从片上系统(SoC)到立方体集成威廉希尔官方网站 (CIC)

芯片的设计概念从SoC到SoIC再到CIC，本文介绍了这三者的区别。  

SoC（System on Chip）片上系统，SoIC（System on Integrated Chip）集成片上系统，CIC（Cubic Integrated Circuit）立方体集成威廉希尔官方网站 ，三者有什么异同，今天，我们将其放在一起进行比较解读。  

 SoC 

SoC是System on Chip的缩写，中文称“片上系统”，是由多个具有特定功能的集成威廉希尔官方网站 组合在一个硅片上形成的系统或产品，其中包含完整的硬件系统及其承载的嵌入式软件。   在SoC上，集成了处理器（包括CPU、DSP）、存储器、各种接口控制模块、各种互联总线等。下图所示为麒麟980 SoC的版图。  

  SoC实现了在单个芯片上，就能完成一个电子系统的功能，而这个系统在SoC出现以前往往需要一个或多个威廉希尔官方网站 板，以及板上的各种电子器件、芯片和互连线共同配合来实现。   SoC在单芯片实现了功能的高度集成，其功能密度比传统的板级系统有了巨大的提升。  

 SoIC 

SoIC（System on Integrated Chips）集成片上系统，是台积电最新的先进封装技术。该技术最鲜明的特点是没有凸点（no-Bump）的键合结构，因此具有有更高的集成密度和更佳的性能。   SoIC是将多个芯片采用混合键合的方式组装到一起，体积和性能上达到了单颗SoC同等的指标。   对比下图的SoC和SoIC，我们可以看出，SoIC相对SoC至少有两个优势，1）异构集成，2）更高的功能密度。  

  SoIC-1，SoIC-2，SoIC-3可以采用不同的工艺节点生产，然后通过混合键合组装，支持异构集成，因此具有更高的灵活性。此外，SoIC具备更多的晶体管层，图中，我用高亮标识出了晶体管层，可以看出，SoC具有一个晶体管层，而SoIC具有两个晶体管层，在同样的工艺条件下，SoIC相比同体积SoC的具有两倍的晶体管数量，因此其功能密度也为SoC的两倍。随着堆叠层数的增多，这种优势会更加明显。  

 CIC 

CIC（Cubic integrated Circuit）立方体集成威廉希尔官方网站 ，是我在2021年8月7日的一篇文章《集成威廉希尔官方网站 设计的“新思路”》中提出的概念，旨在以立方体的思路去设计芯片。   在这里，我想强调一下，CIC从芯片开始规划和设计阶段，就以立方体的思路来进行，如下图所示，一个SoC在一开始就被规划成4层或者更多层来设计，需要EDA厂商在软件研发上给予足够的功能支持才可以实现。  

  在实际应用中，CIC可能是10层、20层、50层、100层、500层或者更多。从信号最快到达和能量最节省的角度，正立方体是最佳的芯片形态，这就是CIC名称的由来。   以现有的7nm工艺，在指甲盖大小的芯片上可以集成100亿以上的晶体管。如果以CIC的模式来设计，在指尖大小的1立方厘米内可集成的晶体管数量为2.5万亿~5万亿，即100亿的250倍~500倍。   如果CIC可以实现的话，如今全球最大的芯片，如餐盘大小的WSE二代晶体管的数量是2.6万亿，如果按照CIC的设计思路，完全可以在指尖大小的1立方厘米实现了。  

  这绝对是一个质的飞跃，然而，CIC的设计与制造，必将是一个非常难以实现的目标。   如果要在竞争中胜出，就必须克服各种困难，朝着既定目标努力奋斗！这就是目标的力量。有的人因为看见而相信，有的人因为相信而看见。  

 回顾和展望 

SoC技术始于20世纪90年代中期，是集成威廉希尔官方网站 (IC)向集成系统(IS)转变的大方向下产生的，是集成威廉希尔官方网站 技术发展到一定程度的必然产物。摩托罗拉于1994发布的FlexCore据称是最早通过SoC技术实现的产品。   SoIC技术由台积电在2018年正式提出，该技术将多个独立的小芯片通过3D制造技术集成到整合的SoC系统中，具有更高的功能密度、更低的通信延迟以及更低的单位能量消耗。目前，SoIC技术已经可以堆叠到12层。   CIC概念于2021年8月提出，目前还只是一种芯片技术发展的预期，未来或将有巨大而快速的发展。   在现有的芯片技术中，晶体管是记录信息的基本单位，也是功能的基本单位，在系统空间内，晶体管的密度也代表着功能密度。无论是SoC，SoIC还是CIC，其实现的主要目的就是提高系统空间内的功能密度，并降低单位信息传递的能量消耗。