اخبار صنعت: تفاوت SOC و SIP (System-in-Package) چیست؟

مفهوم SiP را می توان به مونتاژ یک جعبه ابزار تشبیه کرد. جعبه ابزار می تواند شامل ابزارهای مختلفی مانند پیچ ​​گوشتی، چکش و مته باشد. اگرچه آنها ابزارهای مستقلی هستند، اما همه آنها برای استفاده راحت در یک جعبه متحد شده اند. مزیت این رویکرد این است که هر ابزار را می توان به طور جداگانه توسعه و تولید کرد و در صورت نیاز می توان آنها را در یک بسته سیستمی "مونتاژ" کرد و انعطاف پذیری و سرعت را فراهم کرد.

2. ویژگی های فنی و تفاوت بین SoC و SiP

تفاوت روش ادغام:
SoC: ماژول های کاربردی مختلف (مانند CPU، حافظه، I/O و غیره) مستقیماً بر روی یک تراشه سیلیکونی طراحی شده اند. همه ماژول ها فرآیند اساسی و منطق طراحی یکسانی دارند و یک سیستم یکپارچه را تشکیل می دهند.
SiP: تراشه های عملکردی مختلف ممکن است با استفاده از فرآیندهای مختلف تولید شوند و سپس در یک ماژول بسته بندی واحد با استفاده از فناوری بسته بندی سه بعدی ترکیب شوند تا یک سیستم فیزیکی تشکیل شود.

پیچیدگی و انعطاف طراحی:
SoC: از آنجایی که همه ماژول ها روی یک تراشه یکپارچه شده اند، پیچیدگی طراحی بسیار بالا است، به خصوص برای طراحی مشترک ماژول های مختلف مانند دیجیتال، آنالوگ، RF و حافظه. این امر مستلزم این است که مهندسان دارای قابلیت های طراحی متقابل دامنه عمیق باشند. علاوه بر این، اگر مشکلی در طراحی با 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 انعطاف پذیری طراحی بیشتری را ارائه می دهد. ماژول های عملکردی مختلف را می توان قبل از بسته بندی در یک سیستم به طور جداگانه طراحی و تأیید کرد. اگر مشکلی در مورد یک ماژول ایجاد شود، فقط آن ماژول باید جایگزین شود و بقیه قسمت‌ها تحت تأثیر قرار نگیرند. این همچنین سرعت توسعه سریعتر و خطرات کمتری را در مقایسه با SoC فراهم می کند.

سازگاری فرآیند و چالش ها:
SoC: ادغام توابع مختلف مانند دیجیتال، آنالوگ و RF روی یک تراشه واحد با چالش‌های مهمی در سازگاری فرآیند مواجه است. ماژول های عملکردی مختلف به فرآیندهای تولید متفاوتی نیاز دارند. به عنوان مثال، مدارهای دیجیتال به فرآیندهای پرسرعت و کم مصرف نیاز دارند، در حالی که مدارهای آنالوگ ممکن است به کنترل ولتاژ دقیق تری نیاز داشته باشند. دستیابی به سازگاری بین این فرآیندهای مختلف در یک تراشه بسیار دشوار است.

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

چرخه تحقیق و توسعه و هزینه ها:
SoC: از آنجایی که SoC نیاز به طراحی و تأیید همه ماژول ها از ابتدا دارد، چرخه طراحی طولانی تر است. هر ماژول باید تحت طراحی، تأیید و آزمایش دقیق قرار گیرد و روند کلی توسعه ممکن است چندین سال طول بکشد و در نتیجه هزینه های بالایی را به همراه داشته باشد. با این حال، یک بار در تولید انبوه، هزینه واحد به دلیل یکپارچگی بالا کمتر است.
SiP: چرخه تحقیق و توسعه برای SiP کوتاهتر است. از آنجایی که SiP مستقیماً از تراشه‌های عملکردی تأیید شده موجود برای بسته‌بندی استفاده می‌کند، زمان مورد نیاز برای طراحی مجدد ماژول را کاهش می‌دهد. این امکان عرضه سریع‌تر محصول را فراهم می‌کند و هزینه‌های تحقیق و توسعه را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

عملکرد و اندازه سیستم:
SoC: از آنجایی که همه ماژول ها روی یک تراشه قرار دارند، تاخیرهای ارتباطی، تلفات انرژی و تداخل سیگنال به حداقل می رسد و به SoC مزیت بی نظیری در عملکرد و مصرف انرژی می دهد. اندازه آن بسیار کم است و آن را به ویژه برای برنامه هایی با عملکرد بالا و انرژی مورد نیاز مانند گوشی های هوشمند و تراشه های پردازش تصویر مناسب می کند.
SiP: اگرچه سطح یکپارچگی SiP به اندازه SoC نیست، اما همچنان می‌تواند تراشه‌های مختلف را با استفاده از فناوری بسته‌بندی چند لایه به هم بسته بندی کند و در نتیجه اندازه کوچک‌تری در مقایسه با راه‌حل‌های چند تراشه‌ای سنتی ایجاد کند. علاوه بر این، از آنجایی که ماژول ها به جای یکپارچه شدن روی یک تراشه سیلیکونی، به صورت فیزیکی بسته بندی می شوند، در حالی که عملکرد ممکن است با SoC مطابقت نداشته باشد، همچنان می تواند نیازهای اکثر برنامه ها را برآورده کند.

3. سناریوهای کاربردی برای SoC و SiP

سناریوهای کاربردی برای SoC:
SoC معمولا برای زمینه هایی با نیازهای بالا برای اندازه، مصرف انرژی و عملکرد مناسب است. به عنوان مثال:
گوشی‌های هوشمند: پردازنده‌های موجود در گوشی‌های هوشمند (مانند تراشه‌های سری A اپل یا اسنپ‌دراگون کوالکام) معمولاً SoC‌های بسیار یکپارچه‌ای هستند که شامل CPU، GPU، واحدهای پردازش هوش مصنوعی، ماژول‌های ارتباطی و غیره می‌شوند که به عملکرد قدرتمند و مصرف انرژی کم نیاز دارند.
پردازش تصویر: در دوربین‌های دیجیتال و هواپیماهای بدون سرنشین، واحدهای پردازش تصویر اغلب به قابلیت‌های پردازش موازی قوی و تأخیر کم نیاز دارند که SoC می‌تواند به طور موثر به آن دست یابد.
سیستم‌های تعبیه‌شده با کارایی بالا: SoC مخصوصاً برای دستگاه‌های کوچک با الزامات سخت‌گیرانه در مصرف انرژی، مانند دستگاه‌های IoT و پوشیدنی‌ها، مناسب است.

سناریوهای کاربردی برای SiP:
SiP دارای طیف وسیع تری از سناریوهای کاربردی است، مناسب برای زمینه هایی که نیاز به توسعه سریع و یکپارچه سازی چند منظوره دارند، مانند:
تجهیزات ارتباطی: برای ایستگاه های پایه، روترها و غیره، SiP می تواند چندین پردازنده سیگنال دیجیتال و RF را ادغام کند و چرخه توسعه محصول را تسریع کند.
لوازم الکترونیکی مصرفی: برای محصولاتی مانند ساعت‌های هوشمند و هدست‌های بلوتوث، که چرخه‌های ارتقای سریعی دارند، فناوری SiP امکان عرضه سریع‌تر محصولات جدید را فراهم می‌کند.
الکترونیک خودرو: ماژول‌های کنترل و سیستم‌های رادار در سیستم‌های خودرویی می‌توانند از فناوری SiP برای ادغام سریع ماژول‌های عملکردی مختلف استفاده کنند.

4. روند توسعه آینده SoC و SiP

روند توسعه SoC:
SoC به سمت یکپارچگی بالاتر و ادغام ناهمگن ادامه خواهد داد و به طور بالقوه شامل ادغام بیشتر پردازنده های هوش مصنوعی، ماژول های ارتباطی 5G و سایر عملکردها می شود و باعث تکامل بیشتر دستگاه های هوشمند می شود.

روند توسعه SiP:
SiP به طور فزاینده‌ای بر فناوری‌های بسته‌بندی پیشرفته، مانند پیشرفت‌های بسته‌بندی 2.5 بعدی و 3 بعدی، تکیه می‌کند تا تراشه‌ها را با فرآیندها و عملکردهای مختلف با هم بسته‌بندی کند تا نیازهای بازار به سرعت در حال تغییر را برآورده کند.

5. نتیجه گیری

SoC بیشتر شبیه ساختن یک ابر آسمان‌خراش چند منظوره است که تمام ماژول‌های کاربردی را در یک طرح متمرکز می‌کند، مناسب برای برنامه‌هایی با نیازهای بسیار بالا برای عملکرد، اندازه و مصرف انرژی. از سوی دیگر، SiP مانند «بسته‌بندی» تراشه‌های عملکردی مختلف در یک سیستم است که بیشتر بر روی انعطاف‌پذیری و توسعه سریع تمرکز می‌کند، به‌ویژه برای لوازم الکترونیکی مصرفی که نیاز به به‌روزرسانی سریع دارند. هر دو نقاط قوت خود را دارند: SoC بر عملکرد بهینه سیستم و بهینه سازی اندازه تاکید دارد، در حالی که SiP بر انعطاف پذیری سیستم و بهینه سازی چرخه توسعه تاکید می کند.