Aktualności

System w pakiecie czy system na chipie?Nawet w projektach z poważnymi ograniczeniami przestrzennymi właściwy poziom integracji nigdy nie jest łatwą decyzją.Technologia SiP wykazuje nowy poziom dojrzałości, w niczym nie przypomina starych, złych czasów niestandardowych modułów wieloczipowych na podłożach bezobtanowych.A technologia SoC rozszerza swój zasięg, a wielu dostawców wykonuje obwody RF o małym sygnale w procesach waniliowych CMOS.W jaki sposób zespół projektowy decyduje, czy umieścić stopnie RF na oddzielnych, zoptymalizowanych kostkach, czy też zintegrować je z kostką pasma podstawowego?

W wywiadzie dla EE Times Pieter Hooijmans, wiceprezes i kierownik programu RF w firmie Philips, oraz Bill Krenik, menedżer zaawansowanej architektury bezprzewodowej w Texas Instruments Inc., kontynuowali debatę, która rozpoczęła się podczas sesji panelowej na zeszłorocznej konferencji Custom Integrated Circuits Conference. .

EE Times: Panowie, aby od razu przejść do pytania, jaka jest obecnie najlepsza strategia w przypadku bardzo ograniczonych mobilnych urządzeń bezprzewodowych: SiP czy SoC?

Pieter Hooijmans: Firma Philips wybrała SiP z wielu powodów, które uważamy za istotne.Po pierwsze, podejście SiP pozwala na wykonanie każdego bloku funkcjonalnego w technologii, która mu najlepiej służy.Pomimo niezaprzeczalnej poprawy wydajności tranzystorów CMOS, jest to nadal ważne dla obwodów RF, zwłaszcza obwodów o dużym sygnale.

Po drugie, posiadanie różnych modułów na różnych kościach pozwala na podejście typu plug-and-play na wielu rynkach.Możesz wykonać kilka różnych projektów RF i użyć odpowiedniego dla każdego segmentu rynku, na przykład bez konieczności zmiany układu logicznego pasma podstawowego.Z SoC, utkniesz z tym, co zdecydowałeś się umieścić na kostce.

Po trzecie, SiP może być znacznie bardziej zwarty w systemie.Ponieważ możemy zintegrować wszystkie częstotliwości radiowe, w tym przełącznik antenowy i wzmacniacz mocy, oraz ponieważ możemy zintegrować elementy pasywne o wysokiej jakości, możemy mieć pojedynczy pakiet z wejściem sygnału antenowego i wychodzącymi danymi cyfrowymi.

Bill Krenik: Zacznę od zgodzenia się z większością tego, co powiedział Pieter.Nie różnimy się zaletami technologii SiP.Jednak w TI wierzymy, że staranne połączenie technologii SiP i SoC jest najlepszym rozwiązaniem dla tych zastosowań.

Kiedy integrujemy małosygnałowy obwód RF na cyfrowej matrycy CMOS pasma podstawowego, widzimy rzeczywiste korzyści w zużyciu energii i powierzchni płytki.Nie uzyskasz tych ulepszeń po prostu wciągając kostki do większego opakowania - ani to naprawdę nie zmniejsza kosztów.Nadal utrzymujemy funkcje dużego sygnału, takie jak przełącznik anteny i wzmacniacz mocy, poza SoC.

Hooijmans: Więc nie zgadzamy się co do wartości SiP.Dyskusja dotyczy tego, gdzie umieścić obwody nadajnika-odbiornika RF o małym sygnale.Zgadzam się, że umieszczenie go w CMOS to jeden ze sposobów na zaoszczędzenie kilku groszy i kilku milimetrów kwadratowych, ale niekoniecznie jest to najlepszy sposób.Ta decyzja ma duży wpływ na partycjonowanie systemu.

Krenik: I myślę, że w dzisiejszej technologii małe sygnały RF naturalnie pasują do logiki cyfrowej.Zmienia to nieco projekt systemu - w końcu projektujesz teraz stopień RF z tranzystorami CMOS, które były przeznaczone do zastosowań cyfrowych.Ale to też ma zalety.Te tranzystory mają ft powyżej 100 GHz i masz bardzo dobry rozstaw do pracy.Możesz przyjąć bardziej agresywne podejście do projektowania niż jest to możliwe w starszych procesach RF.

W szczególności, jeśli interfejs RF-to-cyfrowy jest wewnątrz chipa, pasmo podstawowe może współdzielić informacje ze stopniem RF na poziomie, który nie byłby praktyczny w przypadku oddzielnych kostek.Na przykład, procesor pasma podstawowego może być użyty do poddania obwodów RF procesowi autotestu i może wykonać konfigurację w locie w celu dostrojenia obwodów RF w celu kompensacji zmian napięcia, temperatury lub procesu.

Hooijmans: Zgadzam się.W rzeczywistości, jeśli zaimplementujesz RF w cyfrowym CMOS, będziesz zmuszony mieć większą kontrolę cyfrową nad stopniem RF z powodu ograniczeń procesu.Ale możesz użyć tych samych technik cyfrowych na matrycy wyprodukowanej w prawdziwym procesie RF i użyć ich do optymalizacji wydajności, a nie do nadrobienia niedociągnięć w procesie.

Ale chciałbym wrócić do kwestii modułowości.W miarę wzrostu liczby interfejsów bezprzewodowych, które próbujesz obsługiwać, czy umieszczasz je wszystkie w swoim SoC?Jak poradzisz sobie z SoC, który miał 10 interfejsów RF?Problemy z integralnością sygnału, przesłuchy między wejściami, a nawet szum z cyfrowego pasma podstawowego byłyby ogromnymi problemami.

Krenik: To duże przedsięwzięcie.Nie zaprzeczam temu.Inżynierowie procesu, osoby zajmujące się pakowaniem i testowaniem muszą ściśle współpracować z zespołem projektowym chipów, aby coś takiego zadziałało.Ale to przyszłość.Nawet dzisiaj, na przykład w Bluetooth, musisz mieć SoC.

Hooijmans: Cóż, nie.W firmie Philips mamy rozwiązanie SiP do Bluetooth, które ma taki sam rozmiar, koszt i zużycie energii, jak rozwiązania SoC.

Krenik: OK.Powiedzmy tylko, że wielu dostawców wybrało na tym rynku podejście oparte na jednym chipie.Dotyczy to również odbiorników GPS i staje się prawdą w przypadku sieci bezprzewodowych.Uważam, że trend rynkowy zmierza w kierunku układów SoC.Uważam, że TI rozwiązało problemy z integracją, abyśmy mogli się tam udać.

Hooijmans: W porządku, spójrzmy w przyszłość.W przyszłości zobaczymy systemy słuchawkowe z wieloma interfejsami bezprzewodowymi w różnych kombinacjach i różnymi wymaganiami dotyczącymi jednoczesnej pracy.Czy zrobisz jeden gigantyczny SoC, który zawiera wszystkie interfejsy bezprzewodowe, które mogą być potrzebne, powiedzmy, w zaawansowanym telefonie?To nie jest droga.To nie jest problem do rozwiązania.

Krenik: Masz rację, że funkcje absolutnie wlewają się do telefonów.Każda nowa funkcja ma własną antenę, własny interfejs radiowy.Mówię tylko, że kiedy podzielisz system na partycje, umieść każde radio z odpowiednim pasmem podstawowym.W efekcie otrzymujesz klaster SoC;jest bardzo modułowy.

Sądzę, że przy węźle 65 nanometrów na rynkach bezprzewodowych pojawią się odrębne segmenty, które będą miały ustalone kombinacje funkcji.Dzięki temu możemy obsługiwać każdy główny segment za pomocą jednego SoC.Dzięki naszemu doświadczeniu w stosowaniu SoC w generacji 90 nm będziemy bardzo dobrze przygotowani do stosunkowo łatwego przejścia.

Hooijmans: Jeśli takie segmenty się rozwiną, możesz zaoszczędzić kilka groszy.Ale myślę, że będzie kilka takich segmentów, w których można by obsłużyć duży wolumen popytu za pomocą jednego SoC.Pamiętaj, że będziemy także zwiększać integrację z podejściem SiP, łącząc rzeczy, w których istnieje prawdziwa architektoniczna synergia.

Krenik: Nie zgadzam się z tym, dokąd się wybierasz.Podejście SoC zwiększa, a nie zmniejsza, elastyczność.Jest bardziej elastyczny ze względu na ściślejszą integrację między funkcjami.A jeśli rynek nadal chce bardziej modułowego podejścia do mniej zdefiniowanych segmentów, możemy to również zaoferować bez zmiany architektury lub technologii.

EET: Bill, myślę, że jesteś pierwszą osobą, którą słyszałem, która zasugerowała, że ​​przejście z 90 nm na 65 nm byłoby stosunkowo łatwe.

Hooijmans: Migracja z 90 do 65 nm nie jest automatyczna.Powiem, że im więcej funkcji masz w obwodach cyfrowych, tym łatwiejsze staje się to.Ale w przeszłości obwody nadawczo-odbiorcze były trudniejsze do migracji niż cyfrowe pasmo podstawowe.W rzeczywistości możemy ogólnie obniżyć wydajność RF przechodząc do 65 nm.

Krenik: Nic już nie jest trywialne.Będziemy musieli dostosować się do 65 nm w projektach na poziomie płytek i gdzie indziej.Jednak ze względu na dużą liczbę ważnych produktów cyfrowych, które posiada TI, inżynierowie procesowi absolutnie muszą ułatwić naszym projektantom migrację cyfrową do 65 nm.Następnie, w przypadku obwodów RF, ponownie patrzymy na zestaw mniejszych, szybszych tranzystorów, które zużywają mniej energii.

EET: Obaj wspomnieliście o rosnącym wykorzystaniu obwodów cyfrowych do wspomagania RF.Czy jest to spowodowane integracją, czy jest to po prostu najlepszy sposób projektowania obwodów RF w obecnej technologii?

Krenik: Zdecydowanie istnieje tendencja do digitalizacji obwodów RF w TI.W rzeczywistości wielką korzyścią z integracji nie było tak wiele, że połączenie dwóch kości, ale uzyskanie RF na kostce z obwodem cyfrowym, aby mogły ściśle współpracować.Kiedy robiliśmy studia architektoniczne dla słuchawki z jednym chipem, dość szybko doszliśmy do wniosku, że najlepszym podejściem jest wykorzystanie mocy przetwarzania cyfrowego do sterowania obwodami analogowymi.Nie dotyczy to tylko zintegrowanego RF;dotyczy to również oddzielnych układów radiowych.

Hooijmans: To kwestia jajka i kury.Chcesz przeprowadzić migrację obwodów RF do CMOS ze względu na wysokie stopy i niskie natężenie prądu.Ale jeśli przeprowadzisz migrację, zauważysz, że proces ten ma wiele wad, które wymagają dokonania cyfrowej kompensacji.Jeśli zamierzasz robić RF w CMOS, zamierzasz wykonać korektę cyfrową.Ale ogólnie rzecz biorąc, istnieją pewne korzyści płynące z powrotu sygnałów do stopnia RF z pasma podstawowego.Z tych powodów technika ta jest równie ważna dla samodzielnych chipów RF.

EET: Czy zatem stosując technologię cyfrową w obu przypadkach, istnieje różnica w wykonalności projektu między podejściami SiP i SoC?

Hooijmans: Dzięki SiP możesz używać zoptymalizowanych technologii dla każdej funkcji.Aby być najlepszym, przełącznik antenowy, wzmacniacz mocy i filtry SAW potrzebują własnej technologii procesowej.Mając to ograniczenie, mniej kości jest lepsze.Mówimy tylko o nieco innym partycjonowaniu.

Krenik: TI jest również zwolennikiem SiP.Wszystkie inne komponenty poza SoC są również ważne.Ale nawet z SiP warto uzyskać jak najwięcej na matrycy pasma podstawowego.Połączenie wszystkich tych technologii sprawia, że ​​projekt SiP jest bardziej złożony.

Hooijmans: Cóż, w firmie Philips jest dużo SiP.Powiedziałbym, że to doskonale zarządzalna technologia.

Krenik: Być może.Ale jest tu wyższe powołanie.SiP i SoC mają zasadnicze znaczenie dla ewolucji telefonu.Przyglądamy się w przyszłości słuchawkom, które mają w sumie kilkanaście radiotelefonów do różnych funkcji.Po prostu nie będziemy w stanie tego zrobić bez opanowania zarówno SiP, jak i SoC.

EET: Wreszcie dochodzimy do kwestii kosztów.Jeśli zarówno SiP, jak i SoC są dobrze zaprojektowane, czy jedno podejście jest naprawdę tańsze od drugiego?

Krenik: Uważamy, że SoC będzie tańszy.Ułatwia to integrację słuchawki, zapewnia ściślejsze sprzężenie między obwodami RF i pasma podstawowego oraz ma niższe całkowite zużycie energii.Ten ostatni punkt oznacza, że ​​po drugie, podejście SoC może zaoszczędzić więcej pieniędzy w obwodach zarządzania energią.A powierzchnia planszy jest niższa.

Ponadto uważamy, że SoC da lepsze wyniki niż podejście SiP i możemy zwiększyć wydajność dzięki autotestowi, autokorekty i funkcjom dostrajania, które uzyskujemy dzięki ścisłemu sprzężeniu pasma RF i pasma podstawowego.

Punkt krzywej uczenia się jest ważny.Ponieważ w SoC radio jest w dużej mierze cyfrowe, w miarę upływu czasu możemy gromadzić ogromne ilości danych o tym, co dzieje się w radiu.To nie tylko oznacza poprawę wydajności.Oznacza to również szybsze debugowanie i krótszy czas wprowadzenia produktu na rynek dla naszych klientów.

Hooijmans: Te korzyści z cyfryzacji odnoszą się oczywiście również do SiP.Myślę, że jeśli oba podejścia są dobrze zaprojektowane, różnica będzie znikoma.Ale jeśli coś zepsujesz, koszt naprawy SoC może uciekać razem z tobą.

Tak czy inaczej, oczywiście musisz opanować technologię.Mając to na uwadze, być może wybór rozwiązania powinien opierać się na kontroli nad stosowanymi technologiami, a także na potrzebach czasu wprowadzenia produktu na rynek.