消費者對於PC的應用需求,已經超越傳統的文書處理以及單純的上網資訊收集,隨Push mail、Social networking、Blogging、Instant message、RSS等,在Web2.0時代一般的消費者也成為網路內容提供者,即時上網需求大量增加,並整合影音娛樂於一體;因此在PC發展趨勢中,即便是為滿足行動需求的NB,也產生更進一步的變化,必須更隨身可攜、待機時間更長、滿足隨時上網、人機介面更為親和便利的新世代PC由此產生,而過去單純由效能為主要考量的衡量標準,也產生某種程度的轉變,必須首先考量在有限電池使用時間限制下發揮最大效能,以滿足隨身攜帶的重要特質,上述這些趨勢都對傳統PC晶片架構產生重大挑戰。

傳統PC核心晶片依循Von Neumann架構,包括:CPU、北橋晶片(North Bridge;負責CPU、RAM、PCI、AGP以及資料傳輸)、南橋晶片(South Bridge;負責和周邊溝通,包括IDE、鍵盤、滑鼠以及其他介面傳輸)、獨立繪圖處理器、其他周邊介面、有線無線通訊晶片以及電源管理IC等;過去在半導體技術的限制,以及以效能為主要考量狀況下,上述的晶片都各自獨立;但在省能、可攜的新世代PC趨勢下,PC核心晶片伴隨半導體製程技術進展逐漸產生整合趨勢。

PC晶片整合有三個最主要優點,包括:晶片尺寸可大幅縮小、降低耗電以延長使用時間、降低晶片製造成本等,這些優點在新世代PC扮演相當重要的角色。

PC處理器領導大廠Intel目前已進入45nm世代,並透過High-k Metal Gate技術,有效改善運算效能以及耗能,Intel估計在2009年將進入PC晶片整合時代,稱為Moorestown平台;其中將整合CPU、繪圖顯示晶片、記憶體控制晶片以及影像處理晶片,稱為LINCROFT單晶片,另一個則是包括系統控制晶片、記憶體控制晶片以及介面控制I/O晶片進行整合,稱為LANGWELL;這個PC雙晶片架構將使得系統尺寸大幅縮小、以及降低功耗。

Intel會有這樣的策略,主要是鎖定在未來下世代PC的應用情境中,隨時行動可攜、上網、即時通訊的需求將大幅增加,耗電與尺寸將是最重要的產品設計關鍵,因此透過晶片整合,讓整體主機板尺寸可縮小到一張信用卡的大小,耗電降低到目前的1/10,並整合第三方無線通訊解決方案,讓下世代PC具備各種通訊方式,而由此布局,也可看出Intel未來以x86架構進軍行動通訊市場的企圖心。

過去晶片進行整合,不外乎是從設計端進行系統單晶片(System on Chip;SoC),或是在封裝端利用系統級封裝(System in Package; SiP),這兩種方式主要是進行2D方式的整合;然而SoC將提高晶片設計複雜度,SiP雖然可以將裸晶進行單一整合封裝,但對封裝後面積縮小助益有限,因此近來業界開始思考在有限的PCB面積當中將晶片進行3D堆疊。

晶片3D堆疊的優點包括:(1)Smaller form factor;(2)Increased electrical performance;(3)Heterogeneous integration;(4)Cost。而依SoC、SiP以及晶片3D堆疊的技術進行比較,無論從封裝後面積、效能、單位面積的密度、量產製造成本等項目,3D晶片堆疊都具有優勢。

晶片整合將可有效落實新世代PC在可攜、省能、低成本的要求,目前已經成為PC晶片發展的重要技術趨勢,雖然目前在技術上仍有不少障礙有待克服,包括SoC面臨的複雜電路布局問題、系統級封裝如何持續縮小裸晶距離、以及晶片3D堆疊在製程整合與設備的支援等,都有待研發單位持續投入,但PC晶片整合的大趨勢將不會改變。

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