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超越摩尔定律的重要途径 SiP封装为应用而生

导读: 根据国际半导体路线组织(ITRS)的定义: SiP 为将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及诸如 MEMS 或者光学器件等其他器件优先组装到一起,实现一定功能的单个标准封装件,形成一个系统或者子系统。

  OFweek电子工程网讯 早前,苹果发布了最新的apple watch手表,里面用到SIP封装芯片,从尺寸和性能上为新手表增色不少。而芯片发展从一味追求功耗下降及性能提升(摩尔定律),转向更加务实的满足市场的需求(超越摩尔定律), SiP是实现的重要路径。 SiP从终端电子产品角度出发,不是一味关注芯片本身的性能/功耗,而是实现整个终端电子产品的轻薄短小、多功能、低功耗,在行动装臵与穿戴装臵等轻巧型产品兴起后, SiP需求日益显现。

  根据国际半导体路线组织(ITRS)的定义: SiP 为将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及诸如 MEMS 或者光学器件等其他器件优先组装到一起,实现一定功能的单个标准封装件,形成一个系统或者子系统。

  超越摩尔定律的重要途径 SiP封装为应用而生

  SIP定义

  从架构上来讲, SiP 是将多种功能芯片,包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内,从而实现一个基本完整的功能。与 SOC(片上系统)相对应。不同的是系统级封装是采用不同芯片进行并排或叠加的封装方式,而 SOC 则是高度集成的芯片产品。

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  SIP架构

  SiP 是超越摩尔定律下的重要实现路径

  众所周知的摩尔定律发展到现阶段,何去何从?行业内有两条路径:一是继续按照摩尔定律往下发展,走这条路径的产品有CPU、内存、逻辑器件等,这些产品占整个市场的 50%。另外就是超越摩尔定律的More than Moore 路线,芯片发展从一味追求功耗下降及性能提升方面,转向更加务实的满足市场的需求。这方面的产品包括了模拟/RF 器件,无源器件、电源管理器件等,大约占到了剩下的那 50%市场。

  超越摩尔定律的重要途径 SiP封装为应用而生

  半导体的主要产品占比

  针对这两条路径,分别诞生了两种产品: SoC 与 SiP。 SoC 是摩尔定律继续往下走下的产物,而 SiP 则是实现超越摩尔定律的重要路径。两者都是实现在芯片层面上实现小型化和微型化系统的产物。

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  More Moore和More than Moore

  SoC 与 SIP 是极为相似,两者均将一个包含逻辑组件、内存组件,甚至包含被动组件的系统,整合在一个单位中。 SoC 是从设计的角度出发,是将系统所需的组件高度集成到一块芯片上。 SiP 是从封装的立场出发,对不同芯片进行并排或叠加的封装方式,将多个具有不同功能的有源电子元件与可选无源器件,以及诸如 MEMS 或者光学器件等其他器件优先组装到一起,实现一定功能的单个标准封装件。

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  SOC和SIP

  从集成度而言,一般情况下, SoC 只集成 AP 之类的逻辑系统,而 SiP 集成了AP+mobileDDR,某种程度上说 SIP=SoC+DDR,随着将来集成度越来越高, emmc也很有可能会集成到 SiP 中。从封装发展的角度来看,因电子产品在体积、处理速度或电性特性各方面的需求考量下, SoC 曾经被确立为未来电子产品设计的关键与发展方向。但随着近年来 SoC生产成本越来越高,频频遭遇技术障碍,造成 SoC 的发展面临瓶颈,进而使 SiP 的发展越来越被业界重视。

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  SOC和SIP对比

  摩尔定律确保了芯片性能的不断提升。众所周知,摩尔定律是半导体行业发展的“圣经”。在硅基半导体上,每 18 个月实现晶体管的特征尺寸缩小一半,性能提升一倍。在性能提升的同时,带来成本的下降,这使得半导体厂商有足够的动力去实现半导体特征尺寸的缩小。这其中,处理器芯片和存储芯片是最遵从摩尔定律的两类芯片。以Intel 为例,每一代的产品完美地遵循摩尔定律。在芯片层面上,摩尔定律促进了性能的不断往前推进。

  而PCB 板并不遵从摩尔定律,是整个系统性能提升的瓶颈。与芯片规模不断缩小相对应, PCB 板这些年并没有发生太大变化。举例而言, PCB 主板的标准最小线宽从十年前就是 3 mil(大约 75 um),到今天还是 3 mil,几乎没有进步。毕竟, PCB 并不遵从摩尔定律。因为 PCB 的限制,整个系统的性能提升遇到了瓶颈。比如,由于 PCB线宽都没变化,所以处理器和内存之间的连线密度也保持不变。换句话说,在处理器和内存封装大小不大变的情况下,处理器和内存之间的连线数量不会显著变化。而内存的带宽等于内存接口位宽乘以内存接口操作频率。内存输出位宽等于处理器和内存之间的连线数量,在十年间受到 PCB 板工艺的限制一直是 64bit 没有发生变化。所以想提升内存带宽只有提高内存接口操作频率,这就限制了整个系统的性能提升。

  超越摩尔定律的重要途径 SiP封装为应用而生

  过去主流的系统

  SIP 是解决系统桎梏的胜负手。把多个半导体芯片和无源器件封装在同一个芯片内,组成一个系统级的芯片,而不再用 PCB 板来作为承载芯片连接之间的载体,可以解决因为 PCB 自身的先天不足带来系统性能遇到瓶颈的问题。以处理器和存储芯片举例,因为系统级封装内部走线的密度可以远高于 PCB 走线密度,从而解决 PCB线宽带来的系统瓶颈。举例而言,因为存储器芯片和处理器芯片可以通过穿孔的方式连接在一起,不再受 PCB 线宽的限制,从而可以实现数据带宽在接口带宽上的提升

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  现在的系统

  SiP 不仅简单将芯片集成在一起。 SiP 还具有开发周期短、功能更多、功耗更低、性能更优良、成本价格更低、体积更小、质量更轻等优点,

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  SIP封装的优势

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责任编辑:Trista
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