בבואכם לפתח מוצרים לתחום ה- IoT, מערכות על שבב מותאמות אישית (Custom SoCs) יוכלו לעזור לכם לעמוד בדרישות הטכניות של היישום היעודי שלכם או לבדל את מוצריכם מהמתחרים. מעגלי (SoCs (System on Chip מותאמים אישית הם גם חסכוניים ויעילים, מציעים גמישות בתכנון ועוזרים לפתח מערכות IoT אמינות ובטוחות.
אחד השווקים הדינמיים ביותר כיום הוא האינטרנט של הדברים (IoT) המורכבים דרך קבע ממספר חיישנים ומערכות משובצות – בדרך כלל באמצעות רשתות תקשורת אלחוטיות – על מנת לשלוט ולפקח על הסביבה ועל מערכות אלקטרוניות. בתחום הצרכני, ניתן להשתמש במכשירי IoT לחיבור מכשירי חשמל או תאורה ליצירת בית חכם. בתחום התעשייתי, רשתות IoT יכולות לפקח על קווי ייצור במה שמכונה “Industry 4.0” או במפעל חכם.
על מנת לתכנן מוצרים עבור IoT או Industrial IoT מפתחים משתמשים יותר ויותר ב SoCs המותאמים אישית ובכך יכולים להציע פונקציונליות מותאמת, צריכת חשמל נמוכה יותר ואינטגרציה גבוהה יותר. לפיתוח מערכות SoC מורכבות מאוד ישנם לרוב, מספר ספקי מוליכים למחצה התומכים בלקוח במהלך הפיתוח והייצור.
מדוע כדאי לבחור ב- SoC מותאם אישית?
התפתחויות IoT ו- IIoT דורשות מעגלים משולבים בצורה טובה יותר, בעלי צריכת חשמל נמוכה וחסכוניים בעלותם. קריטריונים סותרים אלה ניתנים למענה אופטימלי רק על ידי פתרונות יעודים ללקוח.
כדי להפחית את עלויות היחידה למוצר IoT , SoCs מותאמים אישית מציעים אפשרות להחליף ICs סטנדרטיים רבים ב SoC יחיד בשל צפיפות האינטגרציה הגבוהה שלהם. בנוסף לחיסכון בעלויות, הדבר מקטין גם את הגודל הכללי של החלקים האלקטרונים מה שמאפשר מימוש פתרונות IoT קומפקטיים יותר. עם זאת, יש למדוד את החיסכון בעלויות היחידה מול עלויות הפיתוח המותאם אישית של ה- SoC. מסיבה זו, בדרך כלל מושג חיסכון בעלויות עבור מוצרי SoC מותאמים אישית עבור מכשירים ו / או מוצרים בעלי נפח גבוה ובינוני עם אורך חיים ארוך.
בכל הנוגע לקישוריות, מוצרי IoT זקוקים לעיתים קרובות לתמיכה בסטנדרטים אלחוטיים (כגון ZigBee או Bluetooth LE). לכן היתרון של SoCs מותאמים אישית יכול לסייע בשילוב בלוקי HF בנוסף למעגלים הדיגיטליים. על ידי שילוב מקלטי ופולטי HF ב SoC- אחד, צריכת החשמל וגודל המוצר של ה- IoT מצטמצמים.
בנוסף לשילוב ,HF SoCs מותאמים אישית מציעים גם אפשרות לשלב חזית אנלוגית המותאמת ליישום המסוים. זה עשוי להיות חשוב, למשל, כממשק לחיישנים שבהם צריך ליצור או לקבל אותות אנלוגיים.
לעיתים קרובות חשוב ליצרנים להגן על ה- IP שלהם. אם מיושמים אלגוריתמים ושיטות קנייניות על SoC מותאם אישית, הם מוגנים במידה מסוימת מפני זיוף ונסיון לבצע שחזור הנדסי. ברור שעדיין ניתן להעתיק SoC מותאם אישית, אך זה יקר מאוד וכרוך בעבודה רבה. לכן SoCs מותאמים אישית מציעים גם רמת מסוימת של אבטחה מפני זיוף.
מודלים להתחברות
פיתוח SoC מותאם אישית הוא בדרך כלל תהליך מורכב מאוד הדורש מידה גבוהה של מומחיות וידע שנבנה לאורך שנים רבות. לכן מומלץ להיעזר בספקים של SoC מותאם אישית. הם יכולים להגיב בצורה גמישה לדרישות הלקוח ובדרך כלל להציע מספר מודלים של התקשרות אפשרית, או צורות של שיתוף פעולה. אלה מבוססים על משאבי תכנון ה- SoC המותאמים אישית ללקוח.
באופן כללי, ישנם ארבעה מודלים אפשריים לפיתוח SoC מותאם אישית. במודל המסורתי הלקוח אחראי על תכנון SoC בעוד היצרן דואג ללייאאוט, לייצור ולבדיקה. גרסה נוספת של מודל זה היא מודל הכלים (או מודל הפאונדרי) בו הלקוח מבצע את כל עבודות הפיתוח ושותף ה- SoC אחראי על הייצור.
במודל הפלטפורמה, יצרן המוליכים למחצה מבצע חלק מהפיתוח של ה- SoC (למשל תת-מערכת המעבד או המעגל האנלוגי), בעוד שחלקים סטנדרטיים, כגון ממשקים נרכשים ברשיון של קניין רוחני ((IP ויצרנית ה- SoC משלבת את הבלוקים הבודדים של המעגל.
במודל ה- spec-in הלקוח מספק את המפרט של התכנון וספק ה- SoC משלים את כל תהליך התכנון וההטמעה של הצ’יפ.
אפשרויות אלו מעניקות ללקוחות מגוון דרכים לאזן את מומחיות התכנון הפנימי שלהם, כמו גם את השקעותיהם בכלי פיתוח ובמשאבי פיתוח אחרים להתאמת פיתוח ה ASIC- שלהם עם המודל העסקי שלהם ולזמן הפיתוח הזמין.
טכנולוגיות מוליכים למחצה ישנם מגוון טכנולוגיות של מוליכים למחצה הזמינים לפיתוח ASIC . CMOS היא הטכנולוגיה הנפוצה ביותר. זה מתאים במיוחד לשילוב מעגלים דיגיטליים, אך ניתן לשלב גם פונקציות RF ואנלוגיות.
מערכות SoC המשלבות בעיקר מעגלי HF / אנלוגי עם פונקציונליות דיגיטלית נמוכה מיושמות לרוב ב- SiGe (סיליקון-גרמניום), המציע גם CMOS וגם טרנזיסטורים דו-קוטביים. GaAS (גליום ארסניד) מתאים למעגלי RF בעלי תפוקה גבוהה, למשל מגברי כוח (PA). ישנם גם צורות מעורבות ותהליכים מיוחדים, כגון HV-CMOS (CMOS במתח גבוה).
במכשירי CMOS, גודל התהליך (כיום 180 ננומטר עד 5 ננומטר) קובע את צפיפות האינטגרציה, כלומר מספר השערים הלוגים שניתן לאכלס לכל שטח שבב. תהליכים עם גדלים קטנים יותר מציעים בדרך כלל שיעורי שעון גבוהים יותר, מה שמוביל לעוצמת מחשוב גבוהה יותר, אך הם יקרים יותר מתכנונים המבוססים על צמתים מעובדים ישנים יותר (כלומר גדלי תהליכים גדולים יותר). לפיכך כל פיתוח SoC מותאם אישית הוא פשרה בין עלויות הפיתוח הכרוכות בצפיפות הביצועים והאינטגרציה הנדרשת. עלויות ה- NRE (עלויות הנדסה חד פעמיות) לפיתוח SoC ועלויות המסכה יגדלו ככל שמשולבים יותר כוח מחשוב ומעגלים ב- SoC.
לסיכום
מערכות SoC מותאמות אישית מציעות פתרונות מותאמים מבחינת ביצועים, פונקציונליות וצריכת חשמל, החשובים במיוחד עבור יצרנים ומפתחי מוצרי IoT. שילוב ספק SoC מותאם אישית בתהליך הגדרת השבב בשלב מוקדם יכול לאפשר להם למצוא את הפיתרון האופטימלי. על ידי יישום המומחיות הטכנית של צוות התכנון של ספקית SoC שלה, חברה יכולה להגדיר שבב ולהשתמש בשירותים כגון תכנון, פריסה, אריזה, בדיקה וייצור לפי המודל העסקי שלה.
המאמר נכתב ע”י סטפן אהלס, מהנדס שיווק בכיר בחברת Socionext Europe
