أخبار الصناعة: ما هو الفرق بين SOC و SIP (النظام في الحزمة)؟

يمكن تشبيه مفهوم SiP بتجميع صندوق أدوات. يحتوي صندوق الأدوات على أدوات مختلفة، مثل المفكات والمطارق والمثاقب. ورغم أنها أدوات مستقلة، إلا أنها جميعها موحّدة في صندوق واحد لسهولة الاستخدام. وتكمن فائدة هذا النهج في إمكانية تطوير وإنتاج كل أداة على حدة، وتجميعها في حزمة نظامية واحدة حسب الحاجة، مما يوفر المرونة والسرعة.

2. الخصائص التقنية والاختلافات بين SoC و SiP

اختلافات طريقة التكامل:
نظام على رقاقة (SoC): صُممت وحدات وظيفية مختلفة (مثل وحدة المعالجة المركزية، والذاكرة، ووحدات الإدخال والإخراج، إلخ) مباشرةً على شريحة السيليكون نفسها. تشترك جميع الوحدات في نفس العملية الأساسية ومنطق التصميم، مُشكلةً نظامًا متكاملًا.
SiP: يمكن تصنيع شرائح وظيفية مختلفة باستخدام عمليات مختلفة ثم دمجها في وحدة تغليف واحدة باستخدام تقنية التغليف ثلاثية الأبعاد لتشكيل نظام مادي.

تعقيد التصميم ومرونته:
نظام على رقاقة (SoC): نظرًا لدمج جميع الوحدات على شريحة واحدة، فإن تعقيد التصميم مرتفع للغاية، خاصةً عند التصميم التعاوني لوحدات مختلفة، مثل الرقمية والتناظرية والترددات الراديوية والذاكرة. يتطلب هذا من المهندسين امتلاك قدرات تصميم شاملة متعددة النطاقات. علاوة على ذلك، في حال وجود مشكلة في تصميم أي وحدة في نظام على رقاقة (SoC)، فقد يلزم إعادة تصميم الشريحة بأكملها، مما يُشكل مخاطر كبيرة.

 

SiP: على النقيض من ذلك، يوفر SiP مرونة تصميمية أكبر. يمكن تصميم وحدات وظيفية مختلفة والتحقق منها بشكل منفصل قبل دمجها في النظام. في حال حدوث مشكلة في وحدة، يتم استبدالها فقط، دون التأثير على الأجزاء الأخرى. هذا يسمح أيضًا بسرعات تطوير أسرع ومخاطر أقل مقارنةً بـ SoC.

توافق العملية والتحديات:
نظام على رقاقة (SoC): يواجه دمج وظائف مختلفة، مثل الرقمية والتناظرية والترددات الراديوية، في شريحة واحدة تحديات كبيرة فيما يتعلق بتوافق العمليات. تتطلب الوحدات الوظيفية المختلفة عمليات تصنيع مختلفة؛ على سبيل المثال، تتطلب الدوائر الرقمية عمليات عالية السرعة ومنخفضة الطاقة، بينما قد تتطلب الدوائر التناظرية تحكمًا أكثر دقة في الجهد. يُعد تحقيق التوافق بين هذه العمليات المختلفة على الشريحة نفسها أمرًا بالغ الصعوبة.

SiP: بفضل تقنية التغليف، يُمكن لـ SiP دمج الرقائق المُصنّعة باستخدام عمليات مختلفة، مما يُحلّ مشاكل توافق العمليات التي تُواجهها تقنية SoC. تسمح SiP لشرائح مُختلفة متعددة بالعمل معًا في العبوة نفسها، إلا أن متطلبات الدقة لتقنية التغليف عالية.

دورة البحث والتطوير والتكاليف:
نظام على رقاقة (SoC): بما أن نظام على رقاقة يتطلب تصميم جميع الوحدات والتحقق منها من الصفر، فإن دورة التصميم أطول. يجب أن تخضع كل وحدة لتصميم دقيق، وتحقق، واختبار، وقد تستغرق عملية التطوير الإجمالية عدة سنوات، مما يؤدي إلى تكاليف باهظة. ومع ذلك، بمجرد دخول الإنتاج الضخم، تكون تكلفة الوحدة أقل بفضل التكامل العالي.
SiP: دورة البحث والتطوير أقصر في SiP. ولأن SiP يستخدم مباشرةً شرائح وظيفية مُثبتة للتغليف، فإنه يُقلل الوقت اللازم لإعادة تصميم الوحدات. هذا يُتيح إطلاق المنتجات بشكل أسرع ويُخفض تكاليف البحث والتطوير بشكل كبير.

أداء النظام والحجم:
نظام على رقاقة (SoC): بفضل وجود جميع الوحدات على الشريحة نفسها، يتم تقليل تأخيرات الاتصال وفقدان الطاقة وتداخل الإشارات إلى أدنى حد، مما يمنح نظام SoC ميزة لا مثيل لها في الأداء واستهلاك الطاقة. حجمه صغير، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات ذات متطلبات الأداء والطاقة العالية، مثل الهواتف الذكية وشرائح معالجة الصور.
SiP: على الرغم من أن مستوى تكامل SiP ليس بمستوى تكامل SoC، إلا أنه لا يزال قادرًا على تغليف مختلف الشرائح معًا بشكل مضغوط باستخدام تقنية التغليف متعدد الطبقات، مما يُنتج حجمًا أصغر مقارنةً بحلول الشرائح المتعددة التقليدية. علاوة على ذلك، نظرًا لأن الوحدات مُغلفة ماديًا بدلًا من دمجها على شريحة السيليكون نفسها، ورغم أن الأداء قد لا يُضاهي أداء SoC، إلا أنه لا يزال قادرًا على تلبية احتياجات معظم التطبيقات.

3. سيناريوهات التطبيق لأنظمة SoC و SiP

سيناريوهات التطبيق لـ SoC:
عادةً ما تكون أنظمة SoC مناسبة للمجالات ذات المتطلبات العالية من حيث الحجم واستهلاك الطاقة والأداء. على سبيل المثال:
الهواتف الذكية: عادةً ما تكون المعالجات الموجودة في الهواتف الذكية (مثل شرائح سلسلة A من Apple أو Snapdragon من Qualcomm) عبارة عن أنظمة SoC متكاملة للغاية تتضمن وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات ووحدات معالجة الذكاء الاصطناعي ووحدات الاتصال وما إلى ذلك، مما يتطلب أداءً قويًا واستهلاكًا منخفضًا للطاقة.
معالجة الصور: في الكاميرات الرقمية والطائرات بدون طيار، غالبًا ما تتطلب وحدات معالجة الصور قدرات معالجة متوازية قوية وزمن انتقال منخفض، وهو ما يمكن أن تحققه أنظمة SoC بشكل فعال.
الأنظمة المضمنة عالية الأداء: تعتبر أنظمة SoC مناسبة بشكل خاص للأجهزة الصغيرة ذات متطلبات كفاءة الطاقة الصارمة، مثل أجهزة إنترنت الأشياء والأجهزة القابلة للارتداء.

سيناريوهات التطبيق لـ SiP:
تتمتع SiP بمجموعة أوسع من سيناريوهات التطبيق، وهي مناسبة للمجالات التي تتطلب التطوير السريع والتكامل متعدد الوظائف، مثل:
معدات الاتصالات: بالنسبة لمحطات القاعدة وأجهزة التوجيه وما إلى ذلك، يمكن لـ SiP دمج معالجات إشارات RF والرقمية المتعددة، مما يؤدي إلى تسريع دورة تطوير المنتج.
الإلكترونيات الاستهلاكية: بالنسبة للمنتجات مثل الساعات الذكية وسماعات الرأس التي تعمل بتقنية البلوتوث، والتي تتمتع بدورات ترقية سريعة، تسمح تقنية SiP بإطلاق أسرع للمنتجات الجديدة المميزة.
إلكترونيات السيارات: يمكن لوحدات التحكم وأنظمة الرادار في أنظمة السيارات الاستفادة من تقنية SiP لدمج وحدات وظيفية مختلفة بسرعة.

4. اتجاهات التطوير المستقبلية لأنظمة SoC و SiP

الاتجاهات في تطوير نظام على رقاقة:
ستستمر أنظمة SoC في التطور نحو تكامل أعلى وتكامل غير متجانس، مما قد ينطوي على المزيد من تكامل معالجات الذكاء الاصطناعي ووحدات الاتصال 5G والوظائف الأخرى، مما يؤدي إلى المزيد من تطور الأجهزة الذكية.

الاتجاهات في تطوير SiP:
ستعتمد SiP بشكل متزايد على تقنيات التغليف المتقدمة، مثل التطورات في التغليف ثنائي الأبعاد وثلاثي الأبعاد، لتغليف الرقائق ذات العمليات والوظائف المختلفة معًا بشكل محكم لتلبية متطلبات السوق المتغيرة بسرعة.

5. الخاتمة

يُشبه نظام SoC بناء ناطحة سحاب عملاقة متعددة الوظائف، حيث يجمع جميع الوحدات الوظيفية في تصميم واحد، وهو مناسب للتطبيقات ذات المتطلبات العالية جدًا للأداء والحجم واستهلاك الطاقة. أما نظام SiP، فيُشبه "تجميع" شرائح وظيفية مختلفة في نظام واحد، مع التركيز بشكل أكبر على المرونة وسرعة التطوير، وهو مناسب بشكل خاص للإلكترونيات الاستهلاكية التي تتطلب تحديثات سريعة. لكل منهما نقاط قوة: يُركز نظام SoC على الأداء الأمثل للنظام وتحسين الحجم، بينما يُركز SiP على مرونة النظام وتحسين دورة التطوير.