定積分

正如我們在本系列的前幾期專欄中所探討的那樣，物聯網節點是微小的眼睛，耳朵和大腦，它們說著一種共同的語言來相互通信并與更高性能的系統進行通信。因此，它們需要多個集成設備來執行其功能。隨著系統中使用的設備數量的增加，尺寸和成本也會增加。預計物聯網設備的數量將遠遠超過PC和智能手機。這創造了，是的，你猜對了 —— 一個非常有競爭力的市場。為了在這個快速增長且競爭激烈的物聯網市場中發揮作用，嵌入式設備需要能夠在關鍵領域（集成）中采用更快的創新速度。

顯然需要密集包裝電子產品，以便它們占用最少的空間，同時保持全部功能。因此，設計人員尋求在單個芯片中實現功能的最大集成。MCU是嵌入式市場持續集成的一個很好的例子。MCU將標準外設以及易失性和非易失性存儲器推入其他獨立的MPU中。SoC 將更多的外設、穩壓器和時鐘推入設備。對于市場喜愛的豐富用戶界面，需要集成顯示驅動和觸摸傳感電路。我們還沒有完成，因為我們可以將更多功能打包到單個設備中，從可編程無線，高復雜性模擬傳感器接口和用于連接用戶界面的語音命令開始。物聯網設備的另一個重要先決條件是安全性 - 數十億個互連設備帶來了重大的安全挑戰。正確完成的安全性是在硬件和固件中完成的安全性。這種混合安全方法將自定義硬件的穩健性與固件的可升級性相結合。

圖1顯示了典型物聯網系統的單芯片集成：

如今，有MCU將整個可編程系統集成到單個芯片中。這種集成的嵌入式系統使得使用強大、靈活的可編程片上系統架構實現物聯網系統變得快速、簡單且經濟高效。這些器件能夠創建具有可編程模擬模塊的各種傳感器接口，以及具有可編程數字模塊的自定義顯示和通信接口，因此可以適應各種物聯網應用。

制造技術的不斷進步導致加工節點越來越小。在大多數情況下，較小的加工節點可以降低芯片的總體成本，因為它們允許在同一片硅晶圓上制造更多的設備。性能和功率也受到直接影響;較小的處理節點具有更低的功耗和/或更高的頻率余量，可實現更高的性能。然而，在未來，節點的萎縮給物聯網設備的制造過程帶來了重大挑戰。這是因為除了數字功能之外，未來的集成物聯網設備還需要具有低泄漏的高性能模擬，以及更快、更低功耗的無線電。沒有適合所有人的制造節點可以最佳地適合模擬、數字和無線電。這就是封裝和多芯片模塊（MCM）的進步所在。

Analog 喜歡高電源電壓和大型晶體管，LDO 和開關穩壓器等電源模塊也具有這些功能。此外，模擬模塊不會像處理節點較小的數字模塊那樣縮小。畢竟，他們必須擔心載流能力，集成的無源元件和晶體管需要具有較大的有源區域，而不是簡單的開關，這對于數字電路來說已經足夠了。這導致模擬在小型處理節點上變得昂貴。模擬和電源將適合180nm – 90nm芯片。另一方面，數字處理節點更小，收縮得相當不錯。這就是給定的芯片復雜性和集成存儲器可以承受的最小處理節點有意義的地方。低于40nm適用于具有MCU，外設和存儲器的數字芯片。RF子系統更喜歡優化的批量工藝或完全耗盡的絕緣體上硅（FDSOI）概念，為具有巨大前景的集成物聯網無線電量身定制。

雖然MCM可以是“兩全其美”的解決方案，但MCM和整體式物聯網設備之間的選擇歸結為所需的性能和成本。但有一件事是肯定的，集成將把物聯網推向以前從未被認為可能的應用！

是呢環保局：郭婷