Як SoC (сістэма на крышталі), так і SiP (сістэма ў корпусе) з'яўляюцца важнымі вехамі ў развіцці сучасных інтэгральных схем, якія дазваляюць мініяцюрызаваць, павысіць эфектыўнасць і інтэграваць электронныя сістэмы.
1. Вызначэнні і асноўныя паняцці SoC і SiP
SoC (сістэма на чыпе) — інтэграцыя ўсёй сістэмы ў адзін чып
SoC падобны на хмарачос, дзе ўсе функцыянальныя модулі распрацаваны і інтэграваны ў адзін фізічны чып. Асноўная ідэя SoC заключаецца ў інтэграцыі ўсіх асноўных кампанентаў электроннай сістэмы, уключаючы працэсар (CPU), памяць, модулі сувязі, аналагавыя схемы, інтэрфейсы датчыкаў і розныя іншыя функцыянальныя модулі, на адным чыпе. Перавагі SoC заключаюцца ў высокім узроўні інтэграцыі і малым памеры, што забяспечвае значныя перавагі ў прадукцыйнасці, энергаспажыванні і габарытах, што робіць яго асабліва прыдатным для высокапрадукцыйных прадуктаў, адчувальных да энергаспажывання. Працэсары ў смартфонах Apple з'яўляюцца прыкладамі чыпаў SoC.
Для прыкладу, SoC падобны на «супербудынак» у горадзе, дзе ўсе функцыі распрацаваны ўнутры, а розныя функцыянальныя модулі — гэта розныя паверхі: некаторыя з іх — офісныя зоны (працэсары), некаторыя — забаўляльныя зоны (памяць), а некаторыя — камунікацыйныя сеткі (інтэрфейсы сувязі), і ўсё гэта сканцэнтравана ў адным будынку (чыпе). Гэта дазваляе ўсёй сістэме працаваць на адным крэмніевым чыпе, дасягаючы больш высокай эфектыўнасці і прадукцыйнасці.
SiP (сістэма ў корпусе) — спалучэнне розных мікрасхем
Падыход тэхналогіі SiP адрозніваецца. Ён больш падобны на ўпакоўку некалькіх чыпаў з рознымі функцыямі ў адным фізічным корпусе. Ён сканцэнтраваны на аб'яднанні некалькіх функцыянальных чыпаў з дапамогай тэхналогіі ўпакоўкі, а не на інтэграцыі іх у адзін чып, як SoC. SiP дазваляе размяшчаць некалькі чыпаў (працэсараў, памяці, радыёчастотных чыпаў і г.д.) побач або ў адным модулі, утвараючы рашэнне сістэмнага ўзроўню.
Канцэпцыю SiP можна параўнаць са зборкай скрыні для інструментаў. У скрыні для інструментаў могуць знаходзіцца розныя інструменты, такія як адвёрткі, малаткі і дрылі. Нягледзячы на тое, што гэта незалежныя інструменты, усе яны аб'яднаны ў адной скрынцы для зручнага выкарыстання. Перавага такога падыходу заключаецца ў тым, што кожны інструмент можа быць распрацаваны і выраблены асобна, і іх можна "сабраць" у сістэмны пакет па меры неабходнасці, што забяспечвае гнуткасць і хуткасць.
2. Тэхнічныя характарыстыкі і адрозненні паміж SoC і SiP
Розніца ў метадах інтэграцыі:
SoC: Розныя функцыянальныя модулі (напрыклад, працэсар, памяць, увод/вывад і г.д.) непасрэдна распрацаваны на адным крэмніевым чыпе. Усе модулі маюць адзін і той жа базавы працэс і логіку праектавання, утвараючы інтэграваную сістэму.
SiP: Розныя функцыянальныя чыпы могуць быць выраблены з выкарыстаннем розных працэсаў, а затым аб'яднаны ў адзіны модуль упакоўкі з выкарыстаннем тэхналогіі 3D-упакоўкі для фарміравання фізічнай сістэмы.
Складанасць і гнуткасць дызайну:
SoC: Паколькі ўсе модулі інтэграваныя на адным чыпе, складанасць праектавання вельмі высокая, асабліва пры сумеснай распрацоўцы розных модуляў, такіх як лічбавыя, аналагавыя, радыёчастотныя і модулі памяці. Гэта патрабуе ад інжынераў глыбокіх магчымасцей міждаменнага праектавання. Больш за тое, калі ўзнікае праблема з праектаваннем любога модуля ў SoC, можа спатрэбіцца перапрацаваць увесь чып, што стварае значныя рызыкі.
SiP: SiP, наадварот, прапануе большую гнуткасць праектавання. Розныя функцыянальныя модулі могуць быць распрацаваны і правераны асобна перад тым, як быць упакаванымі ў сістэму. Калі ўзнікае праблема з модулем, трэба замяніць толькі гэты модуль, а астатнія часткі застаюцца нязменнымі. Гэта таксама дазваляе павялічыць хуткасць распрацоўкі і знізіць рызыкі ў параўнанні з SoC.
Сумяшчальнасць працэсаў і праблемы:
SoC: Інтэграцыя розных функцый, такіх як лічбавыя, аналагавыя і радыёчастотныя, на адным чыпе сутыкаецца са значнымі праблемамі сумяшчальнасці працэсаў. Розныя функцыянальныя модулі патрабуюць розных вытворчых працэсаў; напрыклад, лічбавыя схемы патрабуюць высакахуткасных працэсаў з нізкім энергаспажываннем, у той час як аналагавыя схемы могуць патрабаваць больш дакладнага кіравання напружаннем. Дасягнуць сумяшчальнасці паміж гэтымі рознымі працэсамі на адным чыпе надзвычай складана.
SiP: Дзякуючы тэхналогіі ўпакоўкі, SiP можа інтэграваць чыпы, вырабленыя з выкарыстаннем розных працэсаў, вырашаючы праблемы сумяшчальнасці працэсаў, з якімі сутыкаецца тэхналогія SoC. SiP дазваляе некалькім разнастайным чыпам працаваць разам у адным корпусе, але патрабаванні да дакладнасці тэхналогіі ўпакоўкі высокія.
Цыкл даследаванняў і распрацовак і выдаткі:
SoC: Паколькі SoC патрабуе праектавання і праверкі ўсіх модуляў з нуля, цыкл праектавання даўжэйшы. Кожны модуль павінен прайсці дбайнае праектаванне, праверку і тэсціраванне, і агульны працэс распрацоўкі можа заняць некалькі гадоў, што прыводзіць да высокіх выдаткаў. Аднак, пасля масавай вытворчасці, сабекошт адзінкі ніжэйшы дзякуючы высокай інтэграцыі.
SiP: цыкл даследаванняў і распрацовак у SiP карацейшы. Паколькі SiP непасрэдна выкарыстоўвае існуючыя, правераныя функцыянальныя чыпы для ўпакоўкі, гэта скарачае час, неабходны для перапраектавання модуляў. Гэта дазваляе хутчэй запускаць прадукты і значна зніжае выдаткі на даследаванні і распрацоўкі.
Прадукцыйнасць і памер сістэмы:
SoC: Паколькі ўсе модулі знаходзяцца на адным чыпе, затрымкі сувязі, страты энергіі і перашкоды сігналу мінімізаваны, што дае SoC беспрэцэдэнтную перавагу ў прадукцыйнасці і спажыванні энергіі. Яго памер мінімальны, што робіць яго асабліва прыдатным для прыкладанняў з высокімі патрабаваннямі да прадукцыйнасці і харчавання, такіх як смартфоны і чыпы для апрацоўкі малюнкаў.
SiP: Нягледзячы на тое, што ўзровень інтэграцыі SiP не такі высокі, як у SoC, ён усё яшчэ можа кампактна ўпакоўваць розныя чыпы разам з выкарыстаннем тэхналогіі шматслаёвай упакоўкі, што прыводзіць да меншага памеру ў параўнанні з традыцыйнымі шматчыпавымі рашэннямі. Больш за тое, паколькі модулі фізічна ўпакаваны, а не інтэграваны на адным крэмніевым чыпе, хоць прадукцыйнасць можа не адпавядаць прадукцыйнасці SoC, ён усё яшчэ можа задаволіць патрэбы большасці прыкладанняў.
3. Сцэнарыі прымянення для SoC і SiP
Сцэнарыі прымянення для SoC:
СнК звычайна падыходзіць для абласцей з высокімі патрабаваннямі да памеру, спажывання энергіі і прадукцыйнасці. Напрыклад:
Смартфоны: Працэсары ў смартфонах (напрыклад, чыпы серыі A ад Apple або Snapdragon ад Qualcomm) звычайна ўяўляюць сабой высокаінтэграваныя аднакрышталічныя сістэмы (SoC), якія ўключаюць цэнтральны працэсар, графічны працэсар, блокі штучнага інтэлекту, модулі сувязі і г.д., што патрабуе як высокай прадукцыйнасці, так і нізкага спажывання энергіі.
Апрацоўка малюнкаў: У лічбавых камерах і беспілотніках блокі апрацоўкі малюнкаў часта патрабуюць магутных магчымасцей паралельнай апрацоўкі і нізкай затрымкі, чаго можа эфектыўна дасягнуць SoC.
Высокапрадукцыйныя ўбудаваныя сістэмы: SoC асабліва падыходзіць для невялікіх прылад з жорсткімі патрабаваннямі да энергаэфектыўнасці, такіх як прылады Інтэрнэту рэчаў і носныя прылады.
Сцэнарыі прымянення для SiP:
SiP мае больш шырокі спектр сцэнарыяў прымянення, падыходзячы для абласцей, якія патрабуюць хуткага развіцця і шматфункцыянальнай інтэграцыі, такіх як:
Камунікацыйнае абсталяванне: для базавых станцый, маршрутызатараў і г.д. SiP можа інтэграваць некалькі радыёчастотных і лічбавых сігнальных працэсараў, паскараючы цыкл распрацоўкі прадукту.
Бытавая электроніка: для такіх прадуктаў, як разумныя гадзіннікі і Bluetooth-гарнітуры, якія маюць хуткія цыклы абнаўлення, тэхналогія SiP дазваляе хутчэй запускаць новыя прадукты.
Аўтамабільная электроніка: модулі кіравання і радарныя сістэмы ў аўтамабільных сістэмах могуць выкарыстоўваць тэхналогію SiP для хуткай інтэграцыі розных функцыянальных модуляў.
4. Тэндэнцыі развіцця SoC і SiP
Тэндэнцыі ў распрацоўцы SoC:
SoC будзе працягваць развівацца ў напрамку большай інтэграцыі і гетэрагеннай інтэграцыі, патэнцыйна ўключаючы большую інтэграцыю працэсараў штучнага інтэлекту, модуляў сувязі 5G і іншых функцый, што будзе стымуляваць далейшую эвалюцыю інтэлектуальных прылад.
Тэндэнцыі ў развіцці SiP:
SiP будзе ўсё больш абапірацца на перадавыя тэхналогіі ўпакоўкі, такія як 2.5D і 3D-упакоўкі, каб шчыльна аб'яднаць чыпы з рознымі працэсамі і функцыямі разам і задаволіць хутка зменлівыя патрабаванні рынку.
5. Заключэнне
SoC больш падобны на будаўніцтва шматфункцыянальнага суперхмарочоса, які сканцэнтраваў усе функцыянальныя модулі ў адной канструкцыі, прыдатнай для прыкладанняў з надзвычай высокімі патрабаваннямі да прадукцыйнасці, памеру і спажывання энергіі. SiP, з іншага боку, падобны на «ўпакоўку» розных функцыянальных чыпаў у сістэму, больш арыентаваную на гнуткасць і хуткую распрацоўку, асабліва падыходзіць для бытавой электронікі, якая патрабуе хуткіх абнаўленняў. Абодва маюць свае моцныя бакі: SoC робіць акцэнт на аптымальнай прадукцыйнасці сістэмы і аптымізацыі памеру, у той час як SiP падкрэслівае гнуткасць сістэмы і аптымізацыю цыклу распрацоўкі.
Час публікацыі: 28 кастрычніка 2024 г.