电子系统追求小型化 SoC、SiP大展身手

　　集成电路（integrated circuit，港台称之为积体电路）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。 它在电路中用字母“IC”（也有用文字符号“N”等）表示。集成电路特征尺寸的缩小，使得SoC似乎成为必然的发展方向；然而，对于同时拥有多种材质、多种工艺的系统，SiP是的选择。

　　SIP（Session Initiation Protocol）是一个会话层的信令控制协议。用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。这些会话可以好似Internet多媒体会议、IP电话或多媒体分发。会话的参与者可以通过组播（multicast）、网状单播（unicast）或两者的混合体进行通信。SIP是类似于HTTP的基于文本的协议。SIP可以减少应用特别是应用的开发时间。由于基于IP协议的SIP利用了IP网络，固定网运营商也会逐渐认识到SIP技术对于他们的深远意义。使用 SIP，服务提供商可以随意选择标准组件。不论媒体内容和参与方数量，用户都可以查找和联系对方。SIP 对会话进行协商，以便所有参与方都能够就会话功能达成一致以及进行修改。它甚至可以添加、删除或转移用户。

　　用尽可能小的空间、尽可能低的功耗实现产品功能和性能的优化，是集成电路从业者追求的目标，SoC（系统级芯片）和SiP（系统级封装）是达到这一目标的两条不同途径。

　　业界巨头推动SoC应用拓展

　　从狭义角度讲，它是信息系统的芯片集成，是将系统关键部件集成在一块芯片上；从广义角度讲， SoC是一个微小型系统，如果说中央处理器（CPU）是大脑，那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。国内外学术界一般倾向将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器（或片外存储控制接口）集成在单一芯片上，它通常是客户定制的，或是面向特定用途的标准产品。SoC定义的基本内容主要表现在两方面：其一是它的构成，其二是它形成过程。系统级芯片的构成可以是系统级芯片控制逻辑模块、微处理器/微控制器CPU 内核模块、数字信号处理器DSP模块、嵌入的存储器模块、和外部进行通讯的接口模块、含有ADC /DAC 的模拟前端模块、电源提供和功耗管理模块，对于一个无线SoC还有射频前端模块、用户定义逻辑（它可以由FPGA 或ASIC实现）以及微电子机械模块，更重要的是一个SoC 芯片内嵌有基本软件（RDOS或COS以及其他应用软件）模块或可载入的用户软件等。

　　今年10月，英特尔公司正式向中国市场发布了款基于英特尔架构（IA）的嵌入式SoC——— 英特尔EP80579集成处理器（研发代号为Tolapai）。在嵌入式领域，“三芯片”架构曾被广大用户所接受，即将处理器、内存子系统和外设子系统分别放置在不同的芯片上。英特尔公司Tolapai芯片工程总监BruceFishbein认为：“与三芯片方案相比，SoC明显的优势在于能效，当三个组件被放到了单芯片上，就可以有效避免原来三芯片解决方案中由于各个芯片间的互联所造成的额外的能源消耗；其次，SoC与三芯片解决方案相比更具尺寸优势，而便携式设备中，芯片尺寸因素尤为重要。”

　　在可编程逻辑领域，赛灵思公司于今年4月推出了适用于SoC设计的Virtex-5FXT器件，作为赛灵思65nmVirtex-5系列的第四款平台，Virtex-5FXT除了提高器件性能之外，在降低系统成本、缩小PCB尺寸并减少元件数量等方面具有优势。

　　SoC的应用优势并不单单体现在硬件系统方面，中国半导体行业协会集成电路设计分会常务副理事长魏少军博士在接受《中国电子报》记者采访时表示：“SoC包括硬件和软件两部分，随着技术的进步和应用的发展，硬件的接口软件、驱动软件及芯片专用的系统软件等SoC软件部分附加价值的增长速度会越来越快，其所占的比例会越来越大。”他同时认为，由于半导体产业面临着系统高度复杂的压力、产品成本的压力和产品进入市场时间的压力，平台化是SoC发展非常重要的一个趋势。

　　SiP或将打破IC产业格局

　　然而，SoC的发展也受到一些因素的制约。魏少军表示，SoC研发的复杂性对知识的要求越来越高，ASIC的设计者可以只掌握某一个特定领域的知识，而SoC则要求设计者对系统有全面的了解，才能开发出适用性广的产品；复杂性的增强同时也导致了研发周期的延长，研发的成本也越来越高。

　　SiP在一定程度上则可以弥补这一缺点。SiP在一个封装中组合多种IC芯片和多种电子元器件，以实现与SoC同等的功能。清华大学微电子所蔡坚教授告诉《中国电子报》记者，SiP是指一大类技术而不是某一种具体的封装工艺，随着集成电路线宽逼近物理极限，SiP的重要性也凸显出来。上世纪90年代后期，美国佐治亚理工学院RaoR.Tummala教授提出了一种典型的 SiP结构——— 单级集成模块。

　　SiP技术在无线通信领域的应用颇受业界青睐。由于商用RF（射频）芯片很难用硅平面工艺实现，使得SoC技术能实现的集成度相对较低，性能难以满足要求，同时由于物理层电路工作频率高，各种匹配与滤波网络含有大量无源器件，SiP的技术优势就在这些方面充分显示出来。SiP在封装架构方面允许高度的灵活性，尤其对RF应用具有很大的优势；同时，它还允许更低的功耗和更低的噪音，在混合与匹配IC工艺方面具有灵活性。

　　孰优孰劣不能一概而论

　　至于SoC和SiP究竟孰优孰劣，显然不能一概而论。在产品数量大、性能高、集成度高的应用中，SoC自然当仁不让；如果要求高适应性、面市时间短、多种不同功能集成在一个封装内的应用中，则SiP占有优势。“SoC是做在同一种介质材料上，相对而言其限制条件比较多，如果系统中的每一部分都是相同的工艺，那么SoC可以做得更小、更好。”蔡坚教授对《中国电子报》记者解释道，“相对于SoC而言，SiP更适合多功能化的集成。如果涉及多种功能和不同工艺的器件，SiP是更好的选择，比如很多需要集成传感器的系统就采用了SiP的方式；此外，如果要将硅器件与砷化镓或锗硅器件集成在一起，就必须选择SiP。

　　对于系统厂商甚至IC设计公司而言，在实际应用中到底使用SoC还是SiP有时候也难以抉择，不过，目前已有一些公司开始为企业提供相关的咨询服务。此外，与数字电路不同，模拟电路工艺每前进一代，其产品都要重新开发设计，这也增加了产品开发的难度。”他同时表示，创意电子将自身定位为化解决方案的集成电路产业链整合，对于具体的产品应用到底应该选择SoC还是SiP，可以预先帮助客户进行产品的模拟，从性能、成本、尺寸等方面做一个估算，让客户进行比较，从而做出有利的选择。