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物联网Wi-Fi,SIP 时代即将来临

发布于 2016/09/09-15:35 标签: / /

消费电子产品对于轻薄短小的造型与多元化功能的追求是永无止境的,这也连带着促使了“制程微缩”和“系统整合”成为了半导体发展的两大趋势,几十年来,强调制程微缩为主的晶圆制造业一直遵循着“摩尔定律”快速发展,但是,随着物理极限的逼近,摩尔定律的魔力正在逐渐的失效,因而,将不同功能的异质晶粒进行系统的整合,以便对电子产品的尺寸与性能进行优化的做法必将会越来越受到重视。在此发展方向的引导下,物联网Wi-Fi行业形成了相关的三大新主流:系统单芯片SoC、传统PCBA模块与系统化封装SIP,但是,在新兴的物联网时代,SoC、PCBA模块和SIP这三大技术流派到底谁才能成为主宰呢?

传统的PCBA模块因为技术成熟,门槛比较低,早些年在国内市场很流行,但是,近几年,因为物联网消费终端市场的兴起,PCBA模块的尺寸过大问题越来越突出,在产品低功耗、小尺寸的趋势下PCBA模块的前景会越来越尴尬。

Wi-Fi SOC会是救世主吗?

SoC(System on Chip)即片上系统,顾名思义,就是将所有电子元器件集成到一个芯片上,以组成一个可以独立运行的系统,这听起来是一件令人兴奋的事情,因为,要是能够将一个电子产品所有的电子元器件集成到小小的一块芯片上,这对于整个行业来说都是一个标志性的进步。

想必,SoC的优点足以让众多的从业者兴奋不已,事实上,英特尔、高通、三星等芯片巨头都有种类繁多的SoC产品,更不用说国内众多的方案集成商早已把SoC当成未来的救世主,准备在物联网时代大展宏图。

但是,SoC真的有这么神奇么?它能够如“云南白药”一样包治百病么?事实上,SoC的应用现状可以验证西方的那句谚语“The more hopes,the more disappointed would be”,时至今日,SoC产品的性价比远没有达到人们的期望值。

站在用户的角度,SOC使用面临如下问题:

1.Wi-Fi 的RF性能参数校准

由于无线指标对于外围环境参数的变化而非常敏感,比如PCB板材材质,厚度都会引起阻抗变化,这样就会导致每个客户都要对SOC的功率、误码率等各种指标进行测试、调试,这也是目前模组公司的核心价值之一。通常物联网分布在各个行业,这些校准需要专门的测试设备进行操作,并不适用于大多数行业

2.集成度不高

通常来说,SOC通常很难集成Flash,晶体、滤波器这些元器件,用户还需要把这些对参数非常敏感和专业性强的元器件集成到PCB上,提高了使用门槛

3.软件服务
PCBA模块和SIP都集成了大量软件和各种云端服务

SIP 现身江湖

系统化封装SIP(System in a Package)就是将多种不同功能的电子元件,包括处理器、存储器等集成在一个封装内,从而实现一套完整的功能。

简而言之,SIP就是一个外形长得和SOC一模一样的PCBA模块,既有传统Wi-Fi模块的功能和易用性,价格也比传统模块便宜,体积又比SOC小,是结合二者优点,在产业链上是SOC的下游段。

SIP封装技术采取了多种裸芯片或模块进行排列组装,若就排列方式进行区分可大体分为平面式2D封装和3D封装的结构。此外,SIP还可以采用多功能性基板整合组件的方式——将不同组件内藏于多功能基板中,达到功能整合的目的。不同的芯片排列方式,与不同的内部接合技术搭配,使SIP的封装形态产生多样化的组合,并可依照客户或产品的需求加以客制化或弹性生产。

SIP的优势

作为一种新型的封装技术,SIP的出现或许在技术上没有那么的令人兴奋,但是其在异质部分的整合,成本控制、研发周期以及综合性能方面有着绝对的优势。

1.体积超小,集成应用软件

一般情况下,Wi-Fi 的SoC只集成ARM M3和无线收发器之类的基本架构系统,而SiP集成了SOC的die+Flash+晶体+感容器件+软件,对于用户的使用要求非常低,同时SIP采用特殊材料工艺和全自动化生产线,有效的控制了成本。 

以笔者所熟悉的上海汉枫电子科技有限公司为例,该公司最近研发了一款新产品“HF-SIP120”,这款产品是基于目前SDK开发的SIP,真正做到零外围,就连3.3V电源滤波的电容都集成在内,采用128K/256K RAM,2M Flash,无缝兼容汉枫已有产品的软件和SDK,并且,汉枫电子借助百度网络是其股东的优势,下一步计划是在SIP里面集成智能语音识别功能和音频等更为丰富的功能,以满足各个领域的要求。

2.更低的成本

SIP封装技术在节省成本方面效果也十分的明显,与传统模块相比,由于SIP的制造和测试都是自动化,而传统模块的生产和测试都涉及大量流水线工人检测和制造,导致生产成本上升和生产效率不高。SIP则提高了生产效率和生产良率,从而制造和测试成本进一步下降,同样功能的模块和SIP,成本可以下降10%~15%,生产效率则数倍于传统模块。

3.更短的研发周期

SIP因为集成了众多的软件功能模块,基本可以实现一个电子产品的整体正常运行的功能,这对于众多的消费产品有着重要的意义。我们知道,目前市面上流行的电子消费品是典型的“Time to Market”产品,这对于研发周期提出了很高的要求,因此,SIP技术的出现,足以取代传统单一的模块,成为众多智能消费产品的选择。

上海汉枫电子科技有限公司创始人兼董事长谢森先生向笔者透露,该公司的SIP产品不仅在易用性方便做的是十分的出色,并且还可以支持阿里云、京东云、云智易、机智云等主流云平台,兼容目前软件和SDK,进一步降低软硬件的使用门槛,可以帮助用户极大的缩短了研发周期。

SIP——物联网产品的明智之选

可以看到,与在印刷电路板上进行系统集成相比,SIP能最大限度地优化系统性能、避免重复封装、缩短开发周期、降低成本、提高集成度。相对于SoC和传统PCBA模块,SIP还具有灵活度高、集成度高、设计周期短、开发成本低、容易进入等特点。

SIP封装技术的众多优势使其不仅可以广泛的应用于工业应用领域,而且在包括智能手机、及智能手表、智能手环、智能眼镜等物联网消费领域也有非常广阔的市场。

目前智能硬件厂商在设计智能可穿戴设备时,主要面临的挑战是如何将众多的需求功能全部放入极小的空间内。以智能眼镜为例,在硬体设计部分就须要考量无线通讯、应用处理器、储存记忆体、摄影镜头、微投影显示器、感应器、麦克风等主要元件特性及整合方式,也须评估在元件整合于系统板后的相容性及整体的运作效能。而运用SIP系统微型化设计,能以多元件整合方式,简化系统设计并满足设备微型化。在不改变外观条件下,又能增加产品的可携性和无线化以及即时性的优势。

事实上,苹果一直是Wi-Fi SIP技术的忠实粉丝,苹果手机从1代到第6代,Wi-Fi全部都是使用村田公司SIP,而在Apple Watch以及最新的iphone7已全面采用SIP封装技术,巨头的推动将会使SIP技术的普及发展更为顺利,SIP也正在成为后摩尔定律时代行业发展的新助力。

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