分立式SOC：漸進式發展與嚴峻挑戰

 
 
過去三十年來，實現真正的片上系統 (SoC) 的理念一直是半導體業界孜孜以求的神圣目標。 

我們已經取得了巨大成就，但依然任重而道遠。 

用數字電路實現模擬與 RF 是真正的挑戰，因為它要求不同的 IC 工藝。模擬、數字與 RF 集成已成為現實--藍牙芯片就是很好的例證。但與 SOC 的最終目標相比，這只是模擬與 RF 電路相對不太復雜的定制設計而已。 

考慮到芯片集成仍難以實現，定義另一概念是相當有用的：分立式 SOC，這是系統實現最終集成的中間步驟。這一概念有助于芯片工程師與設計人員實施過度型集成措施，為最終目標做好準備。 

分立式 SOC 概念包含在個人視頻記錄器 (PVR) 的芯片組中，帶有大塊的高速數字電路、BiCMOS 音頻與視頻編解碼器以及電視調諧器，其使用的制造技術也相當特殊。PVR 的發展是這種復雜系統集成不斷進展的一個實例。 

但是，分立式 SOC 提出的挑戰非常之嚴峻，以致于我們關于集成優勢的共識（更小、更快、更廉價）甚至可能隨著業界接近最終集成目標而失效。 

對于真正的 SOC，單一器件不能保證實現最低的系統成本、最高的性能或最低的功耗。它很可能實現較小的尺寸。但為減小尺寸而犧牲成本與功耗的做法一般來說是沒有意義的。 

PVR 系統集成 

2000 年時，典型的 PVR 系統包括 8 個芯片（見圖）。設計小組了解到集成是一個漸進的過程，而且板級解決方案會持續發展到 2006 年，這樣他們就可根據四條基本規則開發新一代產品。當然，他們還會將每一代連續的集成變得更加簡單而迅速。 

在 PC 板的相同一般區域用相似的工藝技術放置組件。 
將數字 IC 放置得盡可能靠近混合模式部件，以使跡線最短。 
放置 RF 電路使之與高速電路相隔離。 
電源應為獨立模塊，這樣在新技術出現時，系統就能夠利用這些新技術。


上圖顯示了數字處理單元如何快速合成為單一的 CMOS芯片。由于制造技術不匹配，在2002年時 BiCMOS 音頻編解碼器、視頻編碼器/解碼器以及電視調諧器還未成為集成的對象。 

過采樣音頻編解碼器可放于 CMOS 中，但這種情況下則相反。將音頻編解碼器與 CPU 和 MPEG 相集成會降低音頻質量--這是一個較困難的設計問題。 

視頻編碼器與解碼器采用 BiCMOS 技術，并可集成到單一芯片上，這在 2004 年才剛得以實現。盡管電視調諧器在 2002 年系列產品中就已使用 BiCMOS 技術，但當視頻編碼器/解碼器可集成到單一的 BiCMOS 芯片上時，它在 2004 年系列產品中轉而采用 SiGe。 

到 2006 年，兩種 SOC 都可能成為最先進的 PVR。當音頻編解碼器加到 CMOS 電路中，且視頻編碼器/解碼器與電視調諧器相結合時，就實現了上述情況。 

未來尚不明朗 

2006 年之后的情況如何就不那么明確了。隨著硅片技術不斷發展，我們可以想象未來的電視將在一個 SOC 上集成 PVR 功能。 

制造技術及其產生的硬件組件提出了巨大挑戰，不過還不是 SOC 要面臨的最大難題。我們可認為電子系統有著五大構成部分：制造、硬件組件、操作系統、專用軟件以及開發環境。 

每個構成部分都對實現 SOC 提出了一些程度不同的難題。最大的難題就在于缺乏一個開發環境，能夠在模擬、數字與 RF 方面對 SOC 進行模擬、仿真、測試以及定型 (prototype)。 

今天的數字芯片需要龐大的驗證小組、復雜的軟件，還需要昂貴的硬件作為仿真器，此外還需要長達數月的時間。添加模擬與 RF 將使問題更加嚴重，甚至無法控制。