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采用半標準芯片和多芯片模塊實現SoC功能

來源: 作者: 責任編輯:admin 發表時間:2011-01-14 16:14 閱讀:
核心提示:在很多領域,特別是通訊市場,系統級芯片已經成為一種公認的技術解決方案。盡管就其技術成本和復雜性而言,困難仍然很大,顧慮仍然存在,但系統級芯片供應商正采取積極措施,爭取在標準或半定制產品中綜合利用這項技術,甚至提供某些過渡替代產品,比如多芯片模塊。

在很多領域,特別是通訊市場,系統級芯片已經成為一種公認的技術解決方案。盡管就其技術成本和復雜性而言,困難仍然很大,顧慮仍然存在,但系統級芯片供應商正采取積極措施,爭取在標準或半定制產品中綜合利用這項技術,甚至提供某些過渡替代產品,比如多芯片模塊。

盡管這種趨勢已經持續了一段時間,但是也遇到一些阻力。比如可編程邏輯電路就在蠶食系統級芯片的領地,因為,它們以較低的成本綜合利用各種標準單元。隨著系統級芯片進步到集成1,000萬門的程度,其復雜度也越來越高,這將限制其在批量場合的應用。

系統級芯片將改變電子工業的供應鏈:芯片供應商、OEM、運營商和服務提供商都對芯片的設計有自己專門的貢獻。

Dataquest公司Tom Starnes說:“盡管已成功研制出200至300萬門器件,但其用戶基礎變得相對比較窄了。有多少人會具備設計這些東西的專業水平和能力呢?”IC Insights公司分析師Bill McClean說:“現在,有些人在為蜂窩移動電話設計RF系統級芯片,將芯片數由三個減少為一個。”根據Electronic Trend Publications的估計,系統級芯片的未來似乎很有保證。系統級芯片在全球芯片交易中所占份額將由1998年的3.4%飚升到2003年的17.2%。該報告稱,單芯片集成電路的市場價值將躍升10倍,從去年的37億美元達到2003年的340億美元。

有關系統級芯片的定義一直是爭論的焦點。McClean說:“現在看來各派間差異愈加模糊。”他將系統級芯片定義為:具有10萬可用門、芯片級存儲器、處理功能或者微處理器、微控制器或數字信號處理能力的集成電路。IBM公司和其它系統級芯片供應商則將輸入/輸出設備、DMA控制器(在存儲器和輸入/輸出器件之間輸出數據)、互連總線、時鐘生成和電源管理控制邏輯也納入到芯片級內核中。

最近,嵌入式DRAM也已成為一種熱門的系統級芯片發展趨勢。IC Insights預測,基于標準邏輯單元的產品(根據McClean的定義幾乎都屬于系統級芯片)的發貨量將在1999至2004年間增長59%,而門陣列的發貨量則將在今后5年內以同樣的規模減少。

LSI Logic公司長期以來一直稱自己為“系統級芯片公司”,最近則開始改稱為“通信芯片公司”,這反映出系統級芯片已經成為一種正常業務,應用開始變得比技術更重要。

LSI Logic公司技術產品營銷高級主任Ronnie Vasishta說:“就系統級芯片和嵌入式功能而言,這幾乎是一種自然的發展過程。”

SoC向ASSP靠攏

有些分析人士曾經從IP和制造的角度質疑系統級芯片能否在持續增加幾百萬門的情況下繼續保持成本優勢。但他們也確實指出系統級芯片遲早會回到商品化的道路上來。

IC Insights的McClean指出,有些大供應商已經將一些證實可行的復雜技術嵌入現有成品中,McClean直呼其為“半專用集成電路或半標準元件”。

IBM、LSI和朗訊科技等集成電路制造商已經開發了一種方法,將其提供定制部件的方式標準化,從而為大批量應用提供解決方案。LSI公司的Vasishta說:“標準產品(ASSP)已經成為我們最大的業務,我們采用了以往針對專用集成電路和系統級芯片的方法開發ASSP。”朗訊科技也強調設計的重復使用問題,該公司微電子集團產品戰略部門產品經理Michael Ayukawa說:“我們越是能夠讓客戶采用系統級芯片與其它東西組合,大家的情況就會變得越好。顯然,我們必須努力降低成本。如果我們能夠在任何一種可編程平臺上實現順利工作,就會享有競爭優勢。”

又一項舉動已經引起業界關注,那就是將FPGA置入系統級芯片中。Ayukawa說:“這好像已經不是朝著系統級芯片的方向發展,而更象是盒中系統(system-in-box)。”但是沒有理由認為這不屬于系統級芯片的范疇。FPGA的體積隨著更新換代將不斷縮小。他說:“我預計它會逐漸成為系統級芯片的一部分。” 

IBM微電子公司首席技術專家Randy Lange說,IBM公司去年開發了所謂超級結構方法,提供共同工作的預配置內核,確保客戶能夠順利制造和測試這些芯片。

Lange說:“你可以重新使用這些元件,只需針對不同的市場賣點進行局部重新設計,比方說放一個更快速的輸入/輸出驅動器在上面,而不作其它修改。這種定制解決方案的整個概念只有在你能夠重新使用這些元件時才具備經濟效益。你不可能每次都對全部內容進行重新設計。”

據Lange介紹,與超級結構相配套的是IBM公司的內核連接總線,它能夠預先對內部連接各種元件的線路進行偵測并判定有無通過能力。按照IBM公司統計,現已有20多家公司獲得32位、6?位和128位版本內核連接總線的使用許可。內核連接總線能夠讓用戶采取標準化做法創建定制芯片,實際上就是創建一種針對特定應用的標準部件,Lange補充道:“這樣你就能夠獲得更大和更快的生產能力。”

多芯片模塊挑戰系統級芯片

多年來,多芯片模塊一直被作為昂貴的系統級芯片的替代品在市場上推銷。但是,分析人士和單芯片供應商傾向于將多芯片模塊作為一種通向系統級芯片、經濟高效、但不太復雜的方法,而不僅僅作為一種替代品。他們主張這兩種產品其實在性能上沒有什么區別。

談到客戶希望出于成本和減少元件考慮而采用單個元件,朗訊科技的Ayukawa說:“就現在的情況而言,客戶并不是非常在乎。很多時候,這種方法可能比在系統級芯片中插入一大塊DRAM內存更加經濟高效。”

制造無線通信芯片的Peregrine半導體公司的首席執行官Stavros Prodromou稱,其實有很多折衷方案。他說:“在一個封裝中包含多個芯片實際上可以讓你在諸如CMOS的相同封裝中混合使用砷化鎵和硅鍺等技術,這樣就可以在電路板上消除很多外部互連。你也可以混合并集成不同的IP。”

IBM公司也在為許多應用提供“單封裝系統”,與嵌入DRAM或SRAM的系統級芯片相比,能夠提供更為快速的內存訪問能力,Lange則將這種產品描述為“一種介于多芯片模塊和系統級芯片之間的東西”。

利用這種技術,IBM公司將兩個芯片直接焊接在一起,促進兩者之間的直接通信。他說:“采用這種封裝方式,它看上去象一個芯片,但事實上卻是兩個芯片。”

Lange還指出,其中一個芯片可以調換或重新自旋,而另一個則保持不變。這樣就可以將一個定制元件加在標準產品上,或者在定制產品中重新使用標準元件。

Connexant系統公司負責網絡接入產品戰略營銷的副總裁Warner Andrews稱,該公司既能以多芯片模塊形式提供傳真調制解調器,也能以單硅片形式提供。

他說:“原因是你可能已經掌握了重大電路技術差異。為了將所有功能都納入集成電路中,你可能需要采用1.8V工藝,但傳真調制解調器中數字數據接入配置的線路驅動線卻要求采用3.3V技術。因此,我們掌握了兩套不同的技術,可以把多個芯片放在一個盒子中。”

Andrews說:“我們幾年前推出的每種56k調制解調器實際上都是4片式多芯片模塊,在客戶看來這和系統級芯片差不多。”交換機芯片制造商Power X公司營銷主任Bill Weir認為,在通信交換領域,各種功能一直通過“大量專用集成電路”來實現,而市場中近幾年間出現的新一代網絡處理器則更像是系統級芯片,而不再是專用集成電路。而且,總的來說他們是建立在單芯片組上的多個系統。他說:“其中每種芯片都具有分組處理功能和交換功能,它們已經將5個或6個芯片上的功能集成在一個較大芯片上。我不能說我們可以在一個芯片上完成所有事情,但和以前比,單芯片組系統確實有了飛躍,今天的單芯片組系統很有希望成為明天的系統級芯片。”

Dataquest公司Starnes認為,多芯片模塊不會對系統級芯片構成什么威脅。比如,制造多芯片模塊并不見得比組裝真正集成的系統級芯片所用的IP簡單。而且,對這些芯片重新進行加工也是極其困難的。但是他又說:“你現在完全可以在一個基板上放置3個小芯片,而不必采用一個大芯片。”而且如果在焊線過程中發生了制造錯誤需要修補,那么整個芯片就會報廢,他指出:“即使這兩個芯片都能工作,你還可以修補第三塊芯片,整個模塊仍然有用,而不至于報廢整個大芯片。”

Starnes補充說,還可采用其它比較容易的方法對多個芯片進行加工處理,這比直接加工處理一個單片集成電路簡單得多。在一個百萬晶體管設計中,更改其中1萬個晶體管的設置就可能影響全部百萬個晶體管。他說:“也許分成三個芯片就會容易得多,你只需要更改位于某個芯片上的1萬個晶體管,而不必去管另外兩個芯片,這樣就能為制造商降低成本。”

(責任編輯:admin)

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