Tant el SOC (System on CHIP) com el SIP (sistema en paquet) són fites importants en el desenvolupament de circuits integrats moderns, permetent la miniaturització, l'eficiència i la integració dels sistemes electrònics.
1. Definicions i conceptes bàsics de SOC i SIP
SOC (sistema en xip): integrar tot el sistema en un sol xip
El SOC és com un gratacel, on tots els mòduls funcionals estan dissenyats i integrats al mateix xip físic. La idea bàsica de SOC és integrar tots els components bàsics d’un sistema electrònic, inclòs el processador (CPU), la memòria, els mòduls de comunicació, els circuits analògics, les interfícies de sensors i diversos altres mòduls funcionals, en un sol xip. Els avantatges del SOC es troben en el seu alt nivell d’integració i mida petita, proporcionant beneficis importants en el rendiment, el consum d’energia i les dimensions, cosa que el fa especialment adequat per a productes d’alt rendiment i sensibles a la potència. Els processadors dels telèfons intel·ligents Apple són exemples de xips SOC.
Per il·lustrar, SOC és com un "super edifici" en una ciutat, on es dissenyen totes les funcions i diversos mòduls funcionals són com diferents pisos: alguns són àrees d'oficina (processadors), algunes són zones d'entreteniment (memòria) i alguns són xarxes de comunicació (interfícies de comunicació), totes concentrades al mateix edifici (xip). Això permet que tot el sistema funcioni amb un sol xip de silici, aconseguint una major eficiència i rendiment.
SIP (sistema en paquet): combinant diferents xips junts
L’enfocament de la tecnologia SIP és diferent. S’assembla més a l’envasament múltiples xips amb diferents funcions dins del mateix paquet físic. Es centra en combinar múltiples xips funcionals mitjançant la tecnologia d’envasament en lloc d’integrar -los en un sol xip com SOC. SIP permet que diversos xips (processadors, memòria, xips RF, etc.) siguin empaquetats al costat de l'altre o apilats dins del mateix mòdul, formant una solució a nivell del sistema.
El concepte de SIP es pot semblar a muntar una caixa d’eines. La caixa d’eines pot contenir diferents eines, com ara cargols, martells i exercicis. Tot i que són eines independents, tots estan unificats en una caixa per a un ús convenient. El benefici d’aquest enfocament és que cada eina es pot desenvolupar i produir per separat i es poden "muntar" en un paquet del sistema segons sigui necessari, proporcionant flexibilitat i velocitat.
2. Característiques i diferències tècniques entre SOC i SIP
Diferències del mètode d’integració:
SOC: Els diferents mòduls funcionals (com CPU, memòria, E/S, etc.) estan dissenyats directament al mateix xip de silici. Tots els mòduls comparteixen el mateix procés subjacent i la lògica de disseny, formant un sistema integrat.
SIP: es poden fabricar diferents xips funcionals mitjançant diferents processos i després combinar -se en un únic mòdul d’embalatge mitjançant la tecnologia d’envasament 3D per formar un sistema físic.
Complexitat i flexibilitat del disseny:
SOC: Com que tots els mòduls estan integrats en un sol xip, la complexitat del disseny és molt alta, especialment per al disseny col·laboratiu de diferents mòduls com ara digital, analògic, RF i memòria. Això requereix que els enginyers tinguin capacitats profundes de disseny de domini creuat. A més, si hi ha un problema de disseny amb qualsevol mòdul al SOC, és possible que es redissenyi tot el xip, cosa que suposa riscos importants.
SIP: En canvi, SIP ofereix una major flexibilitat del disseny. Es poden dissenyar i verificar diferents mòduls funcionals per separat abans de ser envasats en un sistema. Si es presenta un problema amb un mòdul, només cal substituir aquest mòdul, deixant les altres parts sense afectar. Això també permet velocitats de desenvolupament més ràpides i riscos més baixos en comparació amb SOC.
Processar la compatibilitat i els reptes:
SOC: La integració de diferents funcions com ara digital, analògic i RF en un sol xip té reptes importants en la compatibilitat del procés. Diferents mòduls funcionals requereixen diferents processos de fabricació; Per exemple, els circuits digitals necessiten processos d’alta velocitat i de baixa potència, mentre que els circuits analògics poden requerir un control de tensió més precís. L’obtenció de la compatibilitat entre aquests diferents processos en un mateix xip és extremadament difícil.
SIP: Mitjançant la tecnologia d’envasament, SIP pot integrar xips fabricats mitjançant diferents processos, resolent els problemes de compatibilitat del procés a què s’enfronta la tecnologia SOC. SIP permet que múltiples xips heterogenis treballin junts al mateix paquet, però els requisits de precisió per a la tecnologia d’envasos són alts.
Cicle i costos de R + D:
SOC: Com que SOC requereix dissenyar i verificar tots els mòduls des de zero, el cicle de disseny és més llarg. Cada mòdul ha de sotmetre’s a un disseny, verificació i proves rigoroses i el procés de desenvolupament global pot trigar diversos anys, donant lloc a costos elevats. No obstant això, un cop en la producció massiva, el cost unitari és menor a causa de l'elevada integració.
SIP: El cicle de R + D és més curt per SIP. Com que SIP utilitza directament xips funcionals existents i verificats per als envasos, redueix el temps necessari per al redisseny del mòdul. Això permet els llançaments de productes més ràpids i redueix significativament els costos d’R + D.
Rendiment i mida del sistema:
SOC: Com que tots els mòduls es troben en el mateix xip, es redueixen els retards de la comunicació, les pèrdues d’energia i la interferència del senyal, donant a SOC un avantatge inigualable en el rendiment i el consum d’energia. La seva mida és mínima, cosa que la fa especialment adequada per a aplicacions amb requisits d’alt rendiment i potència, com ara telèfons intel·ligents i xips de processament d’imatges.
SIP: Tot i que el nivell d’integració de SIP no és tan alt com el de SOC, encara pot empaquetar de forma compacta diferents xips junts mitjançant la tecnologia d’envasos de diverses capes, donant lloc a una mida menor en comparació amb les solucions tradicionals de diversos xips. A més, atès que els mòduls s’empaquen físicament en lloc d’integrar -se al mateix xip de silici, mentre que el rendiment pot no coincidir amb el de SOC, encara pot satisfer les necessitats de la majoria d’aplicacions.
3. Escenaris d’aplicació per a SOC i SIP
Escenaris d'aplicació per a SOC:
El SOC normalment és adequat per a camps amb requisits elevats per a la mida, el consum d'energia i el rendiment. Per exemple:
Els telèfons intel·ligents: els processadors en telèfons intel·ligents (com ara els xips de la sèrie A d'Apple o Qualcomm's Snapdragon) solen ser SOC altament integrats que incorporen CPU, GPU, unitats de processament d'AI, mòduls de comunicació, etc., que requereixen un rendiment potent i un consum baix d'energia.
Processament d’imatges: En càmeres digitals i drons, les unitats de processament d’imatges sovint requereixen fortes capacitats de processament paral·leles i una baixa latència, que SOC pot aconseguir eficaçment.
Sistemes incrustats d’alt rendiment: SOC és especialment adequat per a dispositius petits amb requisits estrictes d’eficiència energètica, com ara dispositius IoT i usables.
Escenaris d'aplicació per a SIP:
SIP té una gamma més àmplia d’escenaris d’aplicació, adequats per a camps que requereixen un desenvolupament ràpid i una integració multifuncional, com ara:
Equips de comunicació: per a estacions base, encaminadors, etc., SIP pot integrar diversos processadors de senyal RF i digital, accelerant el cicle de desenvolupament de productes.
Electrònica de consum: per a productes com els rellotges intel·ligents i els auriculars Bluetooth, que tenen cicles d’actualització ràpida, la tecnologia SIP permet llançar més ràpids productes de nous productes.
Automotive Electronics: els mòduls de control i els sistemes de radar en sistemes d'automòbils poden utilitzar la tecnologia SIP per integrar ràpidament diferents mòduls funcionals.
4. Tendències futures de desenvolupament de SOC i SIP
Tendències en el desenvolupament de SOC:
SOC continuarà evolucionant cap a una integració i una integració heterogènia més elevades, que impliquen més integració de processadors d’AI, mòduls de comunicació 5G i altres funcions, impulsant una evolució posterior dels dispositius intel·ligents.
Tendències en el desenvolupament de SIP:
SIP confiarà cada cop més en tecnologies avançades d’envasos, com ara els avenços d’envasos 2.5D i 3D, per empaquetar els xips amb diferents processos i funcions junts per satisfer les demandes del mercat ràpidament canviants.
5. Conclusió
SOC s’assembla més a construir un súper gratacels multifuncionals, concentrant tots els mòduls funcionals en un sol disseny, adequats per a aplicacions amb requisits extremadament elevats per al rendiment, la mida i el consum d’energia. SIP, d’altra banda, és com “envasar” diferents xips funcionals en un sistema, centrant -se més en la flexibilitat i el desenvolupament ràpid, especialment adequat per a l’electrònica de consum que requereixen actualitzacions ràpides. Ambdues tenen els seus punts forts: SOC posa l’accent en el rendiment òptim del sistema i l’optimització de la mida, mentre que SIP destaca la flexibilitat del sistema i l’optimització del cicle de desenvolupament.
Posada: el 28 d'octubre de 2014