SoC变集成电路为集成系统

作为日益成熟的IC技术，SoC的出现使集成电路成为集成系统，实现了业界跨越式发展。本组专题从SoC的历史变迁、市场需求、所面临的挑战以及两个关键性技术问题（验证和使用IP）做了详细的介绍，并预测了未来趋势。

SoC是微电子设计领域的一场革命，能在单个或少数芯片上完成整个系统的功能。

目前，每个人都可以感觉到信息技术带来的变化，它被广泛地应用于国民经济、国防建设和家庭生活的各个方面，正在改变着我们的生活、生产方式。这场革命的基础是微电子技术。

世界上第一个晶体管诞生10年后，集成电路（IC）开始兴起。IC产业技术经历了电路集成、功能集成、技术集成，发展到现在基于计算机软硬件的知识集成。按照摩尔定律，芯片的晶体管数越来越多。当然，聪明的IT人士不禁会想到，不能只追求单个微处理机功能的提高，而是可以把整个系统集成到一个芯片上，也就是将系统电路板上的多个芯片集成到一个芯片上而取代原来的电路板，于是SoC（System on Chip，片上系统）时代开始了。

从狭义角度讲，SoC是信息系统的芯片集成，是将系统集成在一块芯片中。从广义角度讲，SoC就是一个微小型系统。整个电子整机的功能将可以集成到一块芯片中。在不久的将来，集成电路与电子整机之间的界限将被彻底打破。

1991年，ARM公司提出的RISC IP内核（Core）是一种无芯片设计，可供SoC设计使用的知识产权（Intellectual Property IP）内核。这样，上世纪90年代中期出现了SoC概念。随着超深亚微米工艺的不断发展，以3C融合为特征的后PC时代为SoC发展创造了广阔的发展空间，也日益引起学术界和工业界的极大关注。SoC品种日益繁多，在关注面积、延迟、功耗的基础上，设计目标向高成品率、高可靠性、低EMI噪声、低成本、高易用性等方面转移，促使系统级集成快速发展。

目前，很多具有中央处理器功能的主流消费性电子产品（如视频转换器、移动电话和PDA等）中的芯片，都可称之为SoC芯片。这类产品对成本与市场价格相当敏感，因此，业者的竞争力便来自于谁能更好地控制成本。由于在一个芯片中集成了多种不同的功能模块，SoC技术为降低消费类电子产品的成本提供了机会。更重要的是SoC具有应用领域的行为和功能特征，具有更多的应用专业知识，使整机成本、体积以及功耗都大大降低，加快了整机系统更新换代的速度。

SoC与单功能芯片相比有如下优点:

(1) 增加功能，从单一功能增加到多种功能。

(2) 提高性能指标，在相同的工艺条件下可实现更高性能的系统指标，同时，采用SoC设计方法完成同样功能所需的晶体管数目可降低2-3个数量级。

(3) 减少体积，降低所占的印制电路板(PCB) 空间。一个芯片集成一个系统，相当于一个部件或一部整机，势必减少整机的体积。

(4) 缩短产品上市时间，以获取更多的利润。如DVD用SoC后的研制时间可从原来的1～2 年缩短到6个月以内。

(5) 降低功耗，提高抗电磁干扰和系统可靠性。如日本日立公司HG73M系列SoC，它集成SH3型SPU Core、高速逻辑电路和高密度DRAM等，其数据传输速率比采用外部DRAM 系统高10～100倍，其功耗仅为原来的1/10～1/2。

(6) 降低成本。SoC要集成多种功能的IC，要缩短设计周期，必须向别的公司购买IP，可减少重复劳动、提高效率、节约开支、降低成本，并且减少了电路芯片，也降低了整机的成本。

(7) 缩短供需双方的距离，SoC制造商要更多地与用户联系，尽早让用户参与设计，这样设计出来的芯片上市最快、最受用户欢迎，也最容易占领市场。

(8) SoC为实现许多复杂的信号处理和信息加工提供了新的思路和方法。SoC采用了片内可再编程技术，可使片上系统内硬件的功能可以像软件一样通过编程来配置，从而可以实时地进行灵活而方便的更改和开发。这种全新的系统设计概念，使新一代的SoC具有极强的灵活性和适应性。它不仅使电子系统的设计和开发以及产品性能的改进和扩充变得十分简易和方便，而且使电子系统具有适应多功能的能力。（作者单位：北京航空航天大学）