芯片的設計概念從SoC到SoIC再到CIC，本文介紹了這三者的區別。

SoC（System on Chip）片上系統，SoIC（System on Integrated Chip）集成片上系統，CIC（Cubic Integrated Circuit）立方體集成電路，三者有什么異同，今天，我們將其放在一起進行比較解讀。

SoC

SoC是System on Chip的縮寫，中文稱“片上系統”，是由多個具有特定功能的集成電路組合在一個硅片上形成的系統或產品，其中包含完整的硬件系統及其承載的嵌入式軟件。 在SoC上，集成了處理器（包括CPU、DSP）、存儲器、各種接口控制模塊、各種互聯總線等。下圖所示為麒麟980 SoC的版圖。

SoC實現了在單個芯片上，就能完成一個電子系統的功能，而這個系統在SoC出現以前往往需要一個或多個電路板，以及板上的各種電子器件、芯片和互連線共同配合來實現。 SoC在單芯片實現了功能的高度集成，其功能密度比傳統的板級系統有了巨大的提升。

SoIC

SoIC（System on Integrated Chips）集成片上系統，是臺積電最新的先進封裝技術。該技術最鮮明的特點是沒有凸點（no-Bump）的鍵合結構，因此具有有更高的集成密度和更佳的性能。 SoIC是將多個芯片采用混合鍵合的方式組裝到一起，體積和性能上達到了單顆SoC同等的指標。 對比下圖的SoC和SoIC，我們可以看出，SoIC相對SoC至少有兩個優勢，1）異構集成，2）更高的功能密度。

SoIC-1，SoIC-2，SoIC-3可以采用不同的工藝節點生產，然后通過混合鍵合組裝，支持異構集成，因此具有更高的靈活性。此外，SoIC具備更多的晶體管層，圖中，我用高亮標識出了晶體管層，可以看出，SoC具有一個晶體管層，而SoIC具有兩個晶體管層，在同樣的工藝條件下，SoIC相比同體積SoC的具有兩倍的晶體管數量，因此其功能密度也為SoC的兩倍。隨著堆疊層數的增多，這種優勢會更加明顯。

CIC

CIC（Cubic integrated Circuit）立方體集成電路，是我在2021年8月7日的一篇文章《集成電路設計的“新思路”》中提出的概念，旨在以立方體的思路去設計芯片。 在這里，我想強調一下，CIC從芯片開始規劃和設計階段，就以立方體的思路來進行，如下圖所示，一個SoC在一開始就被規劃成4層或者更多層來設計，需要EDA廠商在軟件研發上給予足夠的功能支持才可以實現。

在實際應用中，CIC可能是10層、20層、50層、100層、500層或者更多。從信號最快到達和能量最節省的角度，正立方體是最佳的芯片形態，這就是CIC名稱的由來。 以現有的7nm工藝，在指甲蓋大小的芯片上可以集成100億以上的晶體管。如果以CIC的模式來設計，在指尖大小的1立方厘米內可集成的晶體管數量為2.5萬億~5萬億，即100億的250倍~500倍。 如果CIC可以實現的話，如今全球最大的芯片，如餐盤大小的WSE二代晶體管的數量是2.6萬億，如果按照CIC的設計思路，完全可以在指尖大小的1立方厘米實現了。

這絕對是一個質的飛躍，然而，CIC的設計與制造，必將是一個非常難以實現的目標。 如果要在競爭中勝出，就必須克服各種困難，朝著既定目標努力奮斗！這就是目標的力量。有的人因為看見而相信，有的人因為相信而看見。

回顧和展望

SoC技術始于20世紀90年代中期，是集成電路(IC)向集成系統(IS)轉變的大方向下產生的，是集成電路技術發展到一定程度的必然產物。摩托羅拉于1994發布的FlexCore據稱是最早通過SoC技術實現的產品。 SoIC技術由臺積電在2018年正式提出，該技術將多個獨立的小芯片通過3D制造技術集成到整合的SoC系統中，具有更高的功能密度、更低的通信延遲以及更低的單位能量消耗。目前，SoIC技術已經可以堆疊到12層。 CIC概念于2021年8月提出，目前還只是一種芯片技術發展的預期，未來或將有巨大而快速的發展。 在現有的芯片技術中，晶體管是記錄信息的基本單位，也是功能的基本單位，在系統空間內，晶體管的密度也代表著功能密度。無論是SoC，SoIC還是CIC，其實現的主要目的就是提高系統空間內的功能密度，并降低單位信息傳遞的能量消耗。