SoC集成了手机上许多最关键的组件，如CPU、GPU和内存。也就是说，虽然它以芯片的形式存在于主板上，但它是由许多元件组成的。比如我们通常所说的高通801、泰格拉4、A6等。都只是系统组件封装（SoC）之后的通称。

狭义的片上系统是以芯片集成为核心的信息系统，即系统的关键部件集成在一个芯片上；广义的SoC是一个微型系统。如果中央处理器（CPU）是大脑，那么片上系统就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。国内外学术界一般倾向于将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核、以及存储器（或片外存储控制接口）集成在一块芯片上。通常是客户定制或用于特定用途的标准产品。

SoC芯片

片上系统定义的基本内容主要在两个方面：一是它的组成，二是它的形成过程。片上系统的组成可以是片上系统控制逻辑模块，微处理器/微控制器CPU核心模块、数字信号处理器DSP模块、嵌入式存储器模块、与外界通信的接口模块、包含模拟前端模块、电源、电源管理模块的ADC/DAC。对于一个无线SoC，还有射频前端模块，用户自定义逻辑（可以通过FPGA或ASIC实现），以及一个微机电模块。更重要的是，SoC芯片嵌入了基本的软件（RDOS或COS和其他应用软件）模块或可加载的用户软件等。

在芯片形成或生产过程中的系统包括以下三个方面：

1）基于单片集成系统的软硬件协同设计与验证；

2) 有效提高逻辑区技术的使用率和生产能力的再利用率，即IP核生成和再利用技术的开发和研究，特别是嵌入式大容量存储模块的重复应用；

3 )超深亚微米及奈米设计理论与技术。

片上系统设计的关键技术：SoC关键技术主要包括总线架构技术、IP核复用技术、软硬件协同设计技术、SoC验证技术、可测性设计技术、低功耗设计技术、超深亚微米电路实现技术等。还包括嵌入式软件的移植和开发研究，是一个新兴的交叉学科研究领域。

一个电子系统的功能可以在一个芯片上完成，而这个系统过去需要一个或多个电路板，以及板上的各种电子器件、芯片和互连。SoC可以看作是城镇建筑物的集成。宾馆、饭店、商场、超市、医院、学校、公交车站，以及大量的住宅集中在一起。它构成了一个小城镇的功能，满足了人们吃、住、行的基本需求。SoC更多的是处理器（包括CPU、DSP）、存储器、各种接口控制模块，以及各种互连总线的集成。SoC的典型代表是手机芯片。SoC还没有达到单芯片实现传统电子产品的水平。可以说，SoC只实现了一个小镇的功能，却无法实现一个城市的功能。

SOC集成电路

SoC有两个显著的特点：一是硬件规模大，通常基于IP设计模式；二是软件所占比重大，需要软硬件协同设计。可以比作城市相对于农村的明显优势：设施齐全，交通便利，效率高。SoC也有类似的特点：在单个芯片上集成了更多的支持电路，节省了集成电路的面积，也节约了成本。片上互连相当于城市高速公路，具有高速、低功耗的特点。原本分布在电路板上的各种设备之间传输的资料集中在同一个芯片上，相当于一个只有长途客车才能到达的地方。它已经搬到了城市，并乘坐地铁。城市的第三产业发达，竞争力更强，SoC上的软件相当于城市的服务业。不仅硬件好，软件也好。

同一套硬件，今天可以用来做一件事，明天可以用来做另一件事，类似于城市中整个社会的资源分配和调度利用的增加。由此可见，SoC在性能、成本、功耗、可靠性、生存周期和应用范围等方面都具有明显的优势，是集成电路设计发展的必然趋势。在性能和功耗敏感的终端芯片领域，SoC已经占据了主导地位，其应用范围正在向更广泛的领域扩展。在单芯片上实现完整的电子系统是未来集成电路产业的发展方向。

二技术发展

这已有40年的历史。它一直按照摩尔定律向前发展，现已进入深亚微米阶段。由于信息市场的需求和微电子自身的发展，以微细加工（集成电路的特征尺寸不断缩小）为主要特征，发展多种工艺集成技术和面向应用的系统级芯片。作为产业进入超深亚微米甚至纳米加工时代，一个复杂的电子系统，如手机芯片、数字电视芯片，以及DVD芯片，可以在一个单一的 未来几年内，数以亿计的并且预计在一个芯片上实现数千万个逻辑门。系统芯片设计技术始于20世纪90年代中期。随着半导体工艺技术的发展，集成电路设计人员可以在单个硅片上集成越来越多的复杂功能。SoC正是在集成电路（IC）向集成系统（IS）的大方向下发展的。Motorola在1994年发布的FlexCore系统（用于制造基于68000和PowerPC的定制微处理器）和LSILogic在1995年为Sony设计的SoC可能是基于IP（intellectual property）内核的SoC设计的最早报道。由于SoC能够充分利用现有的设计积累，显著提高专用集成电路的设计能力，因此发展非常迅速，引起了工业界和学术界的广泛关注。SOC是集成电路发展的必然趋势，是技术发展的必然，是集成电路产业发展的未来。

Ⅲ存在的问题

当前芯片设计行业面临着一系列的挑战。片上系统已经成为集成电路设计界关注的焦点。SoC性能越来越强，越来越大。SoC芯片的规模一般比普通ASIC大得多。同时，由于深亚微米工艺带来的设计困难，大大增加了SoC设计的复杂性。在SoC设计中，仿真和验证是SoC设计过程中最复杂、最耗时的环节，约占整个芯片开发周期的50%至80%。采用先进的设计和仿真验证方法已成为SoC设计成功的关键。SoC技术的发展趋势是基于SoC开发平台。基于平台的设计是一种面向集成的设计方法，可以最大限度地实现系统复用。共享IP核开发和系统集成的成果，不断重组价值链。延时和功耗的基础上，转向良率、可靠性、电磁干扰（EMI）的噪音、成本、易用性等。都使系统级集成能力的快速发展成为可能。所谓的SoC技术是一种高度集成的、基于固件的系统集成技术。采用SoC技术设计系统的核心思想是将整个应用电子系统集成到一个芯片上。采用SoC技术设计应用系统时，除了那些不能集成的外部电路或机械部分外，所有的系统电路都集成在一起。

Ⅳ片上系统芯片技术

1.核心技术

系统功能集成是SoC的核心技术

在传统的应用电子系统设计中，需要根据设计所需的功能模块对整个系统进行综合，即根据设计所要求的功能，找到相应的集成电路，然后根据设计参数所要求的技术指标设计连接形式和所选电路。本设计的结果是基于功能集成电路的分布式应用电子系统结构。设计结果能否满足设计要求，不仅取决于电路芯片的技术参数还取决于整个系统PCB版图的电磁兼容特性。同时，对于需要数字化的系统，往往需要微控制器，因此还必须考虑分布式系统对电路固件特性的影响。显然，传统的应用电子系统的实现采用了分布式功能的集成技术。

对于SoC来说，应用电子系统的设计也是基于功能和参数的要求，但与传统的方法有着本质的区别。SoC不是一种基于功能电路的分布式系统综合技术。它是基于功能IP的系统固件和电路综合技术。首先，功能的实现不再是针对功能电路的集成，而是针对系统整体固件实现的电路综合，即利用IP技术进行整个系统的电路集成。其次，电路设计的最终结果与IP功能模块和固件特性有关，而与电路的PCB划分方式和布线技术基本无关。因此，大大提高了设计结果的电磁兼容特性。换句话说，设计的结果非常接近理想的设计目标。

SoC设计的关键技术主要包括总线架构技术、IP核可复用技术、软硬件协同设计技术、SoC验证技术、可测性设计技术、低功耗设计技术、超深亚微米电路实现技术等。

2.设计思路

固件集成是SoC的基本设计思想

在传统的分布式集成设计技术中，系统的固件特性往往难以达到最优。究其原因，是利用了集成技术的分布函数。总的来说，为了满足尽可能多的使用领域，功能集成电路必须考虑两个设计目标：一是满足多种应用领域的功能控制要求；二是考虑满足更广泛的应用功能和技术指标。因此，功能集成电路（即定制集成电路）必须在I/O和控制上增加若干电路，才能让一般用户获得尽可能多的开发性能。然而，要实现定制电路设计的最佳应用电子系统，并不是一件容易的事。

对于SoC，从SoC的核心技术可以看出，利用SoC技术设计和应用电子系统的基本设计思想是实现全系统的固件集成。户只需要根据自己的需要选择和改进模块和嵌入式结构的各个部分，就可以实现完全优化的固件功能，而不必花时间去熟悉定制电路的开发技术。固件基础突然出现的优势是，系统可以更接近理想系统，更容易达到设计要求。

3.基本结构

嵌入式系统是SoC的基本结构

采用片上系统（SoC）技术设计的应用电子系统中，可以非常方便地实现嵌入式结构。各种嵌入式结构的实现非常简单，只要根据系统需要选择相应的内核，再根据设计要求选择匹配的IP模块，就可以完成整个系统的硬件结构。别是当采用智能电路合成技术时，整个系统的固件特性可以得到更充分的实现，使得系统更接近理想的设计要求。必须指出的是，这种片上系统的嵌入式结构可以大大缩短应用系统的设计和开发周期。

4.设计基础

IP是SoC设计的基础

传统的应用电子设计工程师面对的是各种定制集成电路，而采用SoC技术的电子系统设计工程师面对的是庞大的IP库，所有的设计工作都是基于IP模块进行的。SoC技术将一个应用型电子系统设计工程师转变为面向应用的电子设备设计工程师。由此可见，SoC是一种基于IP模块的设计技术，IP是SoC应用的基础。

5.设计过程

SoC技术的不同阶段

在功能设计阶段，设计者必须充分考虑系统的固件特性，并利用固件特性进行全面的功能设计。当功能设计完成后，就可以进入IP综合阶段。IP合成阶段的任务使用功能强大的IP库来实现系统的功能。IP组合完成后，首先进行功能仿真，检查是否实现了系统的设计功能要求。功能仿真通过后，就可以进行电路仿真了。目的是检查由IP模块组成的电路能否实现设计功能，达到相应的设计技术指标。设计的最后阶段是对制造出来的SoC产品进行相应的测试，以便调整各种技术参数，确定应用参数。