chip cookies(chipndale是什么牌子)

2024-01-11 10:32 星期四 75点热度 0人点赞 0条评论

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SoC可以说是现今工艺最复杂、生产最高端芯片的技术方案。

SoC芯片:小身材,大功能

SoC即System on Chip,中文名为片上系统,也指系统级芯片,是一个有专用目标的集成电路产品,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时它又是一种技术,用以实现从确定系统功能开始,到软/硬件划分,并完成设计的整个过程。

chip cookies(chipndale是什么牌子)插图

智能手机、电脑最核心最关键的一颗芯片就是SoC芯片。

chip cookies(chipndale是什么牌子)插图1

智能手机可能是生活中最多使用且具有SoC的电子产品。手机的大脑,所说的“处理器”就属于SoC,目前主流的手机SoC有骁龙8Gen1、麒麟9000、天玑9000等。这些SoC都集成了CPU(中央处理器)、GPU(图形处理器)、NPU(嵌入式神经网络)、ISP(图像处理),以及通信基带和存储等等,将众多的功能单元集成在一个芯片上组合成为一个系统。

简单说来,SoC就是集CPU、GPU、存储、显示等功能于一体的芯片。麻雀虽小,五脏俱全。

综上可以看出,SoC的集成度极其高,这减少了外围模和电路的使用,这对缩短开发周期和减少开发成本是非常有益的。目前的电脑CPU也有朝SoC发展的趋势,部分型号的CPU将内存、Wi-Fi等集成至CPU中,使得有更小体积的电脑出现。

以麒麟9000为例,集成Cortex内核、Mali系列GPU、5G基带等功能,而在很多厂商设计手机SoC身上,我们都可以看到Cortex内核的身影,这体现了SoC的IP核可以重用的特点;而且,其使用的Cortex内核中,使用了四个Cortex-A77和四个Cortex-A75,这也很符合SoC可以具有多个IP核心的特征。

另外,对SoC性能影响最大的:CPU单核、CPU多核和GPU。CPU多核性能关键看架构:X2≈X1>A78>A77>A76>>A75>A73>>>A55/A53(构架相同时,频率越高越强;其他相同时,四大核比自然双大核强)。同级产品的CPU和GPU性能一般都是对应的。

手机的SoC可以说是属于高端的SoC;相对的,也有低端的SoC、中低端的SoC。低端的SoC可以简单理解为MCU内核加上特定的功能外设,多使用的MCU内核有8051内核及 Cortex-M4 内核,例如,TI设计生产的蓝牙SoC–CC2541(亿佰特具有对应产品:E104-BT01)使用的8051内核,同样也是TI生产设计的蓝牙SoC–CC2640(亿佰特也有对应产品:E72-2G4M05S1B)使用的Cortex-M3内核。

下图为CC2541的简化结构框图:从中可以看出,该SoC包含了51内核、内存管理、其他外设等,而其特定的功能便为蓝牙射频功能。可以说,不同的SoC适用于不同的领域。

SoC设计流程(一)

SoC的设计需要软硬件的同步设计。根据设计需求,进行仿真和建模,根据功能划分软件和硬件部分,在软件和硬件协同完成,经过测试,投产,便得到了所使用的SoC。

下图为SoC设计流程:

SoC设计流程(二)

高级别的SoC芯片,比如华为海思的麒麟990——现今市面上最先进的手机处理器芯片,集成了8核CPU、16核GPU和3核NPU构成的神经网络人工智能模块、高速闪存控制模块、图像处理模块、音频和视频处理模块等等。与麒麟980相比,还增加了5G模块。这种高级别的SoC需要十分复杂的设计和加工,高端SoC芯片的CPU、GPU、NPU这些模块都得使用最先进的工艺技术,成本高、工艺复杂、成品率低。如麒麟990采用台积电7纳米加工工艺,7纳米节点大概需要4000多道工序,其中仅光刻掩膜成本就得花费上千万美元,而整体的芯片设计成本高达上亿美元。因此,整颗芯片的造价才会如此昂贵。

除了SoC,有时也还会听说SIP(System in a Package),即系统级封装。比较粗略地来看,SoC与SIP都是把逻辑组件和内存组件等整合到一个系统中,但两者的区别在于,SoC是从设计的初始,它就是一个集合的单独的芯片;而SIP是以封装的技术,将所需的功能模块(模块也可单独使用或者挂载外部使用)封装在一起从而实现一个基本完整的功能。

以亿佰特产品E78-900M系列采用的ASR6505和E76系列采用的EFR32FG1P131为例。ASR6505是一颗SIP封装,集成STM 8位核心(STM8L152)和LoRa(SX1262)无线电收发器的通用的LoRa无线通信芯片组,也属于MCU一类。

下图为ASR6505的模块框图,ASR6505引出来的引脚既有STM8的、也有SX1262的引脚,其中SX1262与MCU通信相关的SPI引脚、DIO引脚、BUSY引脚已经在芯片内部连接在了一起。外部引出了晶振、UART、I2C等引脚用于芯片其他功能的扩展和开发。对此芯片进行开发时我们完全可以按照STM 8的开发方式进行。

ASR6505和ASR LoRa通信模块的框图

对于E76系列采用的EFR32,就属于SoC了。如下图,可以看出,EFR32芯片内部系统包含了CPU(使用ARM的Cortex-M4内核)和存储部分,时钟管理,电源管理,无线电(包含了蓝牙4.2,SUB-G等),通信串行总线,I/O,定时器,模拟接口和安全功能等。这些功能集合在单一的芯片上,完成了一个电子系统的功能。SIP和SoC皆有各自的优势和特点,对于SoC,受限于技术障碍,设计周期等,SIP的发展在业界中愈被重视。

EFR32系统框图

高端的SoC芯片目前具备研发实力的是苹果、三星和华为。华为海思的麒麟系列SoC是华为自主设计研发,其对标苹果A系列、高通骁龙,以及三星的猎户座处理器。但因受制裁影响,台积电不再为华为代工。

华为海思倒下后,紫光展锐被认为是国内SoC领头羊,成为“后海思时代”最被看好的国产芯片厂商之一。紫光展锐已在物联网领域开拓出自己的道路。据Counterpoint最新研究报告显示,紫光展锐在2021年第三季度全球蜂窝物联网芯片市场占据26.8%的市场份额排名第二,并在LTE Cat.1芯片细分赛道上超越了高通成为全球第一。

此外,消费级SoC中瑞芯微、晶晨股份、富瀚微、乐鑫科技等也值得看好。瑞芯微是国内音视频主控SoC的先锋,晶晨股份是国内多媒体终端SoC龙头,是国内极少数的电视芯片供应商,乐鑫科技其Wi-Fi MCU SoC通信芯片及其模块在全球市场份额中排名第一,富瀚微ISP芯片的ASP是该领域龙头。

目前国内SoC芯片产品覆盖还算广泛,但底层架构依然依赖于国际的ARM以及X86架构。受制裁影响,国产SoC芯片发展之路任重而道远。

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