Tako SoC (System on Chip) kot SiP (System in Package) 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 osnovnih komponent elektronskega sistema, vključno s procesorjem (CPE), pomnilnikom, komunikacijskimi moduli, analognimi vezji, senzorskimi vmesniki in različnimi drugimi funkcionalnimi moduli, na enem samem čipu. Prednosti SoC so v njegovi visoki stopnji integracije in majhnosti, kar zagotavlja pomembne prednosti pri zmogljivosti, porabi energije in dimenzijah, zaradi česar je še posebej primeren za visoko zmogljive izdelke, občutljive na moč. Procesorji v pametnih telefonih Apple 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 zabaviščni prostori (pomnilnik), nekateri pa komunikacijska omrežja (komunikacijski vmesniki), vsa skoncentrirana v isti zgradbi (čip). To omogoča, da celoten sistem deluje na enem silicijevem čipu, s čimer se doseže večja učinkovitost in zmogljivost.
SiP (Sistem v paketu) - Kombinacija različnih čipov skupaj
Pristop tehnologije SiP je drugačen. To je bolj kot pakiranje več čipov z različnimi funkcijami znotraj istega fizičnega paketa. Osredotoča se na združevanje več funkcionalnih čipov s tehnologijo pakiranja, namesto na njihovo integracijo v en sam čip, kot je SoC. SiP omogoča, da se več čipov (procesorjev, pomnilnika, RF čipov itd.) zapakira drug poleg drugega ali zloži znotraj istega modula, kar tvori rešitev na ravni sistema.
Koncept SiP lahko primerjamo s sestavljanjem škatle z orodjem. Škatla z orodjem lahko vsebuje različna orodja, kot so izvijači, kladiva in svedri. Čeprav gre za neodvisna orodja, so vsa poenotena 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 načinu integracije:
SoC: različni funkcionalni moduli (kot so CPE, pomnilnik, V/I itd.) so neposredno zasnovani na istem silicijevem čipu. Vsi moduli imajo enak osnovni proces in logiko oblikovanja, ki tvorijo integriran sistem.
SiP: Različne funkcionalne čipe je mogoče izdelati z različnimi postopki in jih nato združiti v en sam embalažni modul s tehnologijo 3D pakiranja v fizični sistem.
Kompleksnost in prilagodljivost oblikovanja:
SoC: Ker so vsi moduli integrirani na enem samem čipu, je zasnova zelo zapletena, zlasti pri skupnem oblikovanju različnih modulov, kot so digitalni, analogni, RF in pomnilnik. To od inženirjev zahteva globoke zmožnosti načrtovanja med domenami. Poleg tega, če obstaja težava z zasnovo katerega koli modula v SoC, bo morda treba preoblikovati celoten čip, kar predstavlja veliko tveganje.
SiP: Nasprotno pa SiP ponuja večjo prilagodljivost oblikovanja. Različne funkcionalne module je mogoče oblikovati in preveriti ločeno, preden jih zapakirate v sistem. Če pride do težave z modulom, je treba zamenjati samo ta modul, ostali deli pa ne bodo prizadeti. 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 en sam čip se sooča z velikimi izzivi združljivosti procesov. Različni funkcionalni moduli zahtevajo različne proizvodne procese; digitalna vezja na primer potrebujejo hitre procese z nizko porabo energije, medtem ko analogna vezja morda 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 uporabo različnih procesov, in tako reši težave z združljivostjo procesov, s katerimi se sooča tehnologija SoC. SiP omogoča, da več heterogenih čipov deluje skupaj v istem paketu, vendar so zahteve glede natančnosti tehnologije pakiranja visoke.
Cikel raziskav in razvoja ter stroški:
SoC: Ker SoC zahteva načrtovanje in preverjanje vseh modulov iz nič, je cikel načrtovanja daljši. Vsak modul mora biti podvržen strogemu načrtovanju, preverjanju in testiranju, celoten razvojni proces pa lahko traja več let, kar povzroči visoke stroške. Ko pa je v masovni proizvodnji, je cena na enoto nižja zaradi visoke integracije.
SiP: cikel raziskav in razvoja je krajši za SiP. Ker SiP neposredno uporablja obstoječe, preverjene funkcionalne čipe za pakiranje, zmanjša čas, potreben za preoblikovanje modulov. To omogoča hitrejše lansiranje izdelkov in bistveno nižje stroške raziskav in razvoja.
Zmogljivost in velikost sistema:
SoC: ker so vsi moduli na istem čipu, so komunikacijske zamude, izgube energije in motnje signala zmanjšane, kar daje SoC neprimerljivo prednost pri zmogljivosti in porabi energije. Njegova velikost je minimalna, zaradi česar je posebej primeren za aplikacije z visokimi zahtevami glede zmogljivosti in 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 tehnologije večplastnega pakiranja, kar ima za posledico manjšo velikost v primerjavi s tradicionalnimi rešitvami z več čipi. Poleg tega, ker so moduli fizično zapakirani in ne integrirani na istem silicijevem čipu, čeprav se zmogljivost morda ne ujema z zmogljivostjo SoC, lahko še vedno zadosti potrebam 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 Applovi čipi serije A ali Qualcommov Snapdragon) so običajno visoko integrirani SoC-ji, ki vključujejo CPE, GPE, procesorske enote AI, komunikacijske module itd., kar zahteva visoko zmogljivost in nizko porabo energije.
Obdelava slik: v digitalnih fotoaparatih in dronih enote za obdelavo slik pogosto zahtevajo močne zmožnosti 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 IoT in nosljive naprave.
Scenariji uporabe za SiP:
SiP ima širši nabor aplikacijskih scenarijev, primernih za področja, ki zahtevajo hiter razvoj in večnamensko integracijo, kot so:
Komunikacijska oprema: Za bazne postaje, usmerjevalnike itd. lahko SiP integrira več procesorjev RF in digitalnih signalov, 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 izdelkov z novimi funkcijami.
Avtomobilska elektronika: krmilni moduli in radarski sistemi v avtomobilskih sistemih lahko uporabljajo tehnologijo SiP za hitro integracijo različnih funkcionalnih modulov.
4. Prihodnji razvojni trendi SoC in SiP
Trendi v razvoju SoC:
SoC se bo še naprej razvijal v smeri višje integracije in heterogene integracije, kar bi lahko vključevalo večjo integracijo procesorjev AI, komunikacijskih modulov 5G in drugih funkcij, kar bo spodbudilo nadaljnji razvoj inteligentnih naprav.
Trendi razvoja SiP:
SiP se bo vedno bolj zanašal na napredne tehnologije pakiranja, kot sta napredek 2,5D in 3D pakiranja, za tesno pakiranje čipov z različnimi procesi in funkcijami, da bi izpolnili hitro spreminjajoče se zahteve trga.
5. Zaključek
SoC je bolj kot gradnja večnamenskega super nebotičnika, ki združuje vse funkcionalne module v enem dizajnu, primernem za aplikacije z izjemno visokimi zahtevami glede zmogljivosti, velikosti in porabe energije. SiP pa je kot "zapakiranje" različnih funkcionalnih čipov v sistem, bolj osredotočen 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