淺談SOC技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展.doc

.研究生課程論文題目：淺談SOC技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 姓名： 專業(yè)： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 導(dǎo)師： 序言微電子技術(shù)當(dāng)前發(fā)展的一個(gè)標(biāo)志性的特點(diǎn)就是系統(tǒng)級(jí)芯片（SOC）概念的出現(xiàn)，也被稱為片上系統(tǒng)，即集成在一個(gè)芯片上的微電子系統(tǒng)。電子技術(shù)是信息社會(huì)的基石，實(shí)現(xiàn)信息化的網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵部件不管是各種計(jì)算機(jī)還是通訊電子裝備，它們的基礎(chǔ)都是集成電路。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展、使整機(jī)、電路與元件、器件之間的明確界限被突跛，器件問題、電路問題和整機(jī)系統(tǒng)問題已經(jīng)結(jié)合在一起。微電子技術(shù)與傳統(tǒng)電子技術(shù)相比，其主要特征是器件和電路的微小型化，它把電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造工藝緊密結(jié)合起來，適于進(jìn)行大規(guī)模的批量生產(chǎn)，因而成本低和可靠性高。由于IC設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)水平不斷提高，集成電路規(guī)模越來越大，大型集成電路的復(fù)雜程度越來越高，已經(jīng)可以將整個(gè)硬件系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上。正是在市場(chǎng)需求牽引和技術(shù)推動(dòng)的雙重作用下，出現(xiàn)了將整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)IC芯片上的系統(tǒng)級(jí)芯片的概念。其進(jìn)一步發(fā)展中，已經(jīng)可以將各種物理的、化學(xué)的和生物的敏感器用來執(zhí)行信息獲取功，與信息處理系統(tǒng)集成在一起可以完成從信息獲取、處理、存儲(chǔ)、傳輸?shù)綀?zhí)行的系統(tǒng)功能，這就是一個(gè)更廣意義上的系統(tǒng)集成芯片。隨著集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步和半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，越來越多的電路可以集成在一塊芯片內(nèi)，這大幅降低了系統(tǒng)的成本并提高了系統(tǒng)的可靠性。通過使用IP (Intellectual Property )，在單個(gè)芯片上可能集成了微控制器(MCU )、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、存儲(chǔ)器、射頻前端、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等硬件以及完成特定功能所必需的嵌入式軟件，這就是片上系統(tǒng)。SOC的主要特點(diǎn)就是包含微處理器以及完成特定功能所必需的嵌入式軟件。SOC不僅指它的硬件平臺(tái)，還包括了運(yùn)行在其上的軟件成分。一、SOC芯片技術(shù)的特征不斷發(fā)展的信息市場(chǎng)推動(dòng)技術(shù)的SOC發(fā)展。目前，很多具有中央處理器功能的消費(fèi)性電子產(chǎn)品，如視頻轉(zhuǎn)換器(Set-top box)、移動(dòng)電話(mobile phones)和個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等等，都可稱之為SOC芯片。這類產(chǎn)品不僅在市場(chǎng)上占有重要地位，且其銷售量還在不斷的增長(zhǎng)當(dāng)中，已經(jīng)越來越成為消費(fèi)性電子的主流產(chǎn)品。這類產(chǎn)品對(duì)成本與市場(chǎng)價(jià)格相當(dāng)敏感，因此，業(yè)者的競(jìng)爭(zhēng)力便來自于誰(shuí)能更好的控制成本。由于在一個(gè)芯片中集成了多種不同的功能模塊，SOC技術(shù)的發(fā)展為降低這類消費(fèi)性電子產(chǎn)品的成本提供了機(jī)會(huì)。SOC不但集成度高，更重要的是具有應(yīng)用領(lǐng)域的行為和功能特征，具有更多的應(yīng)用專業(yè)知識(shí)含量，使整機(jī)成本和體積以及功耗都大大降低，加快了整機(jī)系統(tǒng)更新?lián)Q代的速度，SOC推動(dòng)了通信、電腦、電子設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品朝輕、薄、短和低功耗方向發(fā)展，帶動(dòng)電子信息產(chǎn)業(yè)的新變革。SOC與單功能芯片相比有如下特點(diǎn)：1擴(kuò)展了芯片功能，從單一功能增加到多種功能，如一般移動(dòng)電話由RF/ IF信號(hào)處理電路和基頻信號(hào)處理電路兩大部分組成，目前上市的移動(dòng)電話用IC由2-4塊組成，1998年日本富士通公司利用CMOS工藝推出單芯片移動(dòng)電話用IC。這樣，在單芯片上可實(shí)現(xiàn)天線切換、鎖相回路(PLL)、本地振蕩、解調(diào)變處理、調(diào)變處理和幀處理等功能。2提高芯片性能指標(biāo)，SOC是從整個(gè)系統(tǒng)的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在相同的工藝條件下可實(shí)現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標(biāo)，如利用0135E.w工藝，采用SOC設(shè)計(jì)方法，在相同的系統(tǒng)復(fù)雜性和處理速率下，相當(dāng)于采用011Eun工藝制造的IC所實(shí)現(xiàn)的同樣系統(tǒng)的性能。同時(shí)，采用SOC設(shè)計(jì)方法完成同樣功能所需的晶體管數(shù)目可降低2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。3減少芯片體積，降低所占的印制電路板(PCB)空間，一個(gè)芯片集成一個(gè)系統(tǒng)，相當(dāng)于一個(gè)部件或一部整機(jī)，勢(shì)必減少整機(jī)的體積。如DVD用芯片，目前為第三代LSI芯片，由3塊芯片組成，不久將推出第四代LSI芯片，由2塊芯片組成，一塊為前端電路，另一塊為后端電路。4降低芯片功耗，提高抗電磁干擾和系統(tǒng)可靠性。如日本日立公司HG73M系列SOC，它集成SH3型SPU Core、高速邏輯電路和高密度DRAM等，其數(shù)據(jù)傳輸速率比采用外部DRAM系統(tǒng)高10-100倍，其功能僅為原來的1/ 10-1/ 20。而且降低了芯片的綜合成本，SOC要集成多種功能的IC，若靠一個(gè)公司從頭做起，要花費(fèi)很大的代價(jià)，浪費(fèi)很多的時(shí)間，并且一個(gè)公司也不可能做好全部的事情，因?yàn)槊總€(gè)公司都有自己的關(guān)鍵技術(shù)，都有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP: Intellect讓用戶參與設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)出來的芯片上市最快、最受用戶歡迎也最容易占領(lǐng)市場(chǎng)。5SOC為實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的信號(hào)處理和信息加工提供了新的思路和方法。SOC除了片內(nèi)包含大量的電子系統(tǒng)電路資源、具有用戶可編程的能力外，還具有將器件插在系統(tǒng)內(nèi)或電路板上就能對(duì)其進(jìn)行編程或再編程的能力。這種現(xiàn)場(chǎng)可編程和資源重復(fù)配置技術(shù)為設(shè)計(jì)者進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了可利用的最新手段。采用片內(nèi)可再編程技術(shù)，使得片上系統(tǒng)內(nèi)硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來配置，從而可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行靈活而方便的更改和開發(fā)，甚至可以在系統(tǒng)運(yùn)行過程中進(jìn)行再配置，使相同的硬件可以按不同時(shí)段實(shí)現(xiàn)不同的功能，提高了系統(tǒng)的效率。這種全新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念，使新一代的SOC具有極強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。它不僅使電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)以及產(chǎn)品性能的改進(jìn)和擴(kuò)充變得十分簡(jiǎn)易和方便，而且使電子系統(tǒng)具有適應(yīng)多功能的能力。要縮短設(shè)計(jì)周期，必須向公司購(gòu)買IP，可減少重復(fù)勞動(dòng)，提高效率，節(jié)約開支，降低成本。由于采用SOC，可減少外圍電路芯片，也降低了整機(jī)的成本。二、SOC芯片技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著電子技術(shù)開發(fā)應(yīng)用對(duì)集成電路IC需求量的擴(kuò)大和半導(dǎo)體工藝水平的不斷進(jìn)步，超大規(guī)模集成電路VLSI技術(shù)迅猛發(fā)展。當(dāng)前的半導(dǎo)體工藝水平己經(jīng)達(dá)到了亞微米水平并正在向50nm以下發(fā)展，器件特征尺寸越來越小，芯片集成規(guī)模越來越大，數(shù)百萬門級(jí)電路可以集成在一個(gè)芯片上，芯片尺寸已從邏輯限制變?yōu)楹副P限制，我們必須找到與常規(guī)集成電路設(shè)計(jì)思想不同的設(shè)計(jì)方式，它就是新世紀(jì)IC設(shè)計(jì)的主流技術(shù)。SOC是微電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把智能核、信息處理機(jī)制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來，在單個(gè)或少數(shù)幾個(gè)芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，既我們可以把越來越多的電路設(shè)計(jì)在同一個(gè)芯片中，這里面可能包含有中央處理器(CPU)，嵌入式內(nèi)存(Embedded memory)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、數(shù)字功能模塊(Digital function)、模擬功能模塊(Analog function)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/DC, D/AC)以及各種外圍配置(USB, MPEG)等等，這是新發(fā)展的SOC技術(shù)。SOC技術(shù)的研究、應(yīng)用和發(fā)展是微電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新的里程碑。SOC能提供更好的性能、更低的功耗、更小的印制板.空間和更低的成本，帶來了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的革命性新變革，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、硬盤驅(qū)動(dòng)器、個(gè)人數(shù)字助理和手持電子產(chǎn)品、消費(fèi)性電子產(chǎn)品等。SOC是21世紀(jì)電子系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的新平臺(tái)。從應(yīng)用角度劃分SOC有三種類型:專用集成電路型SOC、可編程SOC和OEM型SOC。目前己有幾家供應(yīng)商能夠提供可編程SOC，其中最為著名的有Atmel. Xilinx和Altera三家公司。從全球市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)來看，從1995年開始，SOC在集成電路市場(chǎng)中所占比例正在穩(wěn)步增長(zhǎng)，到2007年將接近四分之一。SOC的增長(zhǎng)速度也一直高于集成電路平均增長(zhǎng)速度。 SOC的應(yīng)用市場(chǎng)，通信與消費(fèi)類產(chǎn)品穩(wěn)居前兩位，隨后依次為數(shù)據(jù)處理，和汽車電子。因此，如何根據(jù)市場(chǎng)的需求，從應(yīng)用出發(fā)，推導(dǎo)出集成電路產(chǎn)品的設(shè)計(jì)規(guī)格，確定設(shè)計(jì)要求是我們需要解決的重要問題。三、SOC芯片技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)（一）SOC設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是IP核復(fù)用，有效地復(fù)用IP核成為SOC發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。建立IP核標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)布IP核的基礎(chǔ)設(shè)施，使IP核獲取渠道暢通。一個(gè)SOC芯片可能包含上百個(gè)IP核，沒有一家公司或企業(yè)可以完全擁有所需要的IP，為適應(yīng)上市時(shí)間的要求，從外界獲得IP核已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急，如果這樣的渠道不暢通，IP核用戶不能及時(shí)得到他所需要的IP，勢(shì)必成為阻礙SOC工業(yè)發(fā)展的瓶頸。解決這一問題的辦法就是建立IP核標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)布IP核的基礎(chǔ)設(shè)施。虛擬元件交易門戶VCX(Virtual Component Exchange)、虛擬元件交易門戶D&R (Design & Reuse)等是從事IP電子商務(wù)的組織，使IP核的交易在一種有效的、國(guó)際化、開放的市場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)進(jìn)行，從而提高IP的交易效率促進(jìn)遠(yuǎn)程IP的采購(gòu)與銷售，并為IP的交易提供法律和業(yè)務(wù)方面的服務(wù)。（二）SOC對(duì)EDA提出更高的要求，建立可重構(gòu)SOC創(chuàng)新開發(fā)平臺(tái)與設(shè)計(jì)工具研究。隨著微電子集成度的提高，SOC對(duì)EDA提出更高更苛刻的要求，從目前來說，滿足SOC設(shè)計(jì)軟件開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)前EDA行業(yè)的一個(gè)主要研究課題。這個(gè)問題不難理解，因?yàn)镋DA技術(shù)是受需求驅(qū)動(dòng)而發(fā)展的，總體來說，EDA產(chǎn)品總是要落后同一時(shí)代的尖端設(shè)計(jì)需求。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，EDA技術(shù)必然吸收信息技術(shù)的營(yíng)養(yǎng)，從而突破設(shè)計(jì)上的時(shí)空限制，完善軟、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)SOC的設(shè)計(jì)流程比傳統(tǒng)的IC設(shè)計(jì)復(fù)雜得多，需要的工具和語(yǔ)言也更加多樣化。一個(gè)統(tǒng)一的多用途語(yǔ)言就可減少這種麻煩，在設(shè)計(jì)流程中一個(gè)部分的代碼可在另一個(gè)部分復(fù)用，這就可以加速SOC的設(shè)計(jì)過程，并減少出錯(cuò)的可能。3SOC對(duì)算法和內(nèi)部電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提出更高的要求。在新一代SOC設(shè)計(jì)領(lǐng)域，需要重點(diǎn)突破和創(chuàng)新的問題還包括實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的算法和內(nèi)部電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二個(gè)方面?？v觀微電子技術(shù)的發(fā)展史，每一種算法的提出都會(huì)引起一場(chǎng)變革。例如維特比算法、小波變換等技術(shù)都對(duì)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的作用。目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊系統(tǒng)理論正在發(fā)展。利用新理論構(gòu)造新的算法是今后片上系統(tǒng)SOC設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要研究課題之一。在電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，由于射頻、存儲(chǔ)器件加入到SOC，使得SOC的電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工藝已經(jīng)不是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。因此需要發(fā)展更靈巧的新型電路結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)粘連邏輯，需要對(duì)新的邏輯陣列技術(shù)做系統(tǒng)、深入的研究。四、SOC芯片技術(shù)發(fā)展面臨的問題近幾年來，世界各國(guó)雖然推出多種SOC，但是SOC產(chǎn)業(yè)還是處于起步發(fā)展階段，存在著若干需要解決的問題。雖然目前SOC存在上述這些需解決的問題，但是它畢竟是一顆含苞未放的花蕾，不久便會(huì)結(jié)出碩果。1SOC制造商與用戶的關(guān)系。芯片制造商在構(gòu)思新品時(shí)就要讓用戶參與。在SOC設(shè)計(jì)時(shí)，要早期超前與用戶共同商量和研究，這就涉及一個(gè)高度信任的問題，為了做好用戶的保密工作，有的公司安排不同的設(shè)計(jì)組，并指定專人與用戶接觸，不得隨意擴(kuò)散。今天，芯片制造商之間的競(jìng)爭(zhēng)不僅來自對(duì)手也將來自用戶。因?yàn)橛脩粢涯茏约涸O(shè)計(jì)并通過代加工得到所需的IC。2缺乏復(fù)合型人才。SOC的設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)者具有寬廣和專門的知識(shí)，既要具有模擬電路專長(zhǎng)，又要具有數(shù)字電路特長(zhǎng):要具有豐富軟件知識(shí)。目前世界上各大半導(dǎo)體公司都深深感到設(shè)計(jì)SOC人才的匾乏，連IC發(fā)源地硅谷的各大公司也感到綜合技術(shù)人才的嚴(yán)重短缺。3EDA工具的能力。目前EDA工具還不夠成熟，其處理能力己跟不上SOC工藝的發(fā)展，未能充分發(fā)揮SOC的性能。設(shè)計(jì)優(yōu)化和高效率的IP表達(dá)法將是EDA產(chǎn)業(yè)未來應(yīng)解決的問題。而面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論支撐軟、硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)，其中不同的系統(tǒng)涉及各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)壓縮解壓縮和加密解密系統(tǒng)等4IP兼容性與多樣化?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)能否兼容以前設(shè)計(jì)的IP，如何使用其它公司開發(fā)的IP，能否制訂出一個(gè)IP設(shè)計(jì)和再利用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等問題都有待于進(jìn)一步解決。另外，在綜合不同來源的IP時(shí)，邏輯綜合軟件由于不能改變硬IP模塊的內(nèi)部邏輯與時(shí)序，使整個(gè)芯片的速度面積比及時(shí)序預(yù)算不能達(dá)到最佳值，最終影響芯片的整個(gè)性能。目前，IP處以緊缺狀態(tài)，急需的IP核有：AD/DA類IP核；數(shù)字家電類IP核，如JPEG，M PEG2編解碼器；移動(dòng)通信類IP核，如卷積碼、Turbo碼編譯碼器、Reed Solomon編譯碼器、Blue tooth；信息處理類IP核，如高性能FFT0 I FFT(快速傅里葉變換和反變換)、正變換和反變換組合在一起的離散余弦變換器、DES加密解密處理器。5測(cè)試、封裝與散熱更高的要求。SOC芯片內(nèi)部非常復(fù)雜，研發(fā)制造的技術(shù)一直處于持續(xù)改進(jìn)的狀態(tài)，涉及數(shù)字和模擬電路的綜合測(cè)試，測(cè)試技術(shù)難度較大，使得系統(tǒng)芯片(SOC)的測(cè)試成本幾乎占芯片成本的一半，因此未來集成電路測(cè)試面臨的最大挑戰(zhàn)是如何降低測(cè)試成本。SOC芯片中在測(cè)試上遇到前所未有的難題有：晶體管的數(shù)目越來越多；為了符合顧客的需求，芯片所提供的功能越來越多；各個(gè)不同功能模塊運(yùn)作的頻率往往不同；各功能模塊所使用的電壓也可能不同；各功能模塊的測(cè)試原理也不相同；如何能有效進(jìn)行SOC芯片的測(cè)試工作，是學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界與各個(gè)研究單位都在努力解決的問題。另一個(gè)要解決的問題是提高模擬電路的測(cè)試速度。由于集成度不斷提高，引線間距過窄，會(huì)增加封裝難度，從而增加封裝成本；由于電路集成度過高，布線層數(shù)增多，必須解決散熱技術(shù)問題。五、SOC芯片技術(shù)的新發(fā)展為了提高系統(tǒng)性能、降低功耗，SOC產(chǎn)品目前正在大行其道，但芯片體積和開發(fā)成本卻遇到了強(qiáng)大的障礙。一些半導(dǎo)體供應(yīng)商正在考慮一項(xiàng)新的技術(shù)SIP( System in a package)，希望能取代倍受爭(zhēng)議的SOC產(chǎn)品。SIP技術(shù)是將多個(gè)IC以及所需的分立和無源器件集成在一個(gè)封裝內(nèi)，形成的模塊化標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品可以像普通的器件一樣在電路板上進(jìn)行組裝。在SOC產(chǎn)品中只有一個(gè)小片(die)，SIP則包括多個(gè)堆疊在一起的小片，或?qū)⒍鄠€(gè)stacks整合在同一個(gè)襯底(substrate)上。這種高密度的封裝技術(shù)與傳統(tǒng)的采用分立和無源器件的設(shè)計(jì)相比，可顯著改善性能，有些專家甚至預(yù)計(jì)，系統(tǒng)性能的改善程度會(huì)超過SOC產(chǎn)品。在多媒體和其他一些對(duì)于數(shù)據(jù)速率要求很高的應(yīng)用中，存儲(chǔ)帶寬是一個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo)，PCB上銅互連往往對(duì)于數(shù)據(jù)的傳輸形成阻礙，而不同的是，SIP可提供高密度的數(shù)據(jù)通道，即單位板面積的數(shù)據(jù)通道更多。另外，目前市場(chǎng)火熱的手機(jī)等混合信號(hào)產(chǎn)品，需要數(shù)字、模擬和RF技術(shù)彼此之間可靠地?zé)o縫連接，但現(xiàn)實(shí)是，敏感的RF部分更加容易受到數(shù)字部分的電磁干擾SOC產(chǎn)品中各個(gè)電路部分是在同一襯底，由于輻射等原因形成襯底禍合，需要更加可靠的設(shè)計(jì)技術(shù)和濾波技術(shù)。而SIP則通過將RF和其他電路進(jìn)行分離，在各個(gè)不同的電路部分形成一個(gè)物理隔層，最大程度地減少彼此之間的電磁干擾?？梢奡IP綜合了現(xiàn)有的芯核資源和半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢(shì)，克服了SOC中諸如工藝兼容、信號(hào)混合、噪聲干擾等難題，故在系統(tǒng)集成領(lǐng)域的應(yīng)用前景無可限量。首先，在SOC芯片的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算方面，技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步。在網(wǎng)絡(luò)/計(jì)算應(yīng)用中，往往要求存儲(chǔ)器與專用芯片集成，例如PC中的圖形模量設(shè)置典型地包含控制IC和兩個(gè)SDRAM。利用高密度襯底以SIP形式集成ASIC和存儲(chǔ)器可以節(jié)省成本，因?yàn)镾IP減少了母板布線的層數(shù)和復(fù)雜性，同時(shí)也提高了母板的空間利用率，在有限的空間中集成更多的功能塊。其次，SOC芯片的射頻和無線方面最主要的應(yīng)用是無線通訊的工具手機(jī)。對(duì)于手機(jī)產(chǎn)業(yè)來說，更輕、更薄、功能更全面是其發(fā)展的方向，同時(shí)更高的性價(jià)比和更短的開發(fā)周期是其具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ)。SIP以其設(shè)計(jì)周期短、功能 增減靈活方便等優(yōu)勢(shì)而成為射頻/無線領(lǐng)域的新技術(shù)。再次，基于平臺(tái)的SOC設(shè)計(jì)技術(shù)和SIP的重用技術(shù)是SOC產(chǎn)品開發(fā)的核心技術(shù)，是未來世界集成電路技術(shù)的制高點(diǎn)。項(xiàng)目主要內(nèi)容包括：嵌入式CPU、DSP、存儲(chǔ)器、可編程器件及內(nèi)部總線的SOC設(shè)計(jì)平臺(tái)；集成電路IP的標(biāo)準(zhǔn)、接口、評(píng)測(cè)、交易及管理技術(shù)；嵌入式CPII主頻達(dá)1GHz，并有相應(yīng)的協(xié)處理器;在信息安全、音視頻處理上有1012種平臺(tái)；集成電路IP數(shù)量達(dá)100種以上等。另外，在SOC芯片技術(shù)的傳感器發(fā)展方面。微型傳感器技術(shù)近年來發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，例如生物醫(yī)學(xué)傳感器、圖像傳感器、MEMS傳感器等，同時(shí)傳感器正被逐步集成于手機(jī)等袖珍器件中。在這些應(yīng)用中，小體積、低成本、易于集成是成功實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的關(guān)鍵，而SIP技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)混合器件、混合信號(hào)的集成，而且具備系統(tǒng)體積小、設(shè)計(jì)靈活、花費(fèi)少的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)微型傳感器的有力手段之一。對(duì)生命周期相對(duì)較長(zhǎng)的產(chǎn)品來說，SoC將繼續(xù)作為許多產(chǎn)品的核心；而若對(duì)產(chǎn)品開發(fā)周期要求高、生命周期短、面積小、靈活性較高，則應(yīng)使用SiP。 現(xiàn)代集成技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了過去40年中一直以摩爾定律發(fā)展的CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝。人們正在為低成本無源元件集成和MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))傳感器、開關(guān)和振蕩器等電器元件開發(fā)新的基于硅晶的技術(shù)。這意味著與集成到傳統(tǒng)CMOS芯片相比，可以把更多的功能放到SiP封裝(系統(tǒng)級(jí)封裝)中，這些新技術(shù)并不會(huì)替代CMOS芯片，而只是作為補(bǔ)充。 如果沒有足夠的理由使用SiP，SoC將繼續(xù)作為許多產(chǎn)品的核心，尤其是對(duì)生命周期相對(duì)較長(zhǎng)的產(chǎn)品來說。若對(duì)產(chǎn)品開發(fā)周期要求高、生命周期短、面積小、靈活性較高，則應(yīng)使用SiP。SiP的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是那些采用高級(jí)CMOS不能簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)所需功能的產(chǎn)品，如MEMS和傳感器應(yīng)用，以及要求有完整的系統(tǒng)解決方案的產(chǎn)品。 （一）SiP縮短產(chǎn)品開發(fā)周期 在國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(ITRS)的推動(dòng)下，摩爾定律的預(yù)言一再地被半導(dǎo)體行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步所印證，而CMOS工藝則一直是實(shí)現(xiàn)芯片晶體管時(shí)密度最高、成本最低的半導(dǎo)體工藝。如果產(chǎn)品能用CMOS工藝來制造，而且設(shè)計(jì)速度足夠快，能夠滿足產(chǎn)品開發(fā)周期期限并實(shí)現(xiàn)大批量銷售，那么系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)幾乎總是最便宜、體積最小的解決方案。 例如，65nmCMOS工藝能將80萬門電路封裝到1mm 2的芯片上，45nm CMOS工藝則已經(jīng)把160萬門電路封裝到1mm 2的芯片上。在成本方面，先進(jìn)的 CMOSSoC，如NXP為汽車無線電或數(shù)字電視處理器開發(fā)的數(shù)字信號(hào)處理集成電路，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的多媒體功能，價(jià)格卻只有幾美元。 此外，CMOS不再局限于數(shù)字系統(tǒng)。最新的CMOSIP(半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán))庫(kù)提供了廣泛的系列模擬信號(hào)和混合信號(hào)功能，另外還將提供RF(射頻)功能，可以把完整的RF功能集成到SoC中。 除其他因素外，數(shù)字功能、模擬功能、RF功能和存儲(chǔ)功能是否集成到SoC中很大程度上取決于市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的要求。在日新月異的移動(dòng)通信市場(chǎng)中，產(chǎn)品周期短，滿足產(chǎn)品開發(fā)周期至關(guān)重要。 在理想情況下，客戶青睞于真正的即插即用元件，這些元件能得到可復(fù)制的參考設(shè)計(jì)支持，這使得SiP解決方案非常流行。根據(jù)客戶的需要，客戶只要改變一個(gè)或幾個(gè)IC(集成電路)芯片，其他IC保持不變，就可以實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品。 如果要追求更低的成本，當(dāng)然也可以把這些單個(gè)的IC芯片集成到SoC中，但這需要時(shí)間。將若干單獨(dú)的芯片封裝在一起，不僅提供了靈活性，而且降低了基板面積，因?yàn)樾酒梢詫盈B在一起。這些功能在移動(dòng)通信市場(chǎng)中具有重要意義。 例如，NXPNFC(近距離無線通訊技術(shù))PN65N就是移動(dòng)通信產(chǎn)品中使用的一種SiP。一個(gè)NFC控制器集成電路和一個(gè)安全控制器集成電路層疊在一起，中間有一個(gè)硅晶墊圈。之所以選擇SiP，是基于產(chǎn)品開發(fā)周期、靈活性和降低面積等因素考慮。在家庭市場(chǎng)和汽車市場(chǎng)中，產(chǎn)品生命周期和設(shè)計(jì)周期比較長(zhǎng)，許多產(chǎn)品使用SoC。大型SoC可能需要幾個(gè)月的設(shè)計(jì)工時(shí)。但是，如果市場(chǎng)足夠大，壽命足夠長(zhǎng)，那么可以持續(xù)開發(fā)SoC版本，根據(jù)客戶需求來降低系統(tǒng)成本。 （二）兩種技術(shù)各有千秋 如果SiP解決方案比SoC解決方案便宜，那么即使家庭市場(chǎng)和汽車市場(chǎng)也會(huì)使用SiP解決方案。例如，假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)包含一個(gè)CPU(中央處理器)、多個(gè)硬件加速單元和大量的DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)，盡管僅僅通過基本的CMOS工藝就能制造DRAM，但為了有效地利用芯片面積，需要增加光刻次數(shù)，這就會(huì)明顯地提高芯片制造的成本。 大型存儲(chǔ)器通常使用優(yōu)化的工藝技術(shù)制成，這意味著存儲(chǔ)器和系統(tǒng)其余部分之間在生產(chǎn)技術(shù)方面有著明顯的差異。因此，雙芯片解決方案可能會(huì)變得很有吸引力，其中一個(gè)是CPU和硬件加速器芯片，另一個(gè)是DRAM芯片，使用層堆晶?；騊oP(堆疊封裝)方法將這兩顆芯片封裝在一起。正是在這類技術(shù)劃分中，理論上兩種晶粒都可以在CMOS工藝中實(shí)現(xiàn)，所以才出現(xiàn)了今天的SiP與SoC之爭(zhēng)。 系統(tǒng)使用SoC方案還是SiP方案，不僅取決于工藝技術(shù)的差異，而且還受到大量其他因素的影響，如成本、性能、尺寸、可靠性和設(shè)計(jì)難度。有意思的是，不一定因?yàn)橄到y(tǒng)能夠在單個(gè)CMOS工藝技術(shù)中得以實(shí)現(xiàn)，就要使用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)，還需要考慮其他因素。 如果技術(shù)劃分是所有SiP的核心，那么生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的高性能SiP的關(guān)鍵是正確實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)劃分，這要求在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上全面了解應(yīng)用，以便考察把某種功能從一種技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式轉(zhuǎn)到另一種方式所產(chǎn)生的后果。 在這里，擁有廣泛工藝技術(shù)的半導(dǎo)體制造商有著明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗麄兛梢詫ｉT設(shè)計(jì)SiP的各個(gè)元件，進(jìn)而來適應(yīng)選定的結(jié)構(gòu)。從不同制造商采購(gòu)元件的模塊制造商則不可避免地會(huì)喪失這些元件設(shè)計(jì)的部分控制能力，從而使實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)劃分的難度大大提高。 如果產(chǎn)品開發(fā)周期要求緊，且SiP提供的解決方案比SoC便宜，最好采用SiP解決方案。更重要的是，SiP實(shí)現(xiàn)了完整的系統(tǒng)解決方案，而高集成的CMOSSoC則略遜一籌，如數(shù)字系統(tǒng)經(jīng)常需要外部元件，如解耦電容、頻率參考晶體、定時(shí)電容和靜電放電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。例如，集成了RF收發(fā)器的SoC可能仍需要天線開關(guān)和濾波器等外部元件，我們必須設(shè)計(jì)并把這些元件組裝到印刷電路板上。而有了SiP，所有這些功能都可以集成到一個(gè)封裝中，而其能否實(shí)現(xiàn)只是取決于最終產(chǎn)品中提供的空間和成本。SiP占用的空間通常比較少，但在大多數(shù)情況下成本要高于使用分立元件。 （三）面臨各自封裝技術(shù)挑戰(zhàn) 如前所