Tin tức

Hệ thống trong gói hay hệ thống trên chip?Ngay cả trong các thiết kế có hạn chế nghiêm trọng về không gian, mức độ tích hợp phù hợp không bao giờ là một quyết định dễ dàng.Công nghệ SiP đang cho thấy một mức độ trưởng thành mới, không giống như những ngày cũ tồi tệ của các mô-đun đa kênh được xây dựng tùy chỉnh trên chất nền unibtainium.Và công nghệ SoC đang mở rộng phạm vi tiếp cận của mình, với một số nhà cung cấp thực hiện mạch RF tín hiệu nhỏ trong các quy trình vani-CMOS.Làm thế nào để nhóm thiết kế quyết định đặt các giai đoạn RF trên các viên xúc xắc riêng biệt, được tối ưu hóa hay tích hợp chúng vào đế băng tần?

Trong một cuộc phỏng vấn với EE Times, Pieter Hooijmans, phó chủ tịch kiêm quản lý chương trình RF tại Philips, và Bill Krenik, giám đốc kiến ​​trúc nâng cao không dây tại Texas Instruments Inc., đã tiếp tục cuộc tranh luận bắt đầu tại một phiên hội thảo tại Hội nghị mạch tích hợp tùy chỉnh năm ngoái .

EE Times: Thưa quý vị, để đi đúng câu hỏi, chiến lược tốt nhất cho các thiết bị di động không dây bị hạn chế nghiêm trọng hiện nay là gì: SiP hay SoC?

Pieter Hooijmans: Philips đã chọn SiP, vì một số lý do mà chúng tôi tin là hấp dẫn.Đầu tiên, cách tiếp cận SiP cho phép mỗi khối chức năng được chế tạo trên công nghệ phục vụ nó tốt nhất.Mặc dù không thể phủ nhận sự cải thiện hiệu suất của bóng bán dẫn CMOS, điều này vẫn quan trọng đối với mạch RF, đặc biệt là mạch tín hiệu lớn.

Thứ hai, việc có các mô-đun khác nhau trên các viên xúc xắc khác nhau cho phép cách tiếp cận plug-and-play đối với nhiều loại thị trường.Bạn có thể thực hiện một số thiết kế RF khác nhau và sử dụng thiết kế thích hợp cho từng phân khúc thị trường mà không cần phải thay đổi chip logic băng tần cơ sở.Với một SoC, bạn bị mắc kẹt với bất cứ thứ gì bạn đã chọn để đưa vào khuôn.

Thứ ba, SiP có thể nhỏ gọn hơn nhiều trong hệ thống.Bởi vì chúng tôi có thể tích hợp tất cả RF, bao gồm cả công tắc ăng-ten và bộ khuếch đại công suất, và vì chúng tôi có thể tích hợp các thành phần thụ động Q cao, chúng tôi có thể có một gói duy nhất với tín hiệu ăng-ten đi vào và dữ liệu kỹ thuật số đi ra.

Bill Krenik: Hãy để tôi bắt đầu bằng cách đồng ý với phần lớn những gì Pieter đã nói.Chúng tôi không khác nhau về ưu điểm của công nghệ SiP.Nhưng tại TI, chúng tôi tin rằng sự kết hợp cẩn thận giữa công nghệ SiP và SoC là giải pháp tốt nhất cho các ứng dụng này.

Khi chúng tôi tích hợp mạch RF tín hiệu nhỏ vào khuôn kỹ thuật số CMOS băng tần cơ sở, chúng tôi thấy những lợi thế thực sự về mức tiêu thụ điện năng và diện tích bo mạch.Bạn không nhận được những cải tiến đó chỉ bằng cách kéo xúc xắc vào một gói lớn hơn - điều đó cũng không thực sự làm giảm chi phí.Chúng tôi vẫn giữ các chức năng tín hiệu lớn, chẳng hạn như công tắc ăng-ten và bộ khuếch đại công suất, bên ngoài SoC.

Hooijmans: Vì vậy, chúng tôi không bất đồng về giá trị của SiP.Cuộc thảo luận đã kết thúc vị trí đặt mạch thu phát tín hiệu nhỏ RF.Tôi đồng ý rằng đặt nó vào CMOS là một cách để tiết kiệm một vài xu và một vài mm vuông, nhưng nó không nhất thiết là cách tốt nhất.Quyết định đó có ảnh hưởng lớn đến việc phân vùng hệ thống.

Krenik: Và tôi nghĩ rằng trong công nghệ ngày nay, tín hiệu nhỏ RF phù hợp một cách tự nhiên với logic kỹ thuật số.Nó thực sự thay đổi phần nào thiết kế hệ thống - sau tất cả, bạn đang thiết kế một tầng RF với các bóng bán dẫn CMOS được thiết kế cho kỹ thuật số.Nhưng điều đó cũng có lợi.Những bóng bán dẫn đó có tốc độ trên 100 GHz và bạn có một bố cục rất tốt để làm việc.Bạn có thể thực hiện một cách tiếp cận thiết kế tích cực hơn so với những quy trình RF cũ hơn.

Đặc biệt, nếu giao diện RF-to-kỹ thuật số nằm trong chip, thì băng tần cơ sở có thể chia sẻ thông tin với tầng RF ở mức độ không thực tế với xúc xắc riêng biệt.Ví dụ, bộ xử lý băng tần cơ sở có thể được sử dụng để đặt mạch RF thông qua quá trình tự kiểm tra và có thể thực hiện cấu hình trực tiếp để điều chỉnh các mạch RF nhằm bù đắp cho các biến thể điện áp, nhiệt độ hoặc quá trình.

Hooijmans: Tôi đồng ý.Trên thực tế, nếu bạn triển khai RF trong CMOS kỹ thuật số, bạn buộc phải kiểm soát kỹ thuật số nhiều hơn đối với giai đoạn RF vì những hạn chế trong quá trình này.Nhưng bạn có thể sử dụng các kỹ thuật kỹ thuật số tương tự trên khuôn đúc được chế tạo theo quy trình RF thực sự và sử dụng chúng để tối ưu hóa hiệu suất, không bù đắp các thiếu sót của quy trình.

Nhưng tôi muốn quay trở lại vấn đề mô đun.Khi số lượng giao diện không dây bạn đang cố gắng hỗ trợ tăng lên, bạn có đặt tất cả chúng vào SoC của mình không?Bạn sẽ xử lý như thế nào với một SoC có 10 giao diện RF trên đó?Các vấn đề về tính toàn vẹn của tín hiệu, nhiễu xuyên âm giữa các đầu vào, thậm chí cả tiếng ồn từ băng tần cơ sở kỹ thuật số sẽ là những vấn đề rất lớn.

Krenik: Đó là một công việc lớn.Tôi không tranh cãi điều đó.Tất cả các kỹ sư quy trình, đóng gói và kiểm tra đều phải làm việc mật thiết với nhóm thiết kế chip để những thứ như thế này hoạt động.Nhưng đó là tương lai.Ngay cả ngày nay, trong Bluetooth chẳng hạn, bạn phải có một SoC.

Hooijmans: Chà, không.Philips chúng tôi có giải pháp SiP cho Bluetooth có cùng kích thước, chi phí và mức tiêu thụ điện năng như các giải pháp SoC.

Krenik: Được.Giả sử rằng nhiều nhà cung cấp đã chọn cách tiếp cận một chip trong thị trường đó.Điều đó cũng đúng với máy thu GPS và nó đang trở thành sự thật đối với mạng không dây.Tôi tin rằng xu hướng thị trường đang hướng tới các SoC.Và tôi tin rằng TI đã giải quyết được các vấn đề tích hợp để chúng ta có thể đi đến đó.

Hooijmans: Được rồi, hãy nhìn vào tương lai.Trong tương lai, chúng ta sẽ thấy các hệ thống thiết bị cầm tay với nhiều giao diện không dây trong các kết hợp khác nhau và các yêu cầu khác nhau để hoạt động đồng thời.Bạn sẽ làm một SoC khổng lồ duy nhất bao gồm tất cả các giao diện không dây có thể cần trên một thiết bị cầm tay tiên tiến?Đó không phải là cách để đi.Nó không phải là một vấn đề có thể giải quyết được.

Krenik: Bạn nói đúng rằng các tính năng hoàn toàn đổ dồn vào thiết bị cầm tay.Và mỗi tính năng mới mang ăng-ten riêng, giao diện không khí riêng.Tất cả những gì tôi đang nói là khi bạn phân vùng hệ thống, hãy đặt mỗi bộ đàm với băng tần cơ sở tương ứng của nó.Vì vậy, bạn kết thúc với một cụm SoC;nó rất mô-đun.

Với nút 65 nanomet, tôi tin rằng chúng ta sẽ thấy các phân khúc khác biệt nổi lên trên thị trường không dây và chúng sẽ có các tổ hợp chức năng cố định.Vì vậy, chúng tôi có thể phục vụ từng phân khúc chính với một SoC duy nhất.Sau đó, với kinh nghiệm của chúng tôi trong việc sử dụng SoC trong thế hệ 90 nm, chúng tôi sẽ có vị trí rất tốt để có một quá trình chuyển đổi tương đối dễ dàng.

Hooijmans: Nếu những phân đoạn như vậy phát triển, bạn có thể tiết kiệm được một vài xu.Nhưng tôi nghĩ rằng sẽ có ít phân khúc như vậy mà bạn có thể phục vụ một lượng lớn nhu cầu với một SoC duy nhất.Hãy nhớ rằng, chúng tôi cũng sẽ tăng cường tích hợp với cách tiếp cận SiP, kết hợp mọi thứ ở những nơi có sức mạnh tổng hợp kiến ​​trúc thực sự.

Krenik: Tôi không đồng ý với việc bạn sẽ đến đó ở đâu.Cách tiếp cận SoC tăng, thay vì giảm, tính linh hoạt.Nó linh hoạt hơn vì bạn có sự tích hợp chặt chẽ hơn giữa các chức năng.Và nếu thị trường vẫn muốn một cách tiếp cận mô-đun hơn cho các phân khúc ít được xác định hơn, chúng tôi cũng có thể cung cấp điều đó mà không cần thay đổi kiến ​​trúc hoặc công nghệ.

EET: Bill, tôi nghĩ bạn là người đầu tiên tôi nghe nói rằng quá trình chuyển đổi từ 90 nm sang 65 nm sẽ tương đối dễ dàng.

Hooijmans: Quá trình di chuyển 90 đến 65 nm không phải là tự động.Tôi sẽ nói rằng bạn càng có nhiều chức năng trong mạch kỹ thuật số, thì điều đó càng trở nên dễ dàng hơn.Nhưng trước đây, mạch thu phát khó di chuyển hơn so với băng tần số.Trên thực tế, chúng tôi thực sự có thể làm giảm hiệu suất RF tổng thể bằng cách chuyển sang bước sóng 65 nm.

Krenik: Không còn gì là tầm thường nữa.Chúng tôi sẽ phải tạo chỗ ở cho 65 nm trong thiết kế cấp wafer và các nơi khác.Nhưng vì số lượng lớn các sản phẩm kỹ thuật số quan trọng mà TI có, các kỹ sư quy trình hoàn toàn phải làm cho việc chuyển đổi kỹ thuật số sang 65 nm dễ dàng cho các nhà thiết kế của chúng tôi.Sau đó, đối với mạch RF, một lần nữa chúng ta đang xem xét một tập hợp các bóng bán dẫn nhỏ hơn, nhanh hơn, sử dụng ít năng lượng hơn.

EET: Cả hai bạn đều đã đề cập đến việc sử dụng ngày càng nhiều mạch kỹ thuật số để hỗ trợ RF.Điều này được thực hiện là do tích hợp, hay nó chỉ là cách tốt nhất để thiết kế mạch RF trong công nghệ hiện tại?

Krenik: Chắc chắn có một xu hướng số hóa mạch RF tại TI.Trên thực tế, lợi ích lớn của việc tích hợp không phải là sự kết hợp của hai viên xúc xắc vì nó đưa RF trên khuôn với mạch kỹ thuật số để chúng có thể hoạt động thân mật.Khi chúng tôi thực hiện các nghiên cứu kiến ​​trúc cho thiết bị cầm tay một chip, chúng tôi nhanh chóng kết luận rằng cách tiếp cận tốt nhất là tận dụng sức mạnh xử lý kỹ thuật số để điều khiển các mạch tương tự.Điều đó không chỉ đúng với RF tích hợp;điều đó cũng đúng đối với các chip radio riêng biệt.

Hooijmans: Đó là một câu hỏi về con gà và quả trứng.Bạn muốn chuyển mạch RF sang CMOS vì ft cao và dòng điện thấp.Nhưng nếu bạn di chuyển, bạn sẽ thấy có nhiều điểm hạn chế trong quá trình yêu cầu bạn thực hiện bồi thường kỹ thuật số.Nếu bạn định làm RF trong CMOS, bạn sẽ thực hiện hiệu chỉnh kỹ thuật số.Nhưng nhìn chung, có một số lợi thế khi tín hiệu quay trở lại giai đoạn RF từ băng tần cơ sở.Vì những lý do đó, kỹ thuật này có giá trị như nhau đối với các chip RF độc lập.

EET: Vì vậy, sử dụng công nghệ kỹ thuật số theo cách nào đó, có sự khác biệt về tính khả thi trong thiết kế giữa các phương pháp tiếp cận SiP và SoC không?

Hooijmans: Với SiP, bạn có thể sử dụng các công nghệ tối ưu hóa cho từng chức năng.Để trở nên tốt nhất, bộ chuyển đổi ăng-ten, bộ khuếch đại công suất và bộ lọc SAW đều cần công nghệ xử lý riêng.Trong hạn chế đó, càng ít xúc xắc càng tốt.Chúng ta chỉ đang nói về một phân vùng hơi khác.

Krenik: TI cũng ủng hộ SiPs.Tất cả các thành phần khác bên ngoài SoC cũng rất quan trọng.Nhưng ngay cả với SiP, việc sử dụng càng nhiều càng tốt đế băng tần càng tốt.Trộn tất cả các công nghệ đó làm cho thiết kế SiP phức tạp hơn.

Hooijmans: Chà, có rất nhiều SiP đang được sản xuất tại Philips.Tôi muốn nói rằng đó là một công nghệ hoàn toàn có thể quản lý được.

Krenik: Có lẽ.Nhưng có một sự kêu gọi cao hơn ở đây.SiP và SoC đều cần thiết cho sự phát triển của thiết bị cầm tay.Chúng tôi đang xem xét các thiết bị cầm tay trong tương lai có hơn chục đài cho các chức năng khác nhau.Chúng tôi sẽ không thể làm được điều đó nếu không thành thạo cả SiP và SoC.

EET: Cuối cùng, chúng ta đi đến câu hỏi về chi phí.Nếu cả SiP và SoC đều được thiết kế tốt, thì một phương pháp này có thực sự ít tốn kém hơn phương pháp kia không?

Krenik: Chúng tôi tin rằng SoC sẽ có chi phí thấp hơn.Nó làm cho việc tích hợp thiết bị cầm tay trở nên đơn giản hơn, nó cung cấp sự kết hợp chặt chẽ hơn giữa mạch RF và băng tần cơ sở, và nó có tổng mức tiêu thụ điện năng thấp hơn.Điểm cuối cùng đó có nghĩa là, thứ hai, cách tiếp cận SoC có thể tiết kiệm nhiều tiền hơn trong mạch quản lý điện năng.Và diện tích bảng thấp hơn.

Hơn nữa, chúng tôi tin rằng SoC sẽ mang lại hiệu quả tốt hơn so với cách tiếp cận SiP và chúng tôi có thể làm cho năng suất thậm chí còn tốt hơn với các chức năng tự kiểm tra, tự sửa và điều chỉnh mà chúng tôi nhận được bằng cách kết hợp chặt chẽ giữa RF và băng tần.

Điểm đường cong học tập là quan trọng.Bởi vì trong SoC, đài phát thanh phần lớn là kỹ thuật số, khi chúng ta đi cùng, chúng ta có thể thu thập một lượng lớn dữ liệu về những gì đang diễn ra bên trong đài.Điều đó không chỉ có nghĩa là cải thiện năng suất.Điều đó cũng có nghĩa là gỡ lỗi nhanh hơn và thời gian tiếp thị ngắn hơn cho khách hàng của chúng tôi.

Hooijmans: Tất nhiên, những lợi ích này của số hóa cũng áp dụng cho SiP.Tôi nghĩ rằng nếu cả hai cách tiếp cận đều được thiết kế tốt, thì sự khác biệt sẽ là không đáng kể.Nhưng nếu bạn làm sai một điều gì đó, chi phí sửa chữa SoC có thể chạy theo bạn.

Dù thế nào thì rõ ràng bạn phải làm chủ được công nghệ.Nhận thức được điều đó, có thể lựa chọn giải pháp của bạn phải dựa trên khả năng kiểm soát của bạn đối với các công nghệ liên quan cũng như nhu cầu về thời gian tiếp cận thị trường của bạn.