Bæði SoC (System on Chip) og SiP (System in Package) eru mikilvægir áfangar í þróun nútíma samþættra hringrása, sem gerir smæðingu, skilvirkni og samþættingu rafeindakerfa kleift.
1. Skilgreiningar og grunnhugtök SoC og SiP
SoC (System on Chip) - Samþættir allt kerfið í eina flís
SoC er eins og skýjakljúfur, þar sem allar hagnýtar einingar eru hannaðar og samþættar í sama líkamlega flísinn. Kjarnahugmynd SoC er að samþætta alla kjarnaþætti rafeindakerfis, þar á meðal örgjörva (CPU), minni, samskiptaeiningar, hliðrænar hringrásir, skynjaraviðmót og ýmsar aðrar hagnýtar einingar, á eina flís. Kostir SoC liggja í mikilli samþættingu og smæð, sem veitir umtalsverðan ávinning í afköstum, orkunotkun og stærðum, sem gerir það sérstaklega hentugur fyrir afkastamikil, orkunæmar vörur. Örgjörvarnir í Apple snjallsímum eru dæmi um SoC flís.
Til að sýna fram á, er SoC eins og „ofurbygging“ í borg, þar sem allar aðgerðir eru hannaðar innan, og ýmsar virknieiningar eru eins og mismunandi hæðir: sumar eru skrifstofusvæði (örgjörvar), sumar eru afþreyingarsvæði (minni) og sumar eru samskiptanet (samskiptaviðmót), öll sameinuð í sömu byggingu (kubb). Þetta gerir öllu kerfinu kleift að starfa á einni sílikonflögu, sem nær meiri skilvirkni og afköstum.
SiP (System in Package) - Sameinar mismunandi flís saman
Nálgun SiP tækni er önnur. Það er meira eins og að pakka mörgum flögum með mismunandi aðgerðum innan sama líkamlega pakkans. Það leggur áherslu á að sameina marga hagnýta flís í gegnum umbúðatækni frekar en að samþætta þá í eina flís eins og SoC. SiP gerir kleift að pakka mörgum flísum (örgjörvum, minni, RF flísum osfrv.) hlið við hlið eða stafla í sömu einingu og mynda lausn á kerfisstigi.
Hugmyndinni um SiP má líkja við að setja saman verkfærakassa. Verkfærakassinn getur innihaldið mismunandi verkfæri, eins og skrúfjárn, hamar og borvélar. Þó að þau séu sjálfstæð verkfæri eru þau öll sameinuð í einum kassa til þægilegrar notkunar. Ávinningurinn af þessari nálgun er sá að hægt er að þróa og framleiða hvert tól fyrir sig og hægt er að "samsetja" þau í kerfispakka eftir þörfum, sem veitir sveigjanleika og hraða.
2. Tæknilegir eiginleikar og munur á SoC og SiP
Munur á samþættingaraðferðum:
SoC: Mismunandi hagnýtur einingar (eins og örgjörvi, minni, I/O osfrv.) eru beint hannaðar á sama sílikonkubbinn. Allar einingar deila sama undirliggjandi ferli og hönnunarrökfræði og mynda samþætt kerfi.
SiP: Hægt er að framleiða mismunandi virka flís með mismunandi ferlum og síðan sameina í einni pökkunareiningu með því að nota 3D umbúðatækni til að mynda líkamlegt kerfi.
Hönnunarflækjustig og sveigjanleiki:
SoC: Þar sem allar einingar eru samþættar á einni flís er hönnunarflækjan mjög mikil, sérstaklega fyrir samvinnuhönnun mismunandi eininga eins og stafrænar, hliðstæðar, RF og minni. Þetta krefst þess að verkfræðingar hafi djúpa hönnunarmöguleika yfir lén. Þar að auki, ef það er hönnunarvandamál með einhverri einingu í SoC, gæti þurft að endurhanna alla flöguna, sem hefur verulega áhættu í för með sér.
SiP: Aftur á móti býður SiP upp á meiri sveigjanleika í hönnun. Hægt er að hanna og sannreyna mismunandi hagnýtar einingar sérstaklega áður en þeim er pakkað inn í kerfi. Ef vandamál kemur upp með einingu þarf aðeins að skipta um þá einingu, þannig að hinir hlutarnir verða óbreyttir. Þetta gerir einnig ráð fyrir hraðari þróunarhraða og minni áhættu samanborið við SoC.
Samhæfni ferli og áskoranir:
SoC: Að samþætta mismunandi aðgerðir eins og stafrænar, hliðstæðar og RF á eina flís stendur frammi fyrir verulegum áskorunum í ferlisamhæfni. Mismunandi hagnýtur einingar krefjast mismunandi framleiðsluferla; til dæmis þurfa stafrænar hringrásir háhraða, lágt afl ferla, en hliðrænar hringrásir gætu þurft nákvæmari spennustýringu. Það er afar erfitt að ná samhæfni milli þessara mismunandi ferla á sama flís.
SiP: Með umbúðatækni getur SiP samþætt flögur sem eru framleiddar með mismunandi ferlum, leyst vinnslusamhæfisvandamálin sem SoC tækni stendur frammi fyrir. SiP gerir mörgum ólíkum flögum kleift að vinna saman í sama pakkanum, en nákvæmni kröfur um pökkunartækni eru miklar.
R&D hringrás og kostnaður:
SoC: Þar sem SoC krefst þess að hanna og sannreyna allar einingar frá grunni, er hönnunarferillinn lengri. Hver eining verður að gangast undir stranga hönnun, sannprófun og prófun og heildarþróunarferlið getur tekið nokkur ár, sem leiðir til mikils kostnaðar. Hins vegar, einu sinni í fjöldaframleiðslu, er einingakostnaðurinn lægri vegna mikillar samþættingar.
SiP: R&D hringrásin er styttri fyrir SiP. Vegna þess að SiP notar beinlínis núverandi, sannprófaða hagnýta flís fyrir umbúðir, dregur það úr þeim tíma sem þarf til endurhönnunar á einingum. Þetta gerir ráð fyrir hraðari vörukynningum og lækkar R&D kostnað verulega.
Afköst kerfisins og stærð:
SoC: Þar sem allar einingar eru á sama flís, eru samskiptatafir, orkutap og merkjatruflanir lágmarkaðar, sem gefur SoC óviðjafnanlega yfirburði í afköstum og orkunotkun. Stærð hans er í lágmarki, sem gerir það sérstaklega hentugur fyrir forrit með mikla afköst og aflþörf, eins og snjallsíma og myndvinnsluflögur.
SiP: Þó að samþættingarstig SiP sé ekki eins hátt og SoC, getur það samt pakkað mismunandi flísum saman með því að nota fjöllaga pökkunartækni, sem leiðir til minni stærðar miðað við hefðbundnar multi-chip lausnir. Þar að auki, þar sem einingarnar eru líkamlega pakkaðar frekar en samþættar á sama kísilflöguna, á meðan frammistaða gæti ekki passað við SoC, getur það samt uppfyllt þarfir flestra forrita.
3. Umsóknarsviðsmyndir fyrir SoC og SiP
Umsóknarsviðsmyndir fyrir SoC:
SoC er venjulega hentugur fyrir sviðum með miklar kröfur um stærð, orkunotkun og afköst. Til dæmis:
Snjallsímar: Örgjörvarnir í snjallsímum (eins og A-röð flísar frá Apple eða Snapdragon frá Qualcomm) eru venjulega mjög samþættir SoCs sem innihalda örgjörva, GPU, gervigreind vinnslueiningar, samskiptaeiningar o.s.frv., sem krefjast bæði öflugrar frammistöðu og lítillar orkunotkunar.
Myndvinnsla: Í stafrænum myndavélum og drónum þurfa myndvinnslueiningar oft sterka samhliða vinnslugetu og litla leynd, sem SoC getur í raun náð.
Afkastamikil innbyggð kerfi: SoC hentar sérstaklega vel fyrir lítil tæki með strangar kröfur um orkunýtni, eins og IoT tæki og wearables.
Umsóknarsviðsmyndir fyrir SiP:
SiP hefur fjölbreyttari notkunarsviðsmyndir, hentugar fyrir sviðum sem krefjast hraðrar þróunar og fjölvirkrar samþættingar, svo sem:
Samskiptabúnaður: Fyrir grunnstöðvar, beinar osfrv., getur SiP samþætt marga RF og stafræna merkja örgjörva, sem flýtir fyrir vöruþróunarferlinu.
Rafeindatækni: Fyrir vörur eins og snjallúr og Bluetooth heyrnartól, sem eru með hröð uppfærsluferli, gerir SiP tæknin kleift að koma nýjum eiginleikum vörum á markað fljótari.
Bifreiðaraftæki: Stjórnaeiningar og ratsjárkerfi í bílakerfum geta notað SiP tækni til að samþætta mismunandi hagnýtar einingar fljótt.
4. Framtíðarþróun SoC og SiP
Stefna í þróun SoC:
SoC mun halda áfram að þróast í átt að meiri samþættingu og misleitri samþættingu, sem mögulega felur í sér meiri samþættingu gervigreindar örgjörva, 5G samskiptaeininga og annarra aðgerða, sem knýr áfram frekari þróun greindartækja.
Stefna í þróun SiP:
SiP mun í auknum mæli reiða sig á háþróaða pökkunartækni, eins og 2.5D og 3D pökkunarframfarir, til að pakka flögum þétt saman með mismunandi ferlum og aðgerðum til að mæta ört breyttum kröfum markaðarins.
5. Niðurstaða
SoC er meira eins og að byggja fjölvirkan ofurskýjakljúf, sem sameinar allar hagnýtar einingar í einni hönnun, hentugur fyrir forrit með mjög miklar kröfur um frammistöðu, stærð og orkunotkun. SiP er aftur á móti eins og að „pakka“ mismunandi hagnýtum flísum inn í kerfi, með áherslu á sveigjanleika og hraðri þróun, sérstaklega hentugur fyrir rafeindatækni sem þarfnast skjótra uppfærslu. Báðir hafa sína styrkleika: SoC leggur áherslu á hámarksafköst kerfisins og stærðarfínstillingu, en SiP leggur áherslu á sveigjanleika kerfisins og hagræðingu á þróunarferlinu.
Birtingartími: 28. október 2024