在上刊期「台積電站在制高點看物聯網 為產業打造完整生態鏈」一文中,提到物聯網的半導體生態鏈,現在台積電已站在制高點,從半導體產業生態鏈的上游出發,打造出具備物聯網技術需求的技術平台;然而,在這個平台上,記憶體及封裝技術的支援也很重要,我們現在就來看台灣記憶體大廠華亞科技及封測大廠日月光,針對物聯網所提出的解決方案。
記憶體:因應物聯網的大量數據運算需求
華亞科技董事長高啟全提到物聯網時代的Big Data需求,他表示伴隨物聯網而來的是「Bigger Data」,因為在物聯網的骨幹架構之下,聯網的設備很多,包括伺服器、PC、筆記型電腦、行動電話、平板電腦……等等,因此設備彼此之間的數據交換及傳輸狀況會比過往更頻繁,所以記憶體必須要具備能應付「Bigger Data」的能力。
為了應付大量數據運算的需求,高啟全提出了In Memory Computing (IMC)的技術。顧名思義,IMC就是一種將傳統在AP Server、DB Server、儲存設備之間的資料交換與運算的過程,改成都是在記憶體裡面完成。在大量數據需要處理的環境中,如果用IMC的技術,則原本需要花數小時才能運算完成的結果,現在可以壓縮在幾分鐘內完成。為了達成數據快速換算及交換的目標,IMC應遵守以下4點設計原則:
- 將資料存放在記憶體中以加快處理的速度
- 透過壓縮技術減少資料量
- 減少資料的移動,僅搬移運算後的結果,而非搬移資料去運算
- 利用多核心處理器,提高處理效率
針對物聯網的Bigger Data需求及IMC的構想,身為台灣的記憶體大廠,高啟全提出了記憶體方面的解決方案,包括:
(1) LP DDR4:在個人桌上型電腦、平板電腦及行動電話等裝備採用低功耗(Low Power, LP)DRAM。
(2) 3D 記憶體:3D記憶體可以滿足裝置在頻寬、功率及容量方面的需求。
(3) 新記憶體:新形勢記憶體的崛起可以將功率及延誤(Latency)最優化。在現階段,新記憶體的代表是STT-MRAM及電阻式記憶體(RRAM)。
圖1. 右邊的STT-RAM 與左邊的第一代MRAM相比,減少了Write Word Line及Bypass Line,
體積明顯小許多,而效能也提高了。
圖片來源:New Samsung Open Innovation Program For STT-MRAM Technology
封裝:整合、整合、再整合
在「台積電站在制高點看物聯網 為產業打造完整生態鏈」一文文末就提到,一顆物聯網的晶片,基本上要包含以下的區塊:
(1) MCU (微控制器,通常是採用ARM的)
(2) 感應器(溫度、震動、陀螺儀、濕度、壓力、高度)
(3) 電源管理 (太陽能、能源收集、電耗)
(4) 內嵌式記憶體 (快閃、NVM、SRAM)
(5) 連接 (GSM、GPRS、LTE、Zigbee、WiFi、Mesh Network) |
圖2. 物聯網晶片要包含的基本區塊
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由於物聯網晶片的需求比我們想像中來得複雜,功能眾多,因此整合十分重要。在整合的時候,如果在design-in的時候沒辦法以系統單晶片來解決,便必須要借助封裝技術(例如SiP, System in a Package),將圖2的不同區塊整合為一模組。
圖3是封裝技術的發展演進圖,當中SiP的部分便整合了MEMS、記憶體、CPU及電源管理IC,這正符合了物聯網晶片的多功能需求。此外,3D IC的部分發展也值得關注;不過目前不只價格較高,也有許多技術瓶頸尚待突破;最重要的是,誰來主導仍是一個問號,此一議題往後本刊會另文探討。
圖3. 台灣IC封裝朝多元與異質整合服務邁進
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