חברת Socionext היא ספקית גלובלית מובילה של פתרונות System-on-Chip עם ניסיון של למעלה מ -40 שנה. למעשה, השם SOCIONEXT, משקף את ההתמקדות שלה בפתרונות SoC מותאמים אישית (Custom SoC) ליישומים הדינמיים המובילים ביותר של ימנו במגזרי הרכב, התעשייה והרשת.

המיקוד של Socionext הוא במתן מוצרים ופתרונות חדשניים למצבים הזקוקים לטכנולוגיות תהליכים מתקדמות עם מורכבות מאתגרת ובעלי דרישות ביצועים תובעניות. יישומים מאתגרים אלה זקוקים לפתרונות  מותאמים אישית. הכיצד? ובכן, לחברות רבות המתכננות מוצרים אין את המותרות של תכנון כל חלקי ה- ASIC אך כאשר מתמודדים עם מחסור ברכיבי מדף זמינים, SoC מותאם אישית הוא הפתרון.

אם כן, מה ההבדל בין ASIC לבין SoC מותאם אישית?

מפרט התכנון או תוכן השבב כמו גם הממשק ואחריות התכנון בין הלקוח לספק השבבים, הם שיקול מרכזי כאן. ב- ASIC מסורתי, תכנון השבבים הוא באחריות הלקוח, בהתבסס על ספריות טכנולוגיות המסופקות על ידי ספק השבבים. התכנון מועבר לספק בצורה של תיאור טכנולוגי ספציפי לשער ('netlist') או כתיאור תוכנה ברמה גבוהה יותר ('RTL'). לאחר מכן, ספק השבבים מטפל בהמרת תכנון הלקוח לשבב הפיזי, כולל אריזה ובדיקת המוצר הסופי. כל צד חייב לקחת אחריות על חלקו בתכנון הכולל.

רכיבי ASIC עשויים (ולעתים קרובות) לכלול מספר רב של בלוקים מאקרו-IP המסופקים על ידי ספק השבבים, אך אינם כוללים בהכרח פונקציונליות ייעודית של מעבד. פתרון System-on-Chip (מעצם הגדרתו) מבוסס סביב מעבד או מערכות משנה מרובות מעבדים ופועל כאלמנט העיבוד המרכזי במערכת הסופית. בנוסף למעבד, ה- SoC יכיל גם מספר יחידות עיבוד אחרות, כגון DSP או GPU, כמו גם בלוקי IP ייעודיים אחרים עבור פונקציות כגון ממשקים חיצוניים במהירות גבוהה.

על מנת לתכנן ASIC, על הלקוחות להקצות צוות ייעודי לתכנון שבבים פנימי או לכל הפחות מומחים פנימיים כדי להתממשק עם שותף תכנון חיצוני. ייתכן שיהיה קשה להצדיק זאת כאשר מספר התכנונים המותאמים אישית הנדרשים מוגבל. לשם השוואה, גישת SoC מותאמת אישית מציעה אפשרויות נוספות, כאשר ספק השבבים לוקח יותר אחריות על התכנון. זה עשוי לנוע מגישה 'מבוססת פלטפורמה' (שבה הספק מציע מערכות משנה מאומתות מראש) ועד תכנון 'מפרט' שבו הספק לוקח אחריות מלאה על תהליך התכנון השלם. יישומי המיקוד שלנו רלוונטיים במיוחד למערכות SoC מותאמות אישית.

SoCs מותאמים אישית ליישומי רכב

בתוך תחום הרכב יש כיום נהירה לכיוון רכבים אוטונומיים ושינוי עצום באופן תכנונם. מערכות מידע והרכבה מתקדמות ברכב ומערכות סיוע לנהגים מתמזגות כדי לשפר את חווית הנהיגה תוך הגברת הבטיחות. מכונית העתיד תשלב מספר רב של טכנולוגיות חיישנים שונות כגון מצלמות, מכ"ם, LiDAR ואולטרסאונד הדורשות יצירת כמויות אדירות של נתונים. השגת רמות הביצועים והאינטגרציה הגבוהות הללו ובמקביל צמצום גודל השבב, העלות וצריכת החשמל יפתחו הזדמנויות חדשות להתאמה אישית אשר עשויות להיות האפשרות היחידה להשגת יעדי התכנון הנדרשים.

SoCs מותאמים אישית עבור IoT ותעשייה 4.0

האתגרים הרבים החל מרשתות וטיפול בנתונים ועד ראיית מכונה הינם רק חלק מהיישומים המורכבים שצריך לטפל בהם בסביבה התעשייתית, במיוחד לאור המספר הרב של תקני התקשורת שאומצו בתהליך הייצור. היכולת לטפל בכמויות גדולות של נתונים ב- Edge הופכת חשובה יותר ויותר וכך גם הביקוש הגובר לרשת ולמחשוב, לזיהוי ראייה ותדמית ללא התערבות אנושית. כאן פיתחה Socionext מספר פתרונות המפשטים את פיתוח הציוד לישומי

 4.0  Industry כגון הגנת IP, בטיחות תפקודית וניהול מחזור חיים.

SoCs מותאמים אישית לרשתות

ל-  Socionex יש היסטוריה עשירה של SoC מותאמים אישית משוכללת ליישומי רשתות תקשורת אופטיות, על ידי אספקת ערכות השבבים הראשונות בעולם של G, 100 200G ,ו- G400 ומהפכה בחלל הטלקום. עם הכנסת G5 ניתן לנצל את המגוון הרחב של הידע הקיים לפיתוחים חדשים המאפשרים פתרונות טובים יותר, להתגבר על גבולות קיימים ולדחוף את גבולות G5 למערכות אקולוגיות חדשות ורחבות יותר ברשת. הדרישה של G5 לשיעורי נתונים גבוהים אך גם חביון נמוך עם מערכת תכונות חדשות גרמה לכך שהעברת נתונים באמצעות מכשירים ומודולים נפרדים בפתרונות SoC קונבנציונאליים שאינם מותאמים אישית תוביל בהכרח לעלייה דרמטית בצריכת החשמל. עם זאת, באמצעות האינטליגנציה של Socionext השימוש ב- SoC מותאם אישית מציע יתרונות גדולים לפתרונות מערכת מכיוון שהוא מאפשר תכנונים אופטימליים ומורכבים עם ביצועים גבוהים יותר אך צריכת חשמל נמוכה יותר ושטח קטן יותר.

היתרונות של תנאי שימוש מותאמים אישית

לסיכום ניתן לומר כי גישת SoC מותאם אישית  מציעה ללקוחות אפשרות לגשת לשבב המתוכנן בהתאמה אישית שלהם עם מינימום מאמץ תכנוני ומשאבים לצידם, אפילו אם אין להם מומחיות בתכנון פנים.

Socionext, כספקית ה- SoC המותאמת אישית השנייה בגודלה בעולם, מסוגלת להתמודד עם אתגרי התכנון של SoC המורכבים ביותר, המבוססים על טכנולוגיית מוליכים למחצה מהשורה הראשונה. עם 40 שנות מומחיות וחדשנות מההתחלה ועד הסוף – אתה יכול לסמוך עליהם.

הפוסט כשאתה חושב על Custom SoC חשוב Socionext הופיע לראשונה ב-Chiportal.

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

הפוסט מדוע רצוי להשתמש ב-SOCs מותאמים אישית בפרויקטים של IoT ו- 4.0 Industry הופיע לראשונה ב-Chiportal.