Tako SoC (sistem na čipu) kot SiP (sistem v paketu) sta pomembna mejnika v razvoju sodobnih integriranih vezij, ki omogočata miniaturizacijo, učinkovitost in integracijo elektronskih sistemov.
1. Definicije in osnovni koncepti SoC in SiP
SoC (sistem na čipu) - integracija celotnega sistema v en sam čip
SoC je kot nebotičnik, kjer so vsi funkcionalni moduli zasnovani in integrirani v isti fizični čip. Osrednja ideja SoC je integracija vseh osrednjih komponent elektronskega sistema, vključno s procesorjem (CPU), pomnilnikom, komunikacijskimi moduli, analognimi vezji, senzorskimi vmesniki in različnimi drugimi funkcionalnimi moduli, na en sam čip. Prednosti SoC so v visoki stopnji integracije in majhnosti, kar zagotavlja znatne prednosti pri zmogljivosti, porabi energije in dimenzijah, zaradi česar je še posebej primeren za visokozmogljive izdelke, občutljive na energijo. Procesorji v Apple pametnih telefonih so primeri čipov SoC.
Za ponazoritev, SoC je kot "super stavba" v mestu, kjer so vse funkcije zasnovane znotraj, različni funkcionalni moduli pa so kot različna nadstropja: nekateri so pisarniški prostori (procesorji), nekateri so zabavni prostori (pomnilnik) in nekateri so komunikacijska omrežja (komunikacijski vmesniki), vsi skoncentrirani v isti stavbi (čipu). To omogoča, da celoten sistem deluje na enem samem silicijevem čipu, kar dosega večjo učinkovitost in zmogljivost.
SiP (sistem v paketu) - Združevanje različnih čipov skupaj
Pristop tehnologije SiP je drugačen. Bolj je podoben pakiranju več čipov z različnimi funkcijami v isto fizično ohišje. Osredotoča se na združevanje več funkcionalnih čipov s tehnologijo pakiranja in ne na njihovo integracijo v en sam čip, kot je to pri SoC. SiP omogoča, da se več čipov (procesorjev, pomnilnika, RF čipov itd.) pakira drug ob drugem ali zloži v isti modul, kar tvori rešitev na sistemski ravni.
Koncept SiP lahko primerjamo s sestavljanjem orodjarne. Orodarna lahko vsebuje različna orodja, kot so izvijači, kladiva in vrtalniki. Čeprav gre za neodvisna orodja, so vsa združena v eni škatli za priročno uporabo. Prednost tega pristopa je, da je mogoče vsako orodje razviti in izdelati ločeno ter ga po potrebi "sestaviti" v sistemski paket, kar zagotavlja prilagodljivost in hitrost.
2. Tehnične značilnosti in razlike med SoC in SiP
Razlike v metodi integracije:
SoC: Različni funkcionalni moduli (kot so CPU, pomnilnik, V/I itd.) so neposredno zasnovani na istem silicijevem čipu. Vsi moduli imajo isti osnovni proces in logiko zasnove ter tvorijo integriran sistem.
SiP: Različni funkcionalni čipi se lahko izdelajo z različnimi postopki in nato združijo v en sam modul pakiranja z uporabo 3D-tehnologije pakiranja, da se tvori fizični sistem.
Kompleksnost in prilagodljivost oblikovanja:
SoC: Ker so vsi moduli integrirani na enem samem čipu, je kompleksnost načrtovanja zelo visoka, zlasti pri sodelovalnem načrtovanju različnih modulov, kot so digitalni, analogni, RF in pomnilniški. To od inženirjev zahteva poglobljene sposobnosti načrtovanja na več domenah. Poleg tega bo morda treba v primeru težav z načrtovanjem katerega koli modula v SoC preoblikovati celoten čip, kar predstavlja znatno tveganje.
SiP: Nasprotno pa SiP ponuja večjo prilagodljivost načrtovanja. Različne funkcionalne module je mogoče zasnovati in preveriti ločeno, preden se vključijo v sistem. Če se pojavi težava z modulom, je treba zamenjati le ta modul, drugi deli pa ostanejo nespremenjeni. To omogoča tudi hitrejše razvojne hitrosti in manjša tveganja v primerjavi s SoC.
Združljivost procesov in izzivi:
SoC: Integracija različnih funkcij, kot so digitalne, analogne in RF, na enem samem čipu se sooča z velikimi izzivi glede združljivosti procesov. Različni funkcionalni moduli zahtevajo različne proizvodne procese; na primer, digitalna vezja potrebujejo visokohitrostne procese z nizko porabo energije, medtem ko analogna vezja lahko zahtevajo natančnejši nadzor napetosti. Doseganje združljivosti med temi različnimi procesi na istem čipu je izjemno težko.
SiP: S tehnologijo pakiranja lahko SiP integrira čipe, izdelane z različnimi postopki, in tako reši težave z združljivostjo procesov, s katerimi se sooča tehnologija SoC. SiP omogoča, da več heterogenih čipov deluje skupaj v istem ohišju, vendar so zahteve glede natančnosti za tehnologijo pakiranja visoke.
Raziskovalno-razvojni cikel in stroški:
SoC: Ker SoC zahteva načrtovanje in preverjanje vseh modulov od začetka, je cikel načrtovanja daljši. Vsak modul mora biti podvržen strogemu načrtovanju, preverjanju in testiranju, celoten proces razvoja pa lahko traja več let, kar ima za posledico visoke stroške. Ko pa je enkrat v množični proizvodnji, so stroški enote nižji zaradi visoke integracije.
SiP: Cikel raziskav in razvoja je pri SiP krajši. Ker SiP neposredno uporablja obstoječe, preverjene funkcionalne čipe za pakiranje, skrajša čas, potreben za prenovo modulov. To omogoča hitrejše lansiranje izdelkov in znatno znižuje stroške raziskav in razvoja.
Zmogljivost in velikost sistema:
SoC: Ker so vsi moduli na istem čipu, so komunikacijske zamude, izgube energije in motnje signalov čim manjše, kar daje SoC-ju neprimerljivo prednost pri zmogljivosti in porabi energije. Zaradi minimalne velikosti je še posebej primeren za aplikacije z visokimi zahtevami glede zmogljivosti in porabe energije, kot so pametni telefoni in čipi za obdelavo slik.
SiP: Čeprav stopnja integracije SiP ni tako visoka kot pri SoC, lahko še vedno kompaktno zapakira različne čipe skupaj z uporabo večplastne tehnologije pakiranja, kar ima za posledico manjšo velikost v primerjavi s tradicionalnimi veččipnimi rešitvami. Poleg tega, ker so moduli fizično pakirani in ne integrirani na istem silicijevem čipu, čeprav zmogljivost morda ne ustreza SoC, lahko še vedno zadovolji potrebe večine aplikacij.
3. Scenariji uporabe za SoC in SiP
Scenariji uporabe za SoC:
SoC je običajno primeren za področja z visokimi zahtevami glede velikosti, porabe energije in zmogljivosti. Na primer:
Pametni telefoni: Procesorji v pametnih telefonih (kot so Appleovi čipi serije A ali Qualcommov Snapdragon) so običajno visoko integrirani sistemi na čipu, ki vključujejo CPU, GPU, procesne enote umetne inteligence, komunikacijske module itd., kar zahteva tako zmogljivo delovanje kot nizko porabo energije.
Obdelava slik: V digitalnih fotoaparatih in brezpilotnih letalnikih enote za obdelavo slik pogosto zahtevajo močne zmogljivosti vzporedne obdelave in nizko zakasnitev, kar lahko SoC učinkovito doseže.
Visokozmogljivi vgrajeni sistemi: SoC je še posebej primeren za majhne naprave s strogimi zahtevami glede energetske učinkovitosti, kot so naprave interneta stvari in nosljive naprave.
Scenariji uporabe za SiP:
SiP ima širši nabor scenarijev uporabe, primeren za področja, ki zahtevajo hiter razvoj in večfunkcijsko integracijo, kot so:
Komunikacijska oprema: Za bazne postaje, usmerjevalnike itd. lahko SiP integrira več RF in digitalnih signalnih procesorjev, kar pospeši razvojni cikel izdelka.
Potrošniška elektronika: Za izdelke, kot so pametne ure in slušalke Bluetooth, ki imajo hitre cikle nadgradnje, tehnologija SiP omogoča hitrejše lansiranje novih izdelkov.
Avtomobilska elektronika: Krmilni moduli in radarski sistemi v avtomobilskih sistemih lahko uporabljajo tehnologijo SiP za hitro integracijo različnih funkcionalnih modulov.
4. Trendi prihodnjega razvoja SoC in SiP
Trendi v razvoju SoC:
SoC se bo še naprej razvijal v smeri večje in heterogene integracije, kar lahko vključuje večjo integracijo procesorjev umetne inteligence, komunikacijskih modulov 5G in drugih funkcij, kar bo spodbudilo nadaljnji razvoj inteligentnih naprav.
Trendi v razvoju SiP:
SiP se bo vse bolj zanašal na napredne tehnologije pakiranja, kot sta napredek 2,5D in 3D pakiranja, da bi tesno združil čipe z različnimi postopki in funkcijami ter tako zadostil hitro spreminjajočim se tržnim zahtevam.
5. Zaključek
SoC je bolj podoben gradnji večnamenskega super nebotičnika, ki združuje vse funkcionalne module v eni zasnovi, primerni za aplikacije z izjemno visokimi zahtevami glede zmogljivosti, velikosti in porabe energije. SiP pa je kot "pakiranje" različnih funkcionalnih čipov v sistem, ki se bolj osredotoča na prilagodljivost in hiter razvoj, še posebej primeren za potrošniško elektroniko, ki zahteva hitre posodobitve. Oba imata svoje prednosti: SoC poudarja optimalno delovanje sistema in optimizacijo velikosti, medtem ko SiP poudarja prilagodljivost sistema in optimizacijo razvojnega cikla.
Čas objave: 28. oktober 2024