اخبار صنعت: تفاوت بین SOC و SIP (سیستم در بسته) چیست؟

مفهوم SiP را می‌توان به مونتاژ یک جعبه ابزار تشبیه کرد. جعبه ابزار می‌تواند شامل ابزارهای مختلفی مانند پیچ‌گوشتی، چکش و دریل باشد. اگرچه آنها ابزارهای مستقلی هستند، اما همه آنها برای استفاده راحت در یک جعبه متحد شده‌اند. مزیت این رویکرد این است که هر ابزار را می‌توان جداگانه توسعه داد و تولید کرد و در صورت نیاز می‌توان آنها را در یک بسته سیستمی "مونتاژ" کرد که انعطاف‌پذیری و سرعت را فراهم می‌کند.

۲. ویژگی‌های فنی و تفاوت‌های بین SoC و SiP

تفاوت‌های روش‌های ادغام:
SoC: ماژول‌های عملکردی مختلف (مانند CPU، حافظه، I/O و غیره) مستقیماً روی یک تراشه سیلیکونی طراحی می‌شوند. همه ماژول‌ها از یک فرآیند اساسی و منطق طراحی مشترک استفاده می‌کنند و یک سیستم یکپارچه را تشکیل می‌دهند.
SiP: تراشه‌های کاربردی مختلف ممکن است با استفاده از فرآیندهای مختلف تولید شوند و سپس با استفاده از فناوری بسته‌بندی سه‌بعدی در یک ماژول بسته‌بندی واحد ترکیب شوند تا یک سیستم فیزیکی تشکیل دهند.

پیچیدگی و انعطاف‌پذیری طراحی:
SoC: از آنجایی که همه ماژول‌ها روی یک تراشه واحد ادغام شده‌اند، پیچیدگی طراحی بسیار بالاست، به خصوص برای طراحی مشترک ماژول‌های مختلف مانند دیجیتال، آنالوگ، RF و حافظه. این امر مستلزم آن است که مهندسان از قابلیت‌های طراحی عمیق بین دامنه‌ای برخوردار باشند. علاوه بر این، اگر مشکلی در طراحی هر ماژول در SoC وجود داشته باشد، ممکن است کل تراشه نیاز به طراحی مجدد داشته باشد که خطرات قابل توجهی را به همراه دارد.

 

SiP: در مقابل، SiP انعطاف‌پذیری طراحی بیشتری ارائه می‌دهد. ماژول‌های عملکردی مختلف را می‌توان قبل از بسته‌بندی در یک سیستم، به‌طور جداگانه طراحی و تأیید کرد. اگر مشکلی برای یک ماژول پیش بیاید، فقط آن ماژول نیاز به تعویض دارد و سایر قسمت‌ها تحت تأثیر قرار نمی‌گیرند. این امر همچنین سرعت توسعه سریع‌تر و خطرات کمتری را در مقایسه با SoC فراهم می‌کند.

سازگاری فرآیند و چالش‌ها:
SoC: ادغام عملکردهای مختلف مانند دیجیتال، آنالوگ و RF روی یک تراشه واحد با چالش‌های قابل توجهی در سازگاری فرآیند مواجه است. ماژول‌های عملکردی مختلف به فرآیندهای تولید متفاوتی نیاز دارند؛ به عنوان مثال، مدارهای دیجیتال به فرآیندهای پرسرعت و کم‌مصرف نیاز دارند، در حالی که مدارهای آنالوگ ممکن است به کنترل ولتاژ دقیق‌تری نیاز داشته باشند. دستیابی به سازگاری بین این فرآیندهای مختلف روی یک تراشه واحد بسیار دشوار است.

SiP: از طریق فناوری بسته‌بندی، SiP می‌تواند تراشه‌های تولید شده با فرآیندهای مختلف را ادغام کند و مشکلات سازگاری فرآیند که فناوری SoC با آن مواجه است را حل کند. SiP به چندین تراشه ناهمگن اجازه می‌دهد تا در یک بسته با هم کار کنند، اما الزامات دقت برای فناوری بسته‌بندی بالاست.

چرخه و هزینه‌های تحقیق و توسعه:
SoC: از آنجایی که SoC نیاز به طراحی و تأیید همه ماژول‌ها از ابتدا دارد، چرخه طراحی طولانی‌تر است. هر ماژول باید تحت طراحی، تأیید و آزمایش دقیق قرار گیرد و فرآیند کلی توسعه ممکن است چندین سال طول بکشد و در نتیجه هزینه‌های بالایی داشته باشد. با این حال، پس از تولید انبوه، هزینه واحد به دلیل ادغام بالا کمتر است.
SiP: چرخه تحقیق و توسعه برای SiP کوتاه‌تر است. از آنجا که SiP مستقیماً از تراشه‌های کاربردی موجود و تأیید شده برای بسته‌بندی استفاده می‌کند، زمان مورد نیاز برای طراحی مجدد ماژول را کاهش می‌دهد. این امر امکان راه‌اندازی سریع‌تر محصول و کاهش قابل توجه هزینه‌های تحقیق و توسعه را فراهم می‌کند.

عملکرد و اندازه سیستم:
SoC: از آنجایی که همه ماژول‌ها روی یک تراشه قرار دارند، تأخیرهای ارتباطی، تلفات انرژی و تداخل سیگنال به حداقل می‌رسد و به SoC مزیت بی‌نظیری در عملکرد و مصرف برق می‌دهد. اندازه آن حداقل است و آن را به ویژه برای کاربردهایی با عملکرد و نیاز به برق بالا، مانند تلفن‌های هوشمند و تراشه‌های پردازش تصویر، مناسب می‌کند.
SiP: اگرچه سطح ادغام SiP به اندازه SoC بالا نیست، اما همچنان می‌تواند تراشه‌های مختلف را با استفاده از فناوری بسته‌بندی چندلایه به صورت فشرده در کنار هم قرار دهد و در نتیجه در مقایسه با راه‌حل‌های سنتی چندتراشه، اندازه کوچک‌تری داشته باشد. علاوه بر این، از آنجایی که ماژول‌ها به جای ادغام در یک تراشه سیلیکونی، به صورت فیزیکی بسته‌بندی شده‌اند، در حالی که عملکرد ممکن است با SoC مطابقت نداشته باشد، اما همچنان می‌تواند نیازهای اکثر برنامه‌ها را برآورده کند.

۳. سناریوهای کاربردی برای SoC و SiP

سناریوهای کاربردی برای SoC:
SoC معمولاً برای زمینه‌هایی با الزامات بالا از نظر اندازه، مصرف برق و عملکرد مناسب است. به عنوان مثال:
گوشی‌های هوشمند: پردازنده‌های گوشی‌های هوشمند (مانند تراشه‌های سری A اپل یا اسنپدراگون کوالکام) معمولاً SoCهای بسیار یکپارچه‌ای هستند که CPU، GPU، واحدهای پردازش هوش مصنوعی، ماژول‌های ارتباطی و غیره را در خود جای داده‌اند و به عملکرد قدرتمند و مصرف انرژی پایین نیاز دارند.
پردازش تصویر: در دوربین‌های دیجیتال و پهپادها، واحدهای پردازش تصویر اغلب به قابلیت‌های پردازش موازی قوی و تأخیر کم نیاز دارند که SoC می‌تواند به طور مؤثر به آن دست یابد.
سیستم‌های تعبیه‌شده با کارایی بالا: SoC به ویژه برای دستگاه‌های کوچک با الزامات سختگیرانه بهره‌وری انرژی، مانند دستگاه‌های اینترنت اشیا و پوشیدنی‌ها، مناسب است.

سناریوهای کاربردی برای SiP:
SiP طیف وسیع‌تری از سناریوهای کاربردی را ارائه می‌دهد که برای زمینه‌هایی که نیاز به توسعه سریع و ادغام چند منظوره دارند، مناسب است، مانند:
تجهیزات ارتباطی: برای ایستگاه‌های پایه، روترها و غیره، SiP می‌تواند چندین پردازنده سیگنال RF و دیجیتال را ادغام کند و چرخه توسعه محصول را تسریع بخشد.
لوازم الکترونیکی مصرفی: برای محصولاتی مانند ساعت‌های هوشمند و هدست‌های بلوتوث که چرخه‌های ارتقاء سریعی دارند، فناوری SiP امکان عرضه سریع‌تر محصولات جدید را فراهم می‌کند.
الکترونیک خودرو: ماژول‌های کنترل و سیستم‌های رادار در سیستم‌های خودرو می‌توانند از فناوری SiP برای ادغام سریع ماژول‌های عملکردی مختلف استفاده کنند.

۴. روندهای توسعه آینده SoC و SiP

روندهای توسعه SoC:
تراشه‌های روی تراشه (SoC) به سمت ادغام بیشتر و ادغام ناهمگن ادامه خواهند داد، که به طور بالقوه شامل ادغام بیشتر پردازنده‌های هوش مصنوعی، ماژول‌های ارتباطی 5G و سایر عملکردها می‌شود و تکامل بیشتر دستگاه‌های هوشمند را به دنبال خواهد داشت.

روندهای توسعه SiP:
SiP به طور فزاینده‌ای به فناوری‌های پیشرفته بسته‌بندی، مانند پیشرفت‌های بسته‌بندی ۲.۵ بعدی و سه‌بعدی، برای بسته‌بندی محکم تراشه‌ها با فرآیندها و عملکردهای مختلف در کنار هم، برای برآورده کردن نیازهای بازار که به سرعت در حال تغییر هستند، متکی خواهد بود.

۵. نتیجه‌گیری

SoC بیشتر شبیه ساخت یک آسمان‌خراش چندمنظوره است که تمام ماژول‌های کاربردی را در یک طراحی متمرکز می‌کند و برای کاربردهایی با نیازهای بسیار بالا برای عملکرد، اندازه و مصرف برق مناسب است. از سوی دیگر، SiP مانند "بسته‌بندی" تراشه‌های کاربردی مختلف در یک سیستم است که بیشتر بر انعطاف‌پذیری و توسعه سریع تمرکز دارد و به ویژه برای لوازم الکترونیکی مصرفی که نیاز به به‌روزرسانی‌های سریع دارند، مناسب است. هر دو نقاط قوت خود را دارند: SoC بر عملکرد بهینه سیستم و بهینه‌سازی اندازه تأکید دارد، در حالی که SiP انعطاف‌پذیری سیستم و بهینه‌سازی چرخه توسعه را برجسته می‌کند.