Tiek SoC (sistema luste), tiek SiP (sistema pakuotėje) yra svarbūs šiuolaikinių integrinių grandynų kūrimo etapai, leidžiantys miniatiūrizuoti, efektyviai naudoti ir integruoti elektronines sistemas.
1. SoC ir SiP apibrėžimai ir pagrindinės sąvokos
SoC (sistema viename luste) – visos sistemos integravimas į vieną lustą
Sistemos mikroschema (SoC) yra tarsi dangoraižis, kuriame visi funkciniai moduliai yra suprojektuoti ir integruoti į tą patį fizinį lustą. Pagrindinė sistemos mikroschemos (SoC) idėja – integruoti visus pagrindinius elektroninės sistemos komponentus, įskaitant procesorių (CPU), atmintį, ryšio modulius, analogines grandines, jutiklių sąsajas ir įvairius kitus funkcinius modulius, į vieną lustą. Sistemos mikroschemos privalumai yra aukštas integracijos lygis ir mažas dydis, suteikiantys didelę naudą našumo, energijos suvartojimo ir matmenų srityse, todėl ji ypač tinka didelio našumo, energijai jautriems gaminiams. „Apple“ išmaniųjų telefonų procesoriai yra sistemos mikroschemų pavyzdžiai.
Pavyzdžiui, SoC yra tarsi „superpastatas“ mieste, kuriame visos funkcijos yra suprojektuotos viduje, o įvairūs funkciniai moduliai yra tarsi skirtingi aukštai: vieni yra biurų zonos (procesoriai), kiti – pramogų zonos (atmintis), o kiti – ryšių tinklai (ryšio sąsajos), visi sutelkti tame pačiame pastate (luste). Tai leidžia visai sistemai veikti viename silicio luste, pasiekiant didesnį efektyvumą ir našumą.
SiP (sistema pakuotėje) – skirtingų lustų sujungimas
SiP technologijos metodas kitoks. Tai labiau panašu į kelių lustų su skirtingomis funkcijomis pakavimą į tą patį fizinį korpusą. Ji orientuota į kelių funkcinių lustų sujungimą naudojant pakavimo technologiją, o ne į jų integravimą į vieną lustą, kaip SoC. SiP leidžia kelis lustus (procesorius, atmintį, radijo dažnių lustus ir kt.) supakuoti greta arba sukrauti tame pačiame modulyje, sudarant sistemos lygio sprendimą.
SiP koncepciją galima palyginti su įrankių dėžės surinkimu. Įrankių dėžėje gali būti įvairių įrankių, tokių kaip atsuktuvai, plaktukai ir grąžtai. Nors tai yra nepriklausomi įrankiai, jie visi yra sujungti į vieną dėžę, kad būtų patogu juos naudoti. Šio metodo privalumas yra tas, kad kiekvieną įrankį galima sukurti ir pagaminti atskirai, o juos galima „surinkti“ į sistemos paketą pagal poreikį, užtikrinant lankstumą ir greitį.
2. SoC ir SiP techninės charakteristikos ir skirtumai
Integracijos metodo skirtumai:
SoC: Skirtingi funkciniai moduliai (pvz., CPU, atmintis, įvesties/išvesties ir kt.) yra tiesiogiai suprojektuoti ant to paties silicio lusto. Visi moduliai turi tą patį pagrindinį procesą ir projektavimo logiką, sudarydami integruotą sistemą.
SiP: Skirtingi funkciniai lustai gali būti gaminami naudojant skirtingus procesus ir vėliau sujungti į vieną pakavimo modulį, naudojant 3D pakavimo technologiją, kad būtų suformuota fizinė sistema.
Dizaino sudėtingumas ir lankstumas:
Sistemos lustas: Kadangi visi moduliai integruoti viename luste, projektavimo sudėtingumas yra labai didelis, ypač bendradarbiaujant projektuojant skirtingus modulius, tokius kaip skaitmeniniai, analoginiai, radijo dažnių ir atminties. Tam reikia, kad inžinieriai turėtų gilių tarpdisciplininio projektavimo galimybių. Be to, jei kyla problemų dėl bet kurio Sistemos lustas modulio projektavimo, gali tekti perprojektuoti visą lustą, o tai kelia didelę riziką.
SiP: Priešingai, SiP siūlo didesnį projektavimo lankstumą. Skirtingus funkcinius modulius galima suprojektuoti ir patikrinti atskirai prieš juos sujungiant į sistemą. Jei kyla problemų dėl modulio, reikia pakeisti tik tą modulį, o kitos dalys lieka nepakitusios. Tai taip pat leidžia greičiau kurti ir sumažinti riziką, palyginti su SoC.
Procesų suderinamumas ir iššūkiai:
SoC: Skirtingų funkcijų, tokių kaip skaitmeninės, analoginės ir radijo dažnių, integravimas į vieną lustą susiduria su dideliais procesų suderinamumo iššūkiais. Skirtingiems funkciniams moduliams reikalingi skirtingi gamybos procesai; pavyzdžiui, skaitmeninėms grandinėms reikia didelės spartos, mažos energijos sąnaudų procesų, o analoginėms grandinėms gali reikėti tikslesnio įtampos valdymo. Pasiekti šių skirtingų procesų suderinamumą tame pačiame luste yra labai sunku.
SiP: Pasitelkiant pakavimo technologiją, SiP gali integruoti lustus, pagamintus naudojant skirtingus procesus, ir taip išspręsti procesų suderinamumo problemas, su kuriomis susiduria SoC technologija. SiP leidžia keliems nevienalyčiams lustams veikti kartu tame pačiame korpuse, tačiau pakavimo technologijai keliami aukšti tikslumo reikalavimai.
MTEP ciklas ir sąnaudos:
Sistemos rinkinys: Kadangi sistemos rinkiniui reikia suprojektuoti ir patikrinti visus modulius nuo nulio, projektavimo ciklas yra ilgesnis. Kiekvienas modulis turi būti kruopščiai projektuojamas, tikrinamas ir testuojamas, o bendras kūrimo procesas gali užtrukti kelerius metus, todėl išlaidos yra didelės. Tačiau pradėjus masinę gamybą, vieneto kaina yra mažesnė dėl aukšto integracijos lygio.
SiP: SiP tyrimų ir plėtros ciklas yra trumpesnis. Kadangi SiP tiesiogiai naudoja esamus, patikrintus funkcinius lustus pakavimui, sutrumpėja modulių perprojektavimo laikas. Tai leidžia greičiau pristatyti produktus ir žymiai sumažinti tyrimų ir plėtros išlaidas.
Sistemos našumas ir dydis:
SoC: Kadangi visi moduliai yra tame pačiame luste, ryšio vėlavimai, energijos nuostoliai ir signalo trukdžiai yra sumažinti iki minimumo, todėl SoC turi neprilygstamą našumo ir energijos suvartojimo pranašumą. Jo dydis yra minimalus, todėl jis ypač tinka programoms, kurioms keliami dideli našumo ir energijos suvartojimo reikalavimai, 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 daugiasluoksnę pakavimo technologiją, todėl jų dydis yra mažesnis, palyginti su tradiciniais daugialuščiais sprendimais. Be to, kadangi moduliai yra fiziškai supakuoti, o ne integruoti tame pačiame silicio luste, nors našumas gali neatitikti SoC, jis vis tiek gali patenkinti daugumos programų poreikius.
3. SoC ir SiP taikymo scenarijai
SoC taikymo scenarijai:
SoC paprastai tinka sritims, kurioms keliami aukšti 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, dirbtinio intelekto apdorojimo įrenginiai, ryšio moduliai ir kt., kuriems reikalingas ir galingas našumas, ir mažas energijos suvartojimas.
Vaizdų apdorojimas: Skaitmeniniuose fotoaparatuose ir dronuose vaizdo apdorojimo įrenginiams dažnai reikalingos stiprios lygiagretaus apdorojimo galimybės ir mažas delsos laikas, kurį SoC gali efektyviai pasiekti.
Didelio našumo įterptosios sistemos: SoC ypač tinka mažiems įrenginiams, kuriems keliami griežti energijos vartojimo efektyvumo reikalavimai, pavyzdžiui, daiktų interneto įrenginiams ir nešiojamiesiems įrenginiams.
SiP taikymo scenarijai:
SiP turi platesnį taikymo scenarijų spektrą, tinkantį sritims, kurioms reikalingas greitas vystymasis ir daugiafunkcinė integracija, pavyzdžiui:
Ryšių įranga: Bazinėms stotims, maršrutizatoriams ir kt. SiP gali integruoti kelis radijo dažnių ir skaitmeninius signalų procesorius, taip paspartindamas produkto kūrimo ciklą.
Vartotojų elektronika: Tokiems produktams kaip išmanieji laikrodžiai ir „Bluetooth“ ausinės, kurių atnaujinimo ciklai yra greiti, „SiP“ technologija leidžia greičiau pristatyti naujus funkcinius produktus.
Automobilių elektronika: Automobilių sistemų valdymo moduliai ir radarų sistemos gali naudoti SiP technologiją, kad greitai integruotų skirtingus funkcinius modulius.
4. Būsimos SoC ir SiP plėtros tendencijos
Sisteminių lustų rinkinių (SoC) plėtros tendencijos:
Sistemų lustai (SoC) ir toliau vystysis link didesnės integracijos ir nevienalytės integracijos, potencialiai apimdami didesnę dirbtinio intelekto procesorių, 5G ryšio modulių ir kitų funkcijų integraciją, skatindami tolesnę išmaniųjų įrenginių evoliuciją.
SiP plėtros tendencijos:
SiP vis labiau remsis pažangiomis pakavimo technologijomis, tokiomis kaip 2,5D ir 3D pakavimo patobulinimai, kad būtų galima sandariai supakuoti lustus su skirtingais procesais ir funkcijomis, siekiant patenkinti sparčiai kintančius rinkos poreikius.
5. Išvada
SoC labiau primena daugiafunkcio superdangoraižio kūrimą, sutelkiant visus funkcinius modulius viename dizaine, tinkančiame programoms, kurioms keliami itin aukšti našumo, dydžio ir energijos suvartojimo reikalavimai. Kita vertus, SiP yra tarsi skirtingų funkcinių lustų „supakavimas“ į sistemą, labiau orientuotą į lankstumą ir greitą plėtrą, ypač tinka plataus vartojimo elektronikai, kuriai reikalingi greiti atnaujinimai. Abu jie turi savo stipriąsias puses: SoC pabrėžia optimalų sistemos našumą ir dydžio optimizavimą, o SiP pabrėžia sistemos lankstumą ir kūrimo ciklo optimizavimą.
Įrašo laikas: 2024 m. spalio 28 d.