Berita

System-in-package atau system-on-chip?Bahkan dalam desain dengan batasan ruang yang parah, tingkat integrasi yang tepat bukanlah keputusan yang mudah.Teknologi SiP menunjukkan tingkat kematangan baru, tidak seperti masa lalu yang buruk dari modul multichip yang dibuat khusus pada substrat unobtainium.Dan teknologi SoC memperluas jangkauannya, dengan sejumlah vendor melakukan sirkuit RF sinyal kecil dalam proses vanilla-CMOS.Bagaimana tim desain memutuskan apakah akan menempatkan tahapan RF pada dadu yang terpisah dan dioptimalkan atau untuk mengintegrasikannya ke dadu baseband?

Dalam wawancara dengan EE Times, Pieter Hooijmans, wakil presiden dan manajer program RF di Philips, dan Bill Krenik, manajer arsitektur tingkat lanjut nirkabel di Texas Instruments Inc., melanjutkan debat yang dimulai pada sesi panel pada Konferensi Sirkuit Terpadu Khusus tahun lalu. .

EE Times: Tuan-tuan, untuk langsung ke pertanyaan, apa strategi terbaik untuk perangkat nirkabel seluler yang sangat terbatas saat ini: SiP atau SoC?

Pieter Hooijmans: Philips telah memilih SiP, karena sejumlah alasan yang kami yakini menarik.Pertama, pendekatan SiP memungkinkan setiap blok fungsional dibuat berdasarkan teknologi yang paling sesuai.Meskipun peningkatan kinerja transistor CMOS tidak dapat disangkal, hal ini tetap penting untuk sirkuit RF, terutama sirkuit sinyal besar.

Kedua, memiliki modul berbeda pada dadu yang berbeda memungkinkan pendekatan plug-and-play ke berbagai pasar.Anda dapat melakukan beberapa desain RF yang berbeda dan menggunakan yang sesuai untuk setiap segmen pasar, tanpa harus mengubah chip logika pita dasar, misalnya.Dengan SoC, Anda terjebak dengan apa pun yang Anda pilih untuk mati.

Ketiga, SiP bisa jauh lebih kompak dalam sistem.Karena kita dapat mengintegrasikan semua RF, termasuk sakelar antena dan penguat daya, dan karena kita dapat mengintegrasikan komponen pasif Q tinggi, kita dapat memiliki satu paket dengan sinyal antena masuk dan data digital keluar.

Bill Krenik: Izinkan saya memulai dengan menyetujui banyak hal yang telah dikatakan Pieter.Kami tidak berbeda pendapat tentang keunggulan teknologi SiP.Namun di TI, kami percaya bahwa kombinasi yang cermat antara teknologi SiP dan SoC adalah solusi terbaik untuk aplikasi ini.

Saat kami mengintegrasikan sirkuit RF sinyal kecil ke cetakan digital CMOS pita dasar, kami melihat keuntungan nyata dalam konsumsi daya dan area papan.Anda tidak mendapatkan peningkatan tersebut hanya dengan menarik dadu ke dalam paket yang lebih besar - juga tidak benar-benar mengurangi biaya.Kami masih menyimpan fungsi sinyal besar, seperti sakelar antena dan power amplifier, di luar SoC.

Hooijmans: Jadi kami tidak tidak setuju dengan nilai SiP.Diskusi berakhir di mana menempatkan sirkuit transceiver RF sinyal kecil.Saya setuju bahwa memasukkannya ke CMOS adalah salah satu cara untuk menghemat beberapa sen dan beberapa milimeter persegi, tetapi itu belum tentu cara terbaik.Keputusan itu berdampak besar pada partisi sistem.

Krenik: Dan menurut saya dalam teknologi saat ini, RF sinyal kecil secara alami cocok dengan logika digital.Itu mengubah desain sistem agak-setelah semua, Anda sekarang merancang panggung RF dengan transistor CMOS yang ditujukan untuk digital.Tapi itu juga punya manfaat.Transistor tersebut memiliki ft di atas 100 GHz, dan Anda memiliki tata letak yang sangat bagus untuk digunakan.Anda dapat menggunakan pendekatan desain yang lebih agresif daripada yang mungkin dilakukan dalam proses RF yang lebih lama.

Khususnya, jika antarmuka RF-ke-digital adalah internal chip, pita dasar dapat berbagi informasi dengan tahap RF pada tingkat yang tidak praktis dengan dadu terpisah.Misalnya, prosesor pita dasar dapat digunakan untuk menempatkan sirkuit RF melalui proses uji mandiri dan dapat melakukan konfigurasi secara langsung untuk menyetel sirkuit RF untuk mengkompensasi tegangan, suhu, atau variasi proses.

Hooijmans: Saya setuju.Faktanya, jika Anda menerapkan RF dalam CMOS digital, Anda akan dipaksa untuk memiliki kontrol digital yang lebih besar atas tahap RF karena keterbatasan dalam prosesnya.Namun Anda dapat menggunakan teknik digital yang sama pada cetakan yang dibuat dengan proses RF yang sebenarnya, dan menggunakannya untuk mengoptimalkan kinerja, bukan untuk menutupi kekurangan proses.

Tapi saya ingin kembali ke masalah modularitas.Saat jumlah antarmuka nirkabel yang Anda coba dukung meningkat, apakah Anda meletakkan semuanya di SoC Anda?Bagaimana Anda menangani SoC yang memiliki 10 antarmuka RF?Masalah integritas sinyal, crosstalk antara input, bahkan noise dari baseband digital akan menjadi masalah besar.

Krenik: Itu pekerjaan besar.Saya tidak membantahnya.Para insinyur proses, pengemasan, dan penguji semuanya harus bekerja erat dengan tim desain chip agar sesuatu seperti ini dapat bekerja.Tapi ini masa depan.Bahkan saat ini, di Bluetooth, misalnya, Anda harus memiliki SoC.

Hooijmans: Ya, tidak.Kami di Philips memiliki solusi SiP untuk Bluetooth yang memiliki ukuran, biaya, dan konsumsi daya yang sama dengan solusi SoC.

Krenik: Oke.Anggap saja banyak vendor telah memilih pendekatan chip tunggal di pasar tersebut.Ini juga berlaku untuk penerima GPS, dan juga berlaku untuk jaringan nirkabel.Saya yakin tren pasar mengarah ke SoC.Dan saya yakin TI telah menyelesaikan masalah integrasi sehingga kita bisa pergi ke sana.

Hooijmans: Baiklah, mari kita lihat masa depan.Di masa mendatang, kita akan melihat sistem handset dengan beberapa antarmuka nirkabel dalam kombinasi berbeda, dan persyaratan berbeda untuk operasi simultan.Apakah Anda akan membuat SoC raksasa tunggal yang mencakup semua antarmuka nirkabel yang mungkin diperlukan, katakanlah, handset tingkat lanjut?Bukan itu cara untuk pergi.Ini bukan masalah yang bisa dipecahkan.

Krenik: Anda benar bahwa fitur benar-benar mengalir ke handset.Dan setiap fitur baru membawa antenanya sendiri, antarmuka udaranya sendiri.Yang saya katakan adalah ketika Anda mempartisi sistem, letakkan setiap radio dengan baseband yang sesuai.Jadi Anda berakhir dengan sekelompok SoC;itu sangat modular.

Dengan node 65-nanometer, saya yakin kita akan melihat segmen berbeda yang muncul di pasar nirkabel, dan mereka akan memiliki kombinasi fungsi yang tetap.Jadi kami dapat melayani setiap segmen utama dengan satu SoC.Kemudian, dengan pengalaman kami dalam menggunakan SoC pada generasi 90 nm, kami akan berada pada posisi yang sangat baik untuk transisi yang relatif mudah.

Hooijmans: Jika segmen seperti itu berkembang, Anda mungkin menghemat beberapa sen.Namun menurut saya hanya akan ada beberapa segmen di mana Anda dapat melayani sejumlah besar permintaan dengan satu SoC.Ingat, kami juga akan meningkatkan integrasi dengan pendekatan SiP, dengan menggabungkan hal-hal di mana terdapat sinergi arsitektur yang nyata.

Krenik: Saya tidak setuju dengan kemana Anda akan pergi ke sana.Pendekatan SoC meningkatkan, bukan menurunkan, fleksibilitas.Ini lebih fleksibel karena integrasi yang lebih erat yang Anda miliki antar fungsi.Dan jika pasar masih menginginkan pendekatan yang lebih modular untuk segmen yang kurang terdefinisi, kami dapat menawarkannya juga tanpa mengubah arsitektur atau teknologi.

EET: Bill, saya rasa Anda adalah orang pertama yang saya dengar yang menyarankan bahwa transisi dari 90 nm ke 65 nm akan relatif mudah.

Hooijmans: Migrasi 90- ke 65-nm tidak otomatis.Saya akan mengatakan bahwa semakin banyak fungsionalitas Anda yang Anda miliki dalam sirkuit digital, semakin mudah jadinya.Tetapi di masa lalu, sirkuit transceiver lebih sulit untuk dimigrasi daripada baseband digital.Faktanya, kami dapat menurunkan kinerja RF secara keseluruhan dengan berpindah ke 65 nm.

Krenik: Tidak ada yang sepele lagi.Kami harus membuat akomodasi untuk 65 nm dalam desain tingkat wafer dan di tempat lain.Tetapi karena banyaknya produk digital penting yang dimiliki TI, para insinyur proses mutlak harus membuat migrasi digital ke 65 nm menjadi mudah bagi desainer kami.Kemudian, untuk sirkuit RF, sekali lagi kita melihat satu set transistor yang lebih kecil dan lebih cepat yang menggunakan lebih sedikit daya.

EET: Anda berdua telah menyebutkan peningkatan penggunaan sirkuit digital untuk membantu RF.Apakah ini dilakukan karena integrasi, atau apakah ini hanya cara terbaik untuk merancang sirkuit RF dalam teknologi saat ini?

Krenik: Ada tren digitalisasi sirkuit RF di TI.Faktanya, manfaat besar dari integrasi bukanlah penggabungan dua dadu melainkan mendapatkan RF pada dadu dengan sirkuit digital sehingga keduanya dapat bekerja dengan baik.Ketika kami melakukan studi arsitektural untuk handset chip tunggal, kami menyimpulkan dengan cepat bahwa pendekatan terbaik adalah memanfaatkan kekuatan pemrosesan digital untuk mengontrol sirkuit analog.Itu tidak hanya berlaku untuk RF terintegrasi;ini juga berlaku untuk chip radio terpisah.

Hooijmans: Ini pertanyaan tentang ayam-dan-telur.Anda ingin memigrasi sirkuit RF ke CMOS karena ft tinggi dan arus rendah.Tetapi jika Anda bermigrasi, Anda menemukan banyak kekurangan dalam prosesnya yang mengharuskan Anda melakukan kompensasi digital.Jika Anda akan melakukan RF di CMOS, Anda akan melakukan koreksi digital.Namun secara umum, ada beberapa keuntungan memiliki sinyal yang kembali ke tahap RF dari baseband.Untuk alasan tersebut, teknik ini sama-sama valid untuk chip RF yang berdiri sendiri.

EET: Jadi dengan menggunakan teknologi digital, apakah ada perbedaan dalam kelayakan desain antara pendekatan SiP dan SoC?

Hooijmans: Dengan SiP, Anda dapat menggunakan teknologi yang dioptimalkan untuk setiap fungsi.Untuk menjadi yang terbaik, sakelar antena, penguat daya, dan filter SAW masing-masing membutuhkan teknologi prosesnya sendiri.Dalam batasan itu, lebih sedikit dadu lebih baik.Kami hanya berbicara tentang partisi yang sedikit berbeda.

Krenik: TI juga mendukung SiPs.Semua komponen lain di luar SoC juga penting.Tetapi bahkan dengan SiP, itu berharga untuk mendapatkan sebanyak mungkin baseband die.Mencampur semua teknologi tersebut membuat desain SiP lebih kompleks.

Hooijmans: Ada banyak SiP yang diproduksi di Philips.Menurut saya ini adalah teknologi yang dapat dikelola dengan sempurna.

Krenik: Mungkin.Tapi ada panggilan yang lebih tinggi di sini.SiP dan SoC keduanya penting untuk evolusi handset.Kami melihat handset di masa depan yang memiliki lebih dari selusin radio di dalamnya untuk berbagai fungsi.Kami tidak akan dapat melakukannya tanpa menguasai SiP dan SoC.

EET: Akhirnya, kita sampai pada pertanyaan tentang biaya.Jika SiP dan SoC direkayasa dengan baik, apakah satu pendekatan benar-benar lebih murah daripada yang lain?

Krenik: Kami yakin SoC akan lebih murah.Itu membuat integrasi handset lebih sederhana, menyediakan kopling yang lebih dekat antara RF dan sirkuit baseband, dan memiliki konsumsi daya total yang lebih rendah.Poin terakhir itu berarti, kedua, pendekatan SoC dapat menghemat lebih banyak uang dalam sirkuit manajemen daya.Dan area papan lebih rendah.

Lebih lanjut, kami yakin SoC akan menghasilkan lebih baik daripada pendekatan SiP, dan kami dapat membuat hasil lebih baik lagi dengan fungsi self-test, self-correction dan tuning yang kami dapatkan dengan menggabungkan RF dan baseband.

Titik kurva pembelajaran itu penting.Karena di SoC, sebagian besar radio adalah digital, seiring berjalannya waktu, kami dapat mengumpulkan banyak data tentang apa yang terjadi di dalam radio.Itu tidak hanya berarti peningkatan hasil.Ini juga berarti debug yang lebih cepat dan waktu pemasaran yang lebih singkat bagi pelanggan kami.

Hooijmans: Manfaat digitalisasi ini juga berlaku untuk SiP, tentunya.Saya pikir jika kedua pendekatan ini direkayasa dengan baik, perbedaannya akan kecil.Tetapi jika Anda mengacaukan sesuatu, biaya perbaikan SoC bisa hilang bersama Anda.

Bagaimanapun, jelas Anda harus menguasai teknologinya.Menyadari hal itu, mungkin pilihan solusi Anda harus didasarkan pada kendali Anda atas teknologi yang terlibat serta pada kebutuhan waktu Anda ke pasar.