分立式SOC：渐进式发展与严峻挑战

过去三十年来，实现真正的片上系统 (SoC) 的理念一直是半导体业界孜孜以求的神圣目标。

我们已经取得了巨大成就，但依然任重而道远。

用数字电路实现模拟与 RF 是真正的挑战，因为它要求不同的 IC 工艺。模拟、数字与 RF 集成已成为现实--蓝牙芯片就是很好的例证。但与 SOC 的最终目标相比，这只是模拟与 RF 电路相对不太复杂的定制设计而已。

考虑到芯片集成仍难以实现，定义另一概念是相当有用的：分立式 SOC，这是系统实现最终集成的中间步骤。这一概念有助于芯片工程师与设计人员实施过度型集成措施，为最终目标做好准备。

分立式 SOC 概念包含在个人视频记录器 (PVR) 的芯片组中，带有大块的高速数字电路、BiCMOS 音频与视频编解码器以及电视调谐器，其使用的制造技术也相当特殊。PVR 的发展是这种复杂系统集成不断进展的一个实例。

但是，分立式 SOC 提出的挑战非常之严峻，以致于我们关于集成优势的共识（更小、更快、更廉价）甚至可能随着业界接近最终集成目标而失效。

对于真正的 SOC，单一器件不能保证实现最低的系统成本、最高的性能或最低的功耗。它很可能实现较小的尺寸。但为减小尺寸而牺牲成本与功耗的做法一般来说是没有意义的。

PVR 系统集成

2000 年时，典型的 PVR 系统包括 8 个芯片（见图）。设计小组了解到集成是一个渐进的过程，而且板级解决方案会持续发展到 2006 年，这样他们就可根据四条基本规则开发新一代产品。当然，他们还会将每一代连续的集成变得更加简单而迅速。

在 PC 板的相同一般区域用相似的工艺技术放置组件。
将数字 IC 放置得尽可能靠近混合模式部件，以使迹线最短。
放置 RF 电路使之与高速电路相隔离。
电源应为独立模块，这样在新技术出现时，系统就能够利用这些新技术。


上图显示了数字处理单元如何快速合成为单一的 CMOS芯片。由于制造技术不匹配，在2002年时 BiCMOS 音频编解码器、视频编码器/解码器以及电视调谐器还未成为集成的对象。

过采样音频编解码器可放于 CMOS 中，但这种情况下则相反。将音频编解码器与 CPU 和 MPEG 相集成会降低音频质量--这是一个较困难的设计问题。

视频编码器与解码器采用 BiCMOS 技术，并可集成到单一芯片上，这在 2004 年才刚得以实现。尽管电视调谐器在 2002 年系列产品中就已使用 BiCMOS 技术，但当视频编码器/解码器可集成到单一的 BiCMOS 芯片上时，它在 2004 年系列产品中转而采用 SiGe。

到 2006 年，两种 SOC 都可能成为最先进的 PVR。当音频编解码器加到 CMOS 电路中，且视频编码器/解码器与电视调谐器相结合时，就实现了上述情况。

未来尚不明朗

2006 年之后的情况如何就不那么明确了。随着硅片技术不断发展，我们可以想象未来的电视将在一个 SOC 上集成 PVR 功能。

制造技术及其产生的硬件组件提出了巨大挑战，不过还不是 SOC 要面临的最大难题。我们可认为电子系统有着五大构成部分：制造、硬件组件、操作系统、专用软件以及开发环境。

每个构成部分都对实现 SOC 提出了一些程度不同的难题。最大的难题就在于缺乏一个开发环境，能够在模拟、数字与 RF 方面对 SOC 进行模拟、仿真、测试以及定型 (prototype)。

今天的数字芯片需要庞大的验证小组、复杂的软件，还需要昂贵的硬件作为仿真器，此外还需要长达数月的时间。添加模拟与 RF 将使问题更加严重，甚至无法控制。