業界ニュース: SOC と SIP (システムインパッケージ) の違いは何ですか?

SiP の概念は、ツールボックスを組み立てることに例えることができます。ツールボックスには、ドライバー、ハンマー、ドリルなどのさまざまなツールを入れることができます。これらは独立したツールですが、すべてが 1 つのボックスに統合されているため、便利に使用できます。このアプローチの利点は、各ツールを個別に開発および作成でき、必要に応じてシステム パッケージに「組み立てる」ことができるため、柔軟性と速度が向上することです。

2. SoCとSiPの技術的特徴と違い

統合方法の違い:
SoC: さまざまな機能モジュール (CPU、メモリ、I/O など) が同じシリコン チップ上に直接設計されています。すべてのモジュールは同じ基礎プロセスと設計ロジックを共有し、統合システムを形成します。
SiP: 異なる機能チップを異なるプロセスを使用して製造し、3D パッケージング技術を使用して単一のパッケージング モジュールに結合して物理システムを形成できます。

設計の複雑さと柔軟性:
SoC: すべてのモジュールが 1 つのチップ上に統合されているため、特にデジタル、アナログ、RF、メモリなどのさまざまなモジュールの共同設計の場合、設計の複雑さは非常に高くなります。そのためには、エンジニアには深いクロスドメイン設計能力が必要です。さらに、SoC 内のモジュールに設計上の問題がある場合、チップ全体の再設計が必要になる可能性があり、これは重大なリスクをもたらします。

 

SiP: 対照的に、SiP は設計の柔軟性がより優れています。システムにパッケージ化する前に、さまざまな機能モジュールを個別に設計および検証できます。モジュールに問題が発生した場合、そのモジュールのみを交換する必要があり、他の部分は影響を受けません。これにより、SoC と比較して開発速度が向上し、リスクが軽減されます。

プロセスの互換性と課題:
SoC: デジタル、アナログ、RF などのさまざまな機能を単一のチップに統合すると、プロセスの互換性において大きな課題に直面します。機能モジュールが異なれば、必要な製造プロセスも異なります。たとえば、デジタル回路には高速、低電力プロセスが必要ですが、アナログ回路にはより正確な電圧制御が必要な場合があります。同じチップ上のこれらの異なるプロセス間で互換性を実現することは非常に困難です。

SiP: SiP は、パッケージング技術を通じて、異なるプロセスを使用して製造されたチップを統合し、SoC テクノロジが直面するプロセス互換性の問題を解決できます。 SiP を使用すると、複数の異種チップを同じパッケージ内で連携して動作させることができますが、パッケージング技術の精度要件は高くなります。

研究開発サイクルとコスト:
SoC: SoC ではすべてのモジュールを最初から設計して検証する必要があるため、設計サイクルが長くなります。各モジュールは厳密な設計、検証、テストを受ける必要があり、全体的な開発プロセスには数年かかる場合があり、結果としてコストが高くなります。ただし、大量生産されると、高集積化により単価が下がります。
SiP: SiP の方が研究開発サイクルが短くなります。 SiP は、既存の検証済み機能チップをパッケージングに直接使用するため、モジュールの再設計に必要な時間を短縮します。これにより、より迅速な製品発売が可能になり、研究開発コストが大幅に削減されます。

システムのパフォーマンスとサイズ:
SoC: すべてのモジュールが同じチップ上にあるため、通信遅延、エネルギー損失、信号干渉が最小限に抑えられ、パフォーマンスと消費電力において比類のない利点が SoC に与えられます。サイズが最小限であるため、スマートフォンや画像処理チップなど、高性能と電力要件が要求されるアプリケーションに特に適しています。
SiP: SiP の集積レベルは SoC ほど高くありませんが、多層パッケージング技術を使用してさまざまなチップをコンパクトにパッケージ化できるため、従来のマルチチップ ソリューションと比較してサイズが小さくなります。さらに、モジュールは同じシリコン チップ上に統合されているのではなく物理的にパッケージ化されているため、パフォーマンスは SoC のパフォーマンスに匹敵しない可能性がありますが、それでもほとんどのアプリケーションのニーズを満たすことができます。

3. SoCおよびSiPのアプリケーションシナリオ

SoC のアプリケーション シナリオ:
SoC は通常、サイズ、消費電力、パフォーマンスの要件が高い分野に適しています。例えば：
スマートフォン: スマートフォンのプロセッサ (Apple の A シリーズ チップや Qualcomm の Snapdragon など) は通常、CPU、GPU、AI 処理ユニット、通信モジュールなどを組み込んだ高度に統合された SoC であり、強力なパフォーマンスと低消費電力の両方が必要です。
画像処理: デジタル カメラやドローンでは、多くの場合、画像処理ユニットに強力な並列処理機能と低遅延が必要ですが、これは SoC が効果的に実現できます。
高性能組み込みシステム: SoC は、IoT デバイスやウェアラブルなど、エネルギー効率要件が厳しい小型デバイスに特に適しています。

SiP のアプリケーション シナリオ:
SiP には幅広いアプリケーション シナリオがあり、次のような迅速な開発と多機能の統合が必要な分野に適しています。
通信機器: 基地局、ルーターなどの場合、SiP は複数の RF およびデジタル信号プロセッサを統合し、製品開発サイクルを加速します。
家庭用電化製品: アップグレード サイクルが速いスマートウォッチや Bluetooth ヘッドセットなどの製品の場合、SiP テクノロジにより新機能製品をより迅速に発売できます。
車載エレクトロニクス: 車載システムの制御モジュールとレーダー システムは、SiP テクノロジーを利用して、さまざまな機能モジュールを迅速に統合できます。

4. SoCとSiPの今後の開発動向

SoC 開発のトレンド:
SoC は高度な統合とヘテロジニアス統合に向けて進化し続け、潜在的に AI プロセッサー、5G 通信モジュール、その他の機能のさらなる統合を伴い、インテリジェント デバイスのさらなる進化を推進します。

SiP開発のトレンド:
SiP は、急速に変化する市場の需要に応えるために、さまざまなプロセスや機能を備えたチップを緊密にパッケージ化するために、2.5D および 3D パッケージングの進歩などの高度なパッケージング技術にますます依存することになります。

5. 結論

SoC は、多機能の超高層ビルを構築するようなもので、すべての機能モジュールを 1 つの設計に集中させており、パフォーマンス、サイズ、消費電力の要件が非常に高いアプリケーションに適しています。一方、SiP は、さまざまな機能チップをシステムに「パッケージ化」するようなもので、柔軟性と迅速な開発に重点を置き、特に迅速なアップデートが必要な家庭用電化製品に適しています。どちらにもそれぞれ長所があります。SoC は最適なシステム パフォーマンスとサイズの最適化を重視するのに対し、SiP はシステムの柔軟性と開発サイクルの最適化を重視します。