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從1959年美國TI公司發(fā)明第一塊集成電路（IC）以后，集成電路工藝技術(shù)即向著兩個方向發(fā)展：
?。?）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(jié)構(gòu)；
?。?）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(dá)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(shù)已達(dá)到這樣的程度：能在硅片上制作出電子系統(tǒng)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(tǒng)集成（IS）發(fā)展的條件。
在工藝能力提高的同時，IC的設(shè)計能力也在不斷提高，由于新的ICCAD工具不斷出現(xiàn)，使得IC設(shè)計能力大約每10年出現(xiàn)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(fù)結(jié)構(gòu)建立版圖庫。利用系統(tǒng)的復(fù)制功能，提高了版圖設(shè)計效率；80年代出現(xiàn)的以門陣列、標(biāo)準(zhǔn)單元布局布線為主要內(nèi)容的第二代ICCAD系統(tǒng)，及90年代出現(xiàn)的綜合（synthesis）系統(tǒng)，把設(shè)計水平從原理圖輸入提高到行為描述，進一步縮短了設(shè)計周期，提高了設(shè)計效率。特別是標(biāo)準(zhǔn)單元庫包括IP核的發(fā)展，從基本單元電路，到功能模塊、子系統(tǒng)、系統(tǒng)，充分利用已有的設(shè)計積累，實現(xiàn)設(shè)計重用，提高了設(shè)計的起點。
同時，IC產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了電路集成、功能集成、技術(shù)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(xiàn)和普及，使傳統(tǒng)電子系統(tǒng)全方面進入了現(xiàn)代電子系統(tǒng)。電子系統(tǒng)追求的目標(biāo)之一就是最大限度地簡化電路設(shè)計，達(dá)到整體產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性、精度、穩(wěn)定等品質(zhì)指標(biāo)。而SOC技術(shù)將電路系統(tǒng)設(shè)計的可靠性、低功耗等都考慮在IC設(shè)計之中，把過去許多需要系統(tǒng)設(shè)計解決的問題集中在IC設(shè)計中解決，使系統(tǒng)工程師能將精力集中在研究對象領(lǐng)域中的諸問題。SOC理所當(dāng)然成為微電子領(lǐng)域IC設(shè)計的最終目標(biāo)和現(xiàn)代電子系統(tǒng)的最佳選擇。因此，無論從IC工藝條件還是設(shè)計能力及產(chǎn)業(yè)需求來說，都已將SOC推到了技術(shù)發(fā)展的前沿。
SOC的設(shè)計技術(shù)始于20世紀(jì)90年代中期，隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，IC設(shè)計者能夠?qū)⒂鷣碛鷱?fù)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(tǒng)（IS）轉(zhuǎn)變的大方向下產(chǎn)生的。所謂的SOC主要有三個含義：
?。?）SOC是System-on-a-Chip的縮寫，稱為系統(tǒng)級芯片，也稱片上系統(tǒng)，意指它是一個產(chǎn)品，是一個有專用目標(biāo)的集成電路，其中包含完整系統(tǒng)并有嵌入軟件的全部內(nèi)容；
?。?）SOC也是Service-OrientedComputing的縮寫，即“面向服務(wù)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(chuàng)造概念的發(fā)明，而是針對工業(yè)自動化現(xiàn)狀提出的一種融合性產(chǎn)品。它采用的技術(shù)是正在工業(yè)現(xiàn)場大量使用的成熟技術(shù)，但又不是對現(xiàn)有技術(shù)的簡單堆砌，是對眾多實用技術(shù)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(xiàn)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(nèi)涵豐富、應(yīng)用范圍廣，很難給出準(zhǔn)確定義。但SOC多用上面的第1種定義，即為系統(tǒng)級芯片或片上系統(tǒng)。同時它又是一種技術(shù)，用以實現(xiàn)從確定系統(tǒng)功能開始，到軟/硬件劃分，并完成設(shè)計的整個過程。
所謂SOC技術(shù)，就是一種高度集成化、固件化的系統(tǒng)集成技術(shù)。使用SOC技術(shù)設(shè)計系統(tǒng)的核心思想，就是要把整個應(yīng)用電子系統(tǒng)全部集成在一個芯片中。在使用SOC技術(shù)設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)，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(tǒng)電路全部集成在一起。
從狹義角度講，SOC是信息系統(tǒng)核心的芯片集成，是將系統(tǒng)的關(guān)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(tǒng)，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(tǒng)。國內(nèi)外學(xué)術(shù)界一般傾向?qū)OC定義為將微處理器、模擬IP核、數(shù)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(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。
1、SOC定義的基本內(nèi)容主要表現(xiàn)在兩方面：
?。?）它的構(gòu)成。系統(tǒng)級芯片的構(gòu)成可以是系統(tǒng)級芯片控制邏輯模塊、微處理器/微控制器CPU內(nèi)核模塊、數(shù)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(xiàn)）以及微電子機械模塊；更為重要的是，一個SOC芯片內(nèi)嵌有基本軟件（RDOS或COS以及其他應(yīng)用軟件）模塊或可載入的用戶軟件等。
?。?）它的形成過程。系統(tǒng)級芯片形成或產(chǎn)生過程包含以下三個方面：
?、倩趩纹上到y(tǒng)的軟硬件協(xié)同設(shè)計和驗證；
②利用邏輯面積技術(shù)使使用和產(chǎn)能占有比例有效提高，即開發(fā)和研究IP核生成及復(fù)用技術(shù)，特別是大容量的存儲模塊嵌入的重復(fù)應(yīng)用等；
?、鄢顏單⒚祝║DSM）、納米集成電路的設(shè)計理論和技術(shù)。
因此，SOC是將信息處理的算法、邏輯電路的結(jié)構(gòu)、各個層次的電路以器件的方式集成在一塊芯片上，從而具備整機的功能。這里包括：
?、偎惴üδ艿耐黄啤Ｔ黾幽：惴?、神經(jīng)元算法以及安全算法。
②電路結(jié)構(gòu)突破。因CMOS有很長的生命力，由于引入RF和Flash等又將有新的發(fā)展。
具體地說，SOC設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)主要包括總線架構(gòu)技術(shù)、IP核可復(fù)用技術(shù)、軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)、SOC驗證技術(shù)、可測性設(shè)計技術(shù)、低功耗設(shè)計技術(shù)、超深亞微米電路實現(xiàn)技術(shù)等；此外，還要做嵌入式軟件移植、開發(fā)研究等。
下面再介紹芯片SOC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其在安防集成中的應(yīng)用。
工商網(wǎng)監(jiān)
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