Tiek SoC (System on Chip), tiek SiP (System in Package) yra svarbūs šiuolaikinių integrinių grandynų kūrimo etapai, leidžiantys miniatiūrizuoti, efektyviai ir integruoti elektronines sistemas.
1. SoC ir SiP apibrėžimai ir pagrindinės sąvokos
SoC (System on Chip) – visos sistemos integravimas į vieną lustą
SoC yra tarsi dangoraižis, kuriame visi funkciniai moduliai suprojektuoti ir integruoti į tą patį fizinį lustą. Pagrindinė SoC idėja yra integruoti visus pagrindinius elektroninės sistemos komponentus, įskaitant procesorių (CPU), atmintį, ryšio modulius, analogines grandines, jutiklių sąsajas ir įvairius kitus funkcinius modulius, į vieną lustą. SoC pranašumai yra aukštas integracijos lygis ir mažas dydis, suteikiantis didelę našumo, energijos suvartojimo ir matmenų naudą, todėl jis ypač tinka didelio našumo, jautriems galiai gaminiams. „Apple“ išmaniųjų telefonų procesoriai yra „SoC“ lustų pavyzdžiai.
Pavyzdžiui, SoC yra tarsi „super pastatas“ mieste, kuriame visos funkcijos yra suprojektuotos viduje, o įvairūs funkciniai moduliai yra tarsi skirtingi aukštai: kai kurie yra biuro zonos (procesoriai), kiti yra pramogų zonos (atmintis), o kiti yra ryšių tinklai (ryšių sąsajos), visi sutelkti tame pačiame pastate (lustas). Tai leidžia visai sistemai veikti naudojant vieną silicio lustą, todėl pasiekiamas didesnis efektyvumas ir našumas.
SiP (System in Package) – skirtingų lustų derinimas
SiP technologijos požiūris yra kitoks. Tai labiau panašu į kelių lustų su skirtingomis funkcijomis supakavimą toje pačioje fizinėje pakuotėje. Jame pagrindinis dėmesys skiriamas kelių funkcinių lustų derinimui naudojant pakavimo technologiją, o ne integruojant juos į vieną lustą, pvz., SoC. SiP leidžia kelis lustus (procesorius, atmintį, RF lustus ir kt.) supakuoti vienas šalia kito arba sudėti į vieną modulį, taip suformuojant sistemos lygio sprendimą.
SiP sąvoką galima prilyginti įrankių dėžės surinkimui. Įrankių dėžėje gali būti įvairių įrankių, tokių kaip atsuktuvai, plaktukai ir grąžtai. Nors tai yra nepriklausomi įrankiai, jie visi yra sujungti į vieną dėžutę patogiam naudojimui. Šio požiūrio privalumas yra tas, kad kiekvienas įrankis gali būti kuriamas ir gaminamas atskirai, o pagal poreikį gali būti „surinktas“ į sistemos paketą, suteikiant lankstumo ir spartos.
2. SoC ir SiP techninės charakteristikos ir skirtumai
Integravimo metodų skirtumai:
SoC: skirtingi funkciniai moduliai (pvz., CPU, atmintis, įvesties / išvesties ir kt.) yra tiesiogiai suprojektuoti tame pačiame silicio luste. Visi moduliai turi tą patį pagrindinį procesą ir projektavimo logiką, sudarydami integruotą sistemą.
SiP: Skirtingi funkciniai lustai gali būti gaminami naudojant skirtingus procesus, o vėliau sujungti į vieną pakavimo modulį naudojant 3D pakavimo technologiją, kad būtų suformuota fizinė sistema.
Dizaino sudėtingumas ir lankstumas:
SoC: Kadangi visi moduliai yra integruoti į vieną lustą, projektavimo sudėtingumas yra labai didelis, ypač bendradarbiaujant skirtingų modulių, tokių kaip skaitmeninis, analoginis, RF ir atmintis, projektavimas. Tam reikia, kad inžinieriai turėtų gilių skirtingų domenų projektavimo galimybių. Be to, jei kyla problemų dėl kurio nors SoC modulio, gali tekti perdaryti visą lustą, o tai kelia didelę riziką.
SiP: Priešingai, SiP siūlo didesnį dizaino lankstumą. Skirtingi funkciniai moduliai gali būti suprojektuoti ir patikrinti atskirai prieš supakuojant juos į sistemą. Jei su moduliu iškyla problema, reikia pakeisti tik tą modulį, o kitos dalys lieka nepakitusios. Tai taip pat leidžia greičiau vystytis ir sumažinti riziką, palyginti su SoC.
Proceso suderinamumas ir iššūkiai:
SoC: skirtingų funkcijų, tokių kaip skaitmeninė, analoginė ir RF, integravimas į vieną lustą susiduria su dideliais proceso suderinamumo iššūkiais. Skirtingiems funkciniams moduliams reikalingi skirtingi gamybos procesai; Pavyzdžiui, skaitmeninėms grandinėms reikia didelės spartos, mažos galios procesų, o analoginėms grandinėms gali prireikti tikslesnio įtampos valdymo. Labai sunku pasiekti šių skirtingų procesų suderinamumą tame pačiame luste.
SiP: naudodamas pakavimo technologiją, SiP gali integruoti lustus, pagamintus naudojant skirtingus procesus, taip išspręsdamas proceso suderinamumo problemas, su kuriomis susiduria SoC technologija. SiP leidžia kelioms heterogeninėms lustams dirbti kartu vienoje pakuotėje, tačiau pakavimo technologijos tikslumo reikalavimai yra dideli.
MTEP ciklas ir išlaidos:
SoC: Kadangi SoC reikia kurti ir patikrinti visus modulius nuo nulio, projektavimo ciklas yra ilgesnis. Kiekvienas modulis turi būti kruopščiai suprojektuotas, patikrintas ir išbandytas, o bendras kūrimo procesas gali užtrukti keletą metų, o tai lemia dideles išlaidas. Tačiau masinėje gamyboje vieneto kaina yra mažesnė dėl didelės integracijos.
SiP: SiP tyrimų ir plėtros ciklas yra trumpesnis. Kadangi SiP pakavimui tiesiogiai naudoja esamus, patikrintus funkcinius lustus, tai sumažina modulio perprojektavimo laiką. Tai leidžia greičiau pristatyti produktus ir žymiai sumažinti mokslinių tyrimų ir plėtros sąnaudas.
Sistemos našumas ir dydis:
SoC: kadangi visi moduliai yra tame pačiame luste, ryšio vėlavimai, energijos nuostoliai ir signalo trukdžiai yra kuo mažesni, todėl SoC suteikia neprilygstamą pranašumą našumo ir energijos suvartojimo srityje. Jo dydis yra minimalus, todėl jis ypač tinkamas programoms, kurioms reikia didelio našumo ir galios, pavyzdžiui, išmaniesiems telefonams ir vaizdo apdorojimo lustams.
SiP: Nors SiP integracijos lygis nėra toks aukštas kaip SoC, jis vis tiek gali kompaktiškai supakuoti skirtingus lustus, naudodamas kelių sluoksnių pakavimo technologiją, todėl jų dydis yra mažesnis, palyginti su tradiciniais kelių lustų sprendimais. Be to, kadangi moduliai yra fiziškai supakuoti, o ne integruoti į tą patį silicio lustą, o našumas gali neprilygti SoC, jis vis tiek gali patenkinti daugelio programų poreikius.
3. SoC ir SiP taikymo scenarijai
SoC taikymo scenarijai:
SoC paprastai tinka laukams, kuriems keliami dideli dydžio, energijos suvartojimo ir našumo reikalavimai. Pavyzdžiui:
Išmanieji telefonai: išmaniųjų telefonų procesoriai (pvz., Apple A serijos lustai arba Qualcomm Snapdragon) paprastai yra labai integruoti SoC, kuriuose yra CPU, GPU, AI apdorojimo blokai, ryšio moduliai ir kt., kuriems reikalingas galingas našumas ir mažas energijos suvartojimas.
Vaizdo apdorojimas: skaitmeniniuose fotoaparatuose ir dronuose vaizdo apdorojimo įrenginiai dažnai reikalauja stiprių lygiagretaus apdorojimo galimybių ir mažo delsos, o tai gali veiksmingai pasiekti SoC.
Didelio našumo įterptosios sistemos: SoC ypač tinka mažiems įrenginiams, kuriems taikomi griežti energijos vartojimo efektyvumo reikalavimai, pavyzdžiui, daiktų interneto įrenginiams ir nešiojamiesiems įrenginiams.
SiP taikymo scenarijai:
SiP turi platesnį pritaikymo scenarijų spektrą, tinkantį toms sritims, kurioms reikalinga greita plėtra ir daugiafunkcinė integracija, pavyzdžiui:
Ryšio įranga: bazinėse stotyse, maršrutizatoriuose ir kt. SiP gali integruoti kelis RF ir skaitmeninių signalų procesorius, pagreitindamas produkto kūrimo ciklą.
Buitinė elektronika: tokiems produktams kaip išmanieji laikrodžiai ir „Bluetooth“ ausinės, kurių atnaujinimo ciklai yra greiti, SiP technologija leidžia greičiau pristatyti naujus produktus.
Automobilių elektronika: Valdymo moduliai ir radarų sistemos automobilių sistemose gali naudoti SiP technologiją, kad greitai integruotų skirtingus funkcinius modulius.
4. Ateities SoC ir SiP plėtros tendencijos
SoC plėtros tendencijos:
SoC ir toliau vystysis link didesnės integracijos ir nevienalytės integracijos, galbūt įtraukiant daugiau AI procesorių, 5G ryšio modulių ir kitų funkcijų, o tai paskatins tolesnę išmaniųjų įrenginių evoliuciją.
SiP plėtros tendencijos:
SiP vis labiau pasikliaus pažangiomis pakavimo technologijomis, tokiomis kaip 2,5D ir 3D pakavimo pažanga, kad būtų galima glaudžiai supakuoti skirtingų procesų ir funkcijų lustus, kad atitiktų greitai kintančius rinkos poreikius.
5. Išvada
SoC labiau primena daugiafunkcio super dangoraižio kūrimą, sutelkiant visus funkcinius modulius į vieną dizainą, tinkantį programoms, kurioms keliami itin aukšti našumo, dydžio ir energijos suvartojimo reikalavimai. Kita vertus, SiP yra tarsi skirtingų funkcinių lustų „pakavimas“ į sistemą, daugiau dėmesio skiriant lankstumui ir sparčiai plėtrai, ypač tinkama buitinei elektronikai, kuriai reikia greitų atnaujinimų. Abu turi savo stipriąsias puses: SoC pabrėžia optimalų sistemos veikimą ir dydžio optimizavimą, o SiP pabrėžia sistemos lankstumą ir kūrimo ciklo optimizavimą.
Paskelbimo laikas: 2024-10-28