Як SoC (сістэма на чыпе), так і SiP (сістэма ва ўпакоўцы) з'яўляюцца важнымі этапамі ў развіцці сучасных інтэгральных схем, якія забяспечваюць мініяцюрызацыю, эфектыўнасць і інтэграцыю электронных сістэм.
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 і той жа 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 невялікім памеры, што забяспечвае значныя перавагі ў прадукцыйнасці, энергаспажыванні і памерах, што робіць яго асабліва прыдатным для высокапрадукцыйных, адчувальных да энергіі прадуктаў. Працэсары ў смартфонах Apple з'яўляюцца прыкладамі чыпаў SoC.
Каб праілюстраваць, SoC падобны на «супербудынак» у горадзе, дзе ўсе функцыі спраектаваны ўнутры, а розныя функцыянальныя модулі падобныя на розныя паверхі: некаторыя з іх з'яўляюцца офіснымі памяшканнямі (працэсары), некаторыя з'яўляюцца забаўляльнымі зонамі (памяць), а некаторыя з'яўляюцца сеткі сувязі (камунікацыйныя інтэрфейсы), усе сканцэнтраваныя ў адным будынку (чыпе). Гэта дазваляе ўсёй сістэме працаваць на адным крэмніевым чыпе, дасягаючы большай эфектыўнасці і прадукцыйнасці.
SiP (System in Package) - Аб'яднанне розных чыпаў разам
Падыход тэхналогіі SiP іншы. Гэта больш падобна на ўпакоўку некалькіх чыпаў з рознымі функцыямі ў адной фізічнай упакоўцы. Ён сканцэнтраваны на аб'яднанні некалькіх функцыянальных чыпаў з дапамогай тэхналогіі ўпакоўкі, а не на інтэграцыі іх у адзін чып, як SoC. SiP дазваляе ўпакоўваць некалькі чыпаў (працэсары, памяць, радыёчастотныя чыпы і г.д.) побач або складаць у адзін і той жа модуль, утвараючы рашэнне сістэмнага ўзроўню.
Канцэпцыю SiP можна параўнаць са зборкай скрыні з інструментамі. У скрыні з інструментамі могуць быць 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 гэтага падыходу заключаецца ў тым, што кожны інструмент можна распрацоўваць і вырабляць асобна, і іх можна "сабраць" у сістэмны пакет па меры неабходнасці, забяспечваючы гнуткасць і хуткасць.
2. Тэхнічныя характарыстыкі і адрозненні паміж SoC і SiP
Адрозненні метаду інтэграцыі:
SoC: Розныя функцыянальныя модулі (напрыклад, працэсар, памяць, увод-вывад і г.д.) непасрэдна распрацаваны на адным крамянёвым чыпе. Усе модулі маюць адзін і той жа асноўны працэс і логіку праектавання, утвараючы інтэграваную сістэму.
SiP: розныя функцыянальныя чыпы могуць быць выраблены з выкарыстаннем розных працэсаў, а затым аб'яднаны ў адзін упаковачны модуль з выкарыстаннем тэхналогіі 3D-упакоўкі для фарміравання фізічнай сістэмы.
Складанасць дызайну і гнуткасць:
SoC: Паколькі ўсе модулі інтэграваныя ў адзін чып, складанасць праектавання вельмі высокая, асабліва для сумеснага праектавання розных модуляў, такіх як лічбавыя, аналагавыя, радыёчастотныя і памяці. Гэта патрабуе ад інжынераў глыбокіх міждаменных магчымасцей праектавання. Больш за тое, калі ёсць праблема з дызайнам любога модуля ў SoC, магчыма, спатрэбіцца перапрацаваць увесь чып, што стварае значныя рызыкі.
SiP: Наадварот, SiP прапануе вялікую гнуткасць дызайну. Розныя функцыянальныя модулі могуць быць спраектаваны і правераны асобна, перш чым быць упакаванымі ў сістэму. Калі ўзнікае праблема з модулем, трэба замяніць толькі гэты модуль, не закранаючы іншыя часткі. Гэта таксама забяспечвае больш высокую хуткасць распрацоўкі і меншыя 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 кантролю напружання. Дасягнуць сумяшчальнасці паміж гэтымі рознымі працэсамі на адным чыпе вельмі складана.
SiP: з дапамогай тэхналогіі ўпакоўкі SiP можа інтэграваць чыпы, вырабленыя з выкарыстаннем розных працэсаў, вырашаючы праблемы сумяшчальнасці працэсаў, з якімі сутыкаецца тэхналогія SoC. SiP дазваляе некалькім гетэрагенным чыпам працаваць разам у адным корпусе, але патрабаванні да дакладнасці тэхналогіі ўпакоўкі высокія.
Цыкл НДДКР і выдаткі:
SoC: Паколькі SoC патрабуе праектавання і праверкі ўсіх модуляў з нуля, цыкл распрацоўкі больш працяглы. Кожны модуль павінен прайсці дбайнае праектаванне, праверку і тэставанне, а агульны працэс распрацоўкі можа заняць некалькі гадоў, што прывядзе да вялікіх выдаткаў. Аднак пасля серыйнай вытворчасці кошт адзінкі ніжэй з-за высокай інтэграцыі.
SiP: цыкл даследаванняў і распрацовак карацей для SiP. Паколькі SiP непасрэдна выкарыстоўвае існуючыя, правераныя функцыянальныя мікрасхемы для ўпакоўкі, гэта скарачае час, неабходны для рэканструкцыі модуля. Гэта дазваляе хутчэй запускаць прадукт і значна зніжае выдаткі на даследаванні і распрацоўкі.
Прадукцыйнасць сістэмы і памер:
SoC: Паколькі ўсе модулі знаходзяцца на адным чыпе, затрымкі сувязі, страты энергіі і перашкоды сігналу зведзены да мінімуму, 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 магутнасці, такіх як смартфоны і мікрасхемы апрацоўкі малюнкаў.
SiP: Нягледзячы на тое, што ўзровень інтэграцыі SiP не такі высокі, як у SoC, ён 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 спакаваныя, а не інтэграваныя ў адзін і той жа крэмніевы чып, хаця прадукцыйнасць можа не адпавядаць прадукцыйнасці SoC, яна ўсё роўна можа задаволіць патрэбы большасці прыкладанняў.
3. Сцэнарыі прымянення для SoC і SiP
Сцэнарыі прымянення для SoC:
SoC звычайна падыходзіць для абласцей з высокімі патрабаваннямі да памеру, энергаспажывання і прадукцыйнасці. Напрыклад:
Смартфоны: Працэсары ў смартфонах (напрыклад, чыпы серыі A ад Apple або Snapdragon ад Qualcomm) звычайна з'яўляюцца высокаінтэграванымі SoC, якія ўключаюць цэнтральны працэсар, графічны працэсар, працэсары штучнага інтэлекту, модулі сувязі і г.д., што патрабуе высокай прадукцыйнасці і нізкага энергаспажывання.
Апрацоўка выявы: у лічбавых камерах і беспілотніках прылады апрацоўкі выявы часта патрабуюць моцных магчымасцей паралельнай апрацоўкі і нізкай затрымкі, чаго можа эфектыўна дасягнуць SoC.
Высокапрадукцыйныя ўбудаваныя сістэмы: SoC асабліва падыходзіць для невялікіх прылад са строгімі патрабаваннямі да энергаэфектыўнасці, такіх як прылады IoT і носныя прылады.
Сцэнары прымянення для SiP:
SiP мае больш шырокі дыяпазон сцэнарыяў прымянення, прыдатны 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.
Спажывецкая электроніка: для такіх прадуктаў, як разумныя гадзіннікі і Bluetooth-гарнітуры, якія маюць хуткія цыклы абнаўлення, тэхналогія SiP дазваляе хутчэй запускаць новыя функцыянальныя прадукты.
Аўтамабільная электроніка: модулі кіравання і радарныя сістэмы ў аўтамабільных сістэмах могуць выкарыстоўваць тэхналогію SiP для хуткай інтэграцыі розных функцыянальных модуляў.
4. Будучыя тэндэнцыі развіцця SoC і SiP
Тэндэнцыі развіцця SoC:
SoC будзе працягваць развівацца ў напрамку больш высокай інтэграцыі і гетэрагеннай інтэграцыі, патэнцыйна залучаючы больш інтэграцыю працэсараў штучнага інтэлекту, модуляў сувязі 5G і іншых функцый, стымулюючы далейшую эвалюцыю інтэлектуальных прылад.
Тэндэнцыі развіцця SiP:
SiP будзе ўсё больш абапірацца на перадавыя тэхналогіі ўпакоўкі, такія як удасканаленне ўпакоўкі 2,5D і 3D, для шчыльнай упакоўкі чыпаў з рознымі працэсамі і функцыямі, каб задаволіць патрабаванні рынку, якія хутка змяняюцца.
5. Заключэнне
SoC больш падобна на стварэнне шматфункцыянальнага суперхмарачоса, які канцэнтруе ўсе функцыянальныя модулі ў адной канструкцыі, прыдатнай для прыкладанняў з вельмі высокімі патрабаваннямі да прадукцыйнасці, памеру і энергаспажывання. SiP, з іншага боку, падобны на "ўпакоўку" розных функцыянальных чыпаў у сістэму, удзяляючы больш увагі гнуткасці і хуткаму развіццю, што асабліва падыходзіць для бытавой электронікі, якая патрабуе хуткага абнаўлення. У абодвух ёсць свае моцныя бакі: SoC падкрэслівае аптымальную прадукцыйнасць сістэмы і аптымізацыю памеру, а SiP падкрэслівае гнуткасць сістэмы і аптымізацыю цыкла распрацоўкі.
Час публікацыі: 28 кастрычніка 2024 г