SOC芯片技術及在安防集成系統中的應用

　　從1959年美國TI公司發明第一塊集成電路（IC）以后，集成電路工藝技術即向著兩個方向發展：

　　（1）沿硅片橫向和垂直硅片縱向加工精度的提高方向，使得器件特征尺寸從亞微米、深亞微米、超深亞微米（VDSM）到納米（nm），并能形成各種結構；

　　（2）沿勻場范圍的擴大方向，使得芯片面積由100mm2增加到200mm2甚至300mm2及以上。每個管子在縮小，芯片面積在擴大，兩者的乘積使得IC集成度的CAGR（CommutationAverageGrowthRate）每年達到58％。這就是摩爾（Moore）定律指出的三年翻四番。

　　微電子的加工技術已達到這樣的程度：能在硅片上制作出電子系統需要的所有部件，包括各種有源和無源的元器件、互連線，甚至機械部件。因此，已具有了由集成電路（IC）向系統集成（IS）發展的條件。

　　在工藝能力提高的同時，IC的設計能力也在不斷提高，由于新的ICCAD工具不斷出現，使得IC設計能力大約每10年出現一次階躍式的提高，有效地縮小了和工藝能力的差距。

　　第一代ICCAD，把IC中的重復結構建立版圖庫。利用系統的復制功能，提高了版圖設計效率；80年代出現的以門陣列、標準單元布局布線為主要內容的第二代ICCAD系統，及90年代出現的綜合（synthesis）系統，把設計水平從原理圖輸入提高到行為描述，進一步縮短了設計周期，提高了設計效率。特別是標準單元庫包括IP核的發展，從基本單元電路，到功能模塊、子系統、系統，充分利用已有的設計積累，實現設計重用，提高了設計的起點。

　　同時，IC產業技術發展經歷了電路集成、功能集成、技術集成，直到今天基于計算機軟硬件的知識集成。特別是MCU的出現和普及，使傳統電子系統全方面進入了現代電子系統。電子系統追求的目標之一就是最大限度地簡化電路設計，達到整體產品系統的可靠性、精度、穩定等品質指標。而SOC技術將電路系統設計的可靠性、低功耗等都考慮在IC設計之中，把過去許多需要系統設計解決的問題集中在IC設計中解決，使系統工程師能將精力集中在研究對象領域中的諸問題。SOC理所當然成為微電子領域IC設計的最終目標和現代電子系統的最佳選擇。因此，無論從IC工藝條件還是設計能力及產業需求來說，都已將SOC推到了技術發展的前沿。

　　SOC的設計技術始于20世紀90年代中期，隨著半導體工藝技術的發展，IC設計者能夠將愈來愈復雜的功能集成到單硅片上，SOC正是在集成電路（IC）向集成系統（IS）轉變的大方向下產生的。所謂的SOC主要有三個含義：

　　（1）SOC是System-on-a-Chip的縮寫，稱為系統級芯片，也稱片上系統，意指它是一個產品，是一個有專用目標的集成電路，其中包含完整系統并有嵌入軟件的全部內容；

　　（2）SOC也是Service-OrientedComputing的縮寫，即“面向服務的計算”；

　　（3）SOC也是SignalOperationControl的縮寫，也稱為信號操作控制器。它不是創造概念的發明，而是針對工業自動化現狀提出的一種融合性產品。它采用的技術是正在工業現場大量使用的成熟技術，但又不是對現有技術的簡單堆砌，是對眾多實用技術進行封裝、接口、集成，形成全新的一體化的控制器。以前需要一個集成商來做的工作，現在由一個控制器就可以完成，這就是SOC。

　　顯然，用英文縮寫的SOC的定義多種多樣，由于其內涵豐富、應用范圍廣，很難給出準確定義。但SOC多用上面的第1種定義，即為系統級芯片或片上系統。同時它又是一種技術，用以實現從確定系統功能開始，到軟/硬件劃分，并完成設計的整個過程。

　　所謂SOC技術，就是一種高度集成化、固件化的系統集成技術。使用SOC技術設計系統的核心思想，就是要把整個應用電子系統全部集成在一個芯片中。在使用SOC技術設計應用系統，除了那些無法集成的外部電路或機械部分以外，其他所有的系統電路全部集成在一起。

　　從狹義角度講，SOC是信息系統核心的芯片集成，是將系統的關鍵部件集成在一塊芯片上；從廣義角度講，SOC是一個微型系統，如果說中央處理器（CPU）是大腦，SOC就是包括大腦、心臟、眼睛和手的系統。國內外學術界一般傾向將SOC定義為將微處理器、模擬IP核、數字IP核和存儲器（或片外存儲控制接口）集成在單一芯片上，它通常是客戶定制的，或是面向特定用途的一種標準產品。

　　1、SOC定義的基本內容主要表現在兩方面：

　　（1）它的構成。系統級芯片的構成可以是系統級芯片控制邏輯模塊、微處理器/微控制器CPU內核模塊、數字信號處理器DSP模塊、嵌入的存儲器模塊、與外部進行通訊的接口模塊、含有ADC/DAC的模擬前端模塊、電源提供和功耗管理模塊；對于一個無線SOC還要有射頻前端模塊、用戶定義邏輯（它可以由FPGA或ASIC實現）以及微電子機械模塊；更為重要的是，一個SOC芯片內嵌有基本軟件（RDOS或COS以及其他應用軟件）模塊或可載入的用戶軟件等。