sistēmas mikroshēmas (SoC) moduļiem, var būt nepieciešams pārveidot visu mikroshēmu, kas rada ievērojamus riskus.
SiP: Turpretī SiP piedāvā lielāku dizaina elastību. Dažādus funkcionālos moduļus var izstrādāt un pārbaudīt atsevišķi, pirms tie tiek iekļauti sistēmā. Ja rodas problēma ar kādu moduli, ir jānomaina tikai šis modulis, neietekmējot pārējās daļas. Tas arī nodrošina ātrāku izstrādes ātrumu un zemākus riskus salīdzinājumā ar SoC.
Procesu saderība un izaicinājumi:
SoC: Dažādu funkciju, piemēram, digitālo, analogo un radiofrekvenču (RF), integrēšana vienā mikroshēmā saskaras ar ievērojamām problēmām procesu saderības jomā. Dažādiem funkcionālajiem moduļiem ir nepieciešami atšķirīgi ražošanas procesi; piemēram, digitālajām shēmām ir nepieciešami ātrdarbīgi, mazjaudas procesi, savukārt analogajām shēmām var būt nepieciešama precīzāka sprieguma kontrole. Panākt saderību starp šiem dažādajiem procesiem vienā mikroshēmā ir ārkārtīgi grūti.
SiP: Izmantojot iepakošanas tehnoloģiju, SiP var integrēt mikroshēmas, kas ražotas, izmantojot dažādus procesus, risinot procesu saderības problēmas, ar kurām saskaras SoC tehnoloģija. SiP ļauj vairākām heterogēnām mikroshēmām darboties kopā vienā iepakojumā, taču iepakošanas tehnoloģijai ir augstas precizitātes prasības.
Pētniecības un attīstības cikls un izmaksas:
Sistēmas ķēde (SoC): Tā kā sistēmas ķēde prasa visu moduļu projektēšanu un pārbaudi no nulles, projektēšanas cikls ir ilgāks. Katram modulim ir jāiziet stingra projektēšana, verifikācija un testēšana, un kopējais izstrādes process var ilgt vairākus gadus, kā rezultātā rodas augstas izmaksas. Tomēr, nonākot masveida ražošanā, vienības izmaksas ir zemākas, pateicoties augstajai integrācijai.
SiP: SiP pētniecības un attīstības cikls ir īsāks. Tā kā SiP iepakošanai tieši izmanto esošas, pārbaudītas funkcionālas mikroshēmas, tas samazina moduļu pārveidošanai nepieciešamo laiku. Tas ļauj ātrāk laist klajā produktus un ievērojami samazina pētniecības un attīstības izmaksas.
Sistēmas veiktspēja un izmērs:
SoC: Tā kā visi moduļi atrodas vienā mikroshēmā, komunikācijas kavējumi, enerģijas zudumi un signāla traucējumi tiek samazināti līdz minimumam, dodot SoC nepārspējamas priekšrocības veiktspējas un enerģijas patēriņa ziņā. Tā izmērs ir minimāls, padarot to īpaši piemērotu lietojumprogrammām ar augstām veiktspējas un enerģijas patēriņa prasībām, piemēram, viedtālruņiem un attēlu apstrādes mikroshēmām.
SiP: Lai gan SiP integrācijas līmenis nav tik augsts kā SoC, tas joprojām var kompakti iepakot dažādas mikroshēmas kopā, izmantojot daudzslāņu iepakošanas tehnoloģiju, kā rezultātā ir mazāks izmērs salīdzinājumā ar tradicionālajiem daudzmikroshēmu risinājumiem. Turklāt, tā kā moduļi ir fiziski iepakoti, nevis integrēti vienā silīcija mikroshēmā, lai gan veiktspēja var neatbilst SoC veiktspējai, tas joprojām var apmierināt lielākās daļas lietojumprogrammu vajadzības.
3. SoC un SiP lietošanas scenāriji
SoC lietošanas scenāriji:
SoC parasti ir piemērots jomām ar augstām prasībām attiecībā uz izmēru, enerģijas patēriņu un veiktspēju. Piemēram:
Viedtālruņi: Viedtālruņu procesori (piemēram, Apple A sērijas mikroshēmas vai Qualcomm Snapdragon) parasti ir ļoti integrēti SoC, kas ietver centrālo procesoru, grafisko procesoru, mākslīgā intelekta apstrādes blokus, komunikācijas moduļus utt., kam nepieciešama gan jaudīga veiktspēja, gan zems enerģijas patēriņš.
Attēlu apstrāde: Digitālajās kamerās un dronos attēlu apstrādes iekārtām bieži ir nepieciešamas spēcīgas paralēlās apstrādes iespējas un zema latentuma pakāpe, ko SoC var efektīvi panākt.
Augstas veiktspējas iegultās sistēmas: SoC ir īpaši piemērots mazām ierīcēm ar stingrām energoefektivitātes prasībām, piemēram, lietu interneta ierīcēm un valkājamām ierīcēm.
SiP lietošanas scenāriji:
SiP ir plašāks pielietojuma scenāriju klāsts, kas ir piemērots jomām, kurām nepieciešama ātra attīstība un daudzfunkcionāla integrācija, piemēram:
Sakaru iekārtas: Bāzes stacijām, maršrutētājiem utt. SiP var integrēt vairākus RF un digitālo signālu procesorus, paātrinot produktu izstrādes ciklu.
Patēriņa elektronika: Tādiem produktiem kā viedpulksteņi un Bluetooth austiņas, kuriem ir ātri jaunināšanas cikli, SiP tehnoloģija ļauj ātrāk laist klajā jaunus produktu elementus.
Automobiļu elektronika: Automobiļu sistēmu vadības moduļi un radaru sistēmas var izmantot SiP tehnoloģiju, lai ātri integrētu dažādus funkcionālos moduļus.
4. SoC un SiP nākotnes attīstības tendences
Sistēmas mikroshēmu (SoC) attīstības tendences:
Sistēmas mikroshēmas (SoC) turpinās attīstīties, virzoties uz augstāku integrāciju un heterogēnu integrāciju, potenciāli ietverot lielāku mākslīgā intelekta procesoru, 5G komunikācijas moduļu un citu funkciju integrāciju, veicinot tālāku viedierīču attīstību.
SiP attīstības tendences:
SiP arvien vairāk paļausies uz progresīvām iepakošanas tehnoloģijām, piemēram, 2,5D un 3D iepakojuma uzlabojumiem, lai cieši iepakotu mikroshēmas ar dažādiem procesiem un funkcijām kopā, lai apmierinātu strauji mainīgās tirgus prasības.
5. Secinājums
SoC vairāk līdzinās daudzfunkcionāla superdebesskrāpja būvniecībai, koncentrējot visus funkcionālos moduļus vienā dizainā, kas ir piemērots lietojumiem ar ārkārtīgi augstām veiktspējas, izmēra un enerģijas patēriņa prasībām. Savukārt SiP ir kā dažādu funkcionālo mikroshēmu "iesaiņošana" sistēmā, vairāk koncentrējoties uz elastību un ātru attīstību, īpaši piemērots plaša patēriņa elektronikai, kurai nepieciešami ātri atjauninājumi. Abiem ir savas stiprās puses: SoC uzsver optimālu sistēmas veiktspēju un izmēra optimizāciju, savukārt SiP izceļ sistēmas elastību un izstrādes cikla optimizāciju.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 28. oktobris