摘要：    本文分析了SoC和SiP的各自特点,指出SiP是一种充满前途的芯片形式,但是缺乏标准和设计工具将制约SiP的成长。

关键词：    SoC;SiP;裸晶(die)

系统级电路集成在1990年代初由系统芯片(SoC)独领风骚,但不到十年系统级封装(SiP)即异军突起,各自拥有相当数量的用户,形成了两大类别各有特点的系统集成技术。根据 Gartner 公司 的市场调查,目前在IC系统市场中,SoC占有率达3/4,SiP只有1/4。虽然 SoC 占有大部分市场,但是 SiP 进展迅速,具有良好发展潜力。

 半导体制造商如何在两者之中找到最佳解决方案?未来 SoC 和 SiP 走向如何?将面临哪些机遇和挑战?在GlobalPress组织的“电子峰会2006”主办的“SoC vs. SiP”专题座谈会上,可听到业界权威人士的高论。座谈会由 Gartner 公司两位高层主管 Bryan Lewis和 Jim Walker 主持,还有来自AMI半导体、HP、IBM、STATS ChipPAC 和 Xilinx 公司的五位代表,大家各抒己见,分别对SoC和SiP技术的特点、难点、创新、存在问题、发展趋向等业界关心的问题作了交流。

选择SoC或SiP的依据

Jim Walker(Gartner 公司研究副总裁)在发言中,用图表说明选择 SoC和 SiP 两种技术的依据(图 1),他将考虑的条件具体化为：

*产品数量;
*设计/测试费用;
*不可再用的工程开支(NRE);
*用户IP的整合/复用;
*可靠性和可维护性;
*裸晶(die)可供应性;
*裸晶型式(RF、模拟、存储器);
*生产过程复杂性;
*大容量存储器集成等条件。

Jim简单明确地指出：“ 显然存在多种组合和不确定因素,但是在产品数量大、性能高、集成度高的应用中,SoC会胜出。如果要求高适应性、面市时间短、多种不同功能的裸晶集成在一个封装内的应用中, SiP 获胜。”

图1  SoC与SiP选型的考虑因素 

Christine King (AMI半导体公司总裁兼 CEO )认为：“ 最佳化是衡量两种技术的关键,所谓最佳化是指在满足应用要求的前提下,根据功能、成本、性能等各方面达到最好的产品状况来选择 SoC 或 SiP ,亦即根据技术性和复杂性来划线。如果系统能够完全由 CMOS 解决方案来完成,则 SoC 是最好的选择。如果需要多种技术的集成,则SiP 最佳。” 她列举 AMI 公司的一个实例加以说明,“对于一种要求运算功能的洗衣机控制器,它使用8位的8051微控制器、以及Flash存储器、高电压接口、A/D转换器和一些传感器电路,因此选用SoC以达到最高性能和最低成本的目标,从设计至投产共用去24个月,每片平均售价2.4美元。而在另一种更复杂的洗衣机应用中,它需要一个16位微控制器和容量更大的 2MB Flash 存储器,因此选用 SiP 来完成,以获得较经济的解决方案,完成该产品花去18个月,每片平均售价为 4.8 美元。”
 
Scoot Jewler (Stats ChipPAC 公司首席策略师)补充说：“大型公司采用SoC具有优势,但我认为,对于大量中小型公司来说,SiP为他们提供宝贵的进入市场的解决方案。然而,SiP 的供应链和商业模型问题仍有待解决。”

Ron Matino (IBM 系统和技术部PowerPC结构产品总监)也有相似见解,认为“无论 IC 制造商或集成系统供应商都需要考虑商业运作的基本问题,即加速产品推出时间、提高性能、降低产品制造的风险。”
 
SiP增长快,但有瓶颈制约 
             
SoC 较早进入IC市场,并代表IC技术的创新。据 Gartner的统计资料,2006年全球 SoC 产品市场将达到570亿美元,2001~2006年的年平均增长率为17.2%。直止今天,SoC 仍然以平面 CMOS 工艺为主,它与其它半导体工艺的集成一直进展不大。系统芯片( SoC )只能够在 Si 衬底材料“上层”实现不同功能电路的系统集成。  
           
 系统级封装( SiP ) 是在原来置放一片裸晶的标准封装“内部”堆叠多片不同功能和不同工艺的裸晶在一起,借助金属线键合的互连,构成一个IC系统。最重要的工序是裸晶修薄、布线、键合、封装、测试。至今为止,SiP还未有业界标准,也缺少足够的设计工具。在这方面 SoC 的技术含量和技术水平要比 SiP 更胜一筹,它拥有大量的IP电路、成熟的设计工具可供使用。

Christine的见解是：“即使 SoC的 设计资源非常丰富,AMI 公司每年仍然要投入几亿美元的研发费用。相对来说,SiP 面临的困难更多,包括设计工具、经营方式、以及电子和架构等技术问题。SiP 的设计挑战是,需要的设计工具不但有电气规范,还有机械规范。如果我们拥有比 SoC 更多的 SiP 最佳化的软件,则情况将好得多。但是 SiP设计工具的开发谁来投资呢？”
 
Ivo Bolsens(Xilinx 公司副总裁兼 CTO)介绍 Xilinx 主要采用 SoC技术,因为 FPGA要求高带宽和大量互连。Ivo认为“SiP 市场的起飞,需要克服两个困难。第一是SiP 要在先进封装技术上突破,达到 SoC 的带宽;第二是开发出系统构建技术。SiP先进封装技术已开始有所提高,再借助FPGA作为SiP的虚拟背板,在可编程的互连上层构建特定的应用,达到提升SiP性能和带宽的要求。”他还强调SiP标准化的重要性,说道：“如果不制定标准的话,我想在一段时间内,SiP很难与SoC展开竞争。”

Mobashar Yazdarni(HP公司ASIC部经理)认为若提高 SiP 整合的最佳性能,设计工具至关重要。他说：“实现SiP需要两种工具：一是设计整合,另一是并行设计。我们还要能够在不同的SiP类型中做出权衡。”

根据 IBM 采用 SoC 和 SiP 两种产品的经验,Ron Matino 认为“发展SiP的关键在于业界合作,建立开放平台和标准,使多数公司能够利用多种资源构建产品,而不是一家公司只有一种解决方案。”