后摩尔定律时代SoC

本文格式为Word版，下载可任意编辑——后摩尔定律时代SoC

后摩尔定律时代：SoCand

SiP

2023-10-15

目录

一、Moore’sLawMoreMoore’sLaw:

当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

但是，芯片上元件的几何尺寸能无限制地缩小下去吗？

制约因素：

后摩尔定律：ITRS组织针对半导体产业近期(2023-2023年)和远(2023-2023年)的挑战，在技术路线制定上，提出选择两种发展式：一、继续沿着摩尔定律按比例缩小的方向前进，专注于硅基CMOS技术;二、按“后摩尔定律〞的多重技术创新应用向前发展，即在产品多功能化(功耗、带宽等)需求下，将硅基CMOS和非硅基等技术相结合，以提供完整的解决方案来应对和满足层出不穷的新市场发展。

后摩尔定律除了会延续摩尔定律对集成度、性能的追求外，还会利用更多的技术，例如模拟/射频、高压功率电源、MEMS传感器、生物芯片技术及系统级封装(SiP)等三维(3D)集成技术，以提供具有更高附加价值的系统。

图1:SoC与SiP的关系

二、SoC:SystemonChip芯片级系统片上系统

SOC是基于单芯片上完整系统，是的指在单一芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I/O接口等功能。即在单一芯片上集成数字和模拟混合电路、信号采集和转换、I/O接口、存储器、MCU(Microcontroller微控制器)和DSP(digitalsignalprocessor数字信号处理器)等IC。

SoC的基本组成：系统芯片控制规律微处理器/微控制器数字信号处理器DSP嵌入存储器接口模块模拟前端(ADC/DAC)电源提供和功耗管理射频前端……图2.1SoC设计流程示意图

图2.2SoC系统级研究内容

SOC与单功能芯片相比有如下优点：功能增加：从单一功能增加到多种功能，在单芯片上可实现天线切换、锁相回

路、本地振荡、解调变处理、调变处理和帧处理等功能。性能提高：SOC是从整个系统的角度进行设计的，可实现更高性能的系统指标。体积减少：降低所占的印制电路板(PCB)空间，减少了整机的体积。成本降低：由于用SOC可减少外围电路芯片，因而降低了整机的成本。

虽然SOC设计概念给电子系统设计带来了高性能、低成本等优势，但高度集成也增加了功耗、布线和繁杂化等设计难度。另外，技术上把数字、模拟、RF、微波信号、MEMS等集成在同一芯片上的工艺存在兼容问题。

三、SiP:SystemInPackage系统级封装系统封装(SiP)在ITRS2023中对SiP的定义是:“系统级封装是采用任何组合,将多个具有不同功能的有源电子器件与可选择性的无源元件以及诸如MEMS或者光学器件等其他器件首先组装

成为可以提供多种功能的单个标准封装件,形成一个系统或者子系统〞。SiP模多采用塑料阵列封(PBGA)和芯片阵列(ChipArray)封装形式，它可以用倒装片、金属线焊、层叠式管芯、陶瓷衬底、球栅阵列(BGA)封装或凸缘栅格阵列(LandGridArrayLGA)等封装技术来集成各种芯片(如数字电路、DRAM、微机电系统)和分立器件。

图3.1SiP的封装形式分类

SiP的特征一、以衬底硅片作为封装基板；而用硅片作为基板，特别是以倒扣和穿透的互连，可以减小芯片与基板之间热应力影响二、更多地采用硅加工技术，例如光刻等；三、不仅是实现分立元器件的互连,而且是将一些元器件直接做在硅片上。

图3.2典型SiP多功能集成示意图

SIP具有如下优点：同一封装内封装了多种IC裸片，免去冗余封装；同一封装内IC间距变小，减小了互连；封装内的元器件相互堆叠，提高了封装密度，节省了封装基板面积。

所面临的挑战：繁杂系统的芯片封装、系统协同设计(Co-de-sign),热管理等工艺技术的创新测试工具与方法

四、SoC

VS

SiP片上系统

图4.1SoC与SiP分别置于天平两端

成本方面：

图4.2

蜂窝式手持电话SOC与SiP结构示意图

表1蜂窝式电话电路采用SOC与SiP设计成本分析表

知识产权方面：

由于缺乏IP设计规范和标准,设计风格的差异导致IP核交流复用的困难和风险,阻碍了SOC的快速发展；即使IP有统一设计标准，但各个企业因追求经济效益以及保密限制等,彼此之间会形成壁垒,他们之间的交流不可能象人们想象的那样活跃。

而SiP是在封装阶段的集成，因此可以把需要不同工艺的器件电路留在原工艺上流片，不必像SoC那样一定要把嵌入的IP通过CMOS的工艺验证，还要有很好的良率，当然更不必为开发IP改动工艺。

技术方面：

为了实现整个系统的单芯片化,需要异种结构元件异种工艺元件混载、数字元件模拟元件混载、处理声音动画的大容量存储器混载,还有与模拟电路相关联的、无源元件的参数和特性受薄膜工艺的限制等,存在大量问题。

由于SiP是在封装阶段的集成，因此可以对所有准备封装的芯片做测量，保证嵌入的IP有100%良率，这是SoC所做不到的。

图4.3对于用户(电子设备制作厂家)来说选择的SOC优先度与SiP的比较

SoC和SiP各有各的优势1

易小型2

SiPSoCSi