SoM SiP for embedded processing in industrial systems

概述
SoM解决方案
SiP解决方案
分立式解决方案
财务注意事项
要点
 
som sip工业4.0

身处工业4.0时代,广大企业正面临着新的技术和营销挑战,他们需要平衡产能、投资、公司发展方向和决策过程,以提供切实可行的解决方案并赢得市场份额。

在激烈的市场竞争中,了解推出新技术所带来的风险和回报非常重要。EEtimes近期的一项研究(1)表明,为了避免60%的项目进度落后,可能有必要采取新的工作模式,其中最紧迫的两个问题就是调试和获得重大进展。

可以考虑采用需要开发基于新型工业级微处理器 (MPU) 的系统的应用程序。此类系统通常由处理器IC、DDR SDRAM和非易失性存储器、I/O、电源管理和辅助组件或无源器件组成,这将为试图构建内部集成解决方案的工程师带来以下数个挑战:

  • 设计PCB布局,以确保信号和电源完整性,并确保DDR存储和高速I/O链路的高速接口符合EMC要求;
  • 设计稳健可靠的电源管理系统。

为了加速应用程序开发和避免某些隐患,工程师采用了以下两种日益普及的集成策略:

  • 系统化模块 (SoM) 方法
  • 系统级封装 (SiP) 方法

鉴于分析师预测系统化模块 (SoM) 领域(2)和单板计算机 (SBC) 市场会出现强劲增长,业界正在密切关注这两种解决方案。

为了帮助您为项目选择最佳解决方案,我们将介绍在工业4.0和工业物联网 (IIOT) 应用程序中部署系统化模块 (SoM) 或系统级封装 (SiP) 解决方案的相关机遇、成本效益以及其他重要方面的信息。

除了了解使用SoM和SiP解决方案实现基于MPU的工业系统的优势之外,您还会了解到有关开发完全分立式解决方案的内容。为了帮助您快速入门,我们还为您提供了一些有用的资源。

系统化模块解决方案的优势

什么是系统化模块 (SoM)?
系统化模块 (SoM) 指的是一种内嵌MPU、PMIC、DDR SDRAM、Flash存储器和无源组件的小型PCB。在理想情况下,SoM还可以添加其他功能,包括Wi-Fi或蓝牙连接。SoM可以直接焊接在主板上或通过连接器进行插入。这样可以减少花费在硬件设计和软件开发上的时间和成本。

计算机模块或系统化模块 (SoM) 集成商可以利用经过测试和认证的模块来帮助用户降低开发风险,且这些模块均包含了微处理器、电源管理、DRAM和Flash存储器以及无源组件。除了硬件之外,SoM制造商还提供了一个软件板级支持包 (BSP),以便客户轻松移植应用程序。

本地支持团队可提供先进的支持服务,以确保将客户开发与SoM技术产品相结合,使公司能够集中自有资源开发应用程序的关键功能和独有特性。在添加软件开发和硬件功能(如电机控制或无线通信)方面的专用资源时,该服务尤其能够起到关键的作用。随后,各个公司即可更加专注于自己的专业领域而非复杂的PCB设计问题,从而达到降低开发风险的目的。

在降低项目风险的同时,这种工作模式还可帮助公司降低硬件平台和低层软件开发成本,并为制造和采购阶段提供便利。通过整合这些优势,广大企业将能够更快地将自家解决方案推向市场(3),而不必开发图1所示的完全分立式解决方案。

图1:SoM和完全分立式解决方案之间的差异
图1:SoM和完全分立式解决方案之间的差异

除了提供SMARC、Q7、microQ7和其他外形尺寸之外,某些SoM供应商甚至移除了连接器,使SoM可以直接焊接在主板上,从而通过省掉连接器和启用单面PCB进一步降低了成本。

无论采用何种SoM实现方案,开发团队都可以启动无风险的设计工作,且与根据分立式IC实现方案设计完整的应用程序相比,能够更快地进入生产阶段。

图2:使用SoM方法的优势概览
图2:使用SoM方法的优势概览

抢先上市,获得更高的市场份额

虽然基于模块的开发成本要低于完全分立式解决方案,但SoM解决方案的单位成本仍然偏高,具体取决于预期产量。考虑到这一点,管理团队不得不根据产量情况,在SoM和完全分立式解决方案之间做出选择。

表1列出了基于模块的解决方案与分立式解决方案之间的主要区别。

客户挑战 完全分立式解决方案 基于SoM的解决方案 备注
系统风险 * *** 降低新应用程序的设计风险
降低开发成本 * *** 强化工程团队的知识产权开发和增值能力
制造采购 * *** 缩短生产周期 - 只需订购和维护一件产品
延长采购计划 * *** 采购成为系统提供商的责任
系统成本 * ** 优化PCB实现和主板层数
上市时间 * *** 抢先推出产品以获得市场份额
表1:SoM与分立式解决方案选择指南

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系统级封装解决方案的优势

什么是系统级封装?
系统级封装 (SiP) 模块是一个单独的组件,用于将电子子系统的所有必要组件(如MPU、PMIC、DDR、无源组件和晶振)嵌入到BGA封装内。随后即可将SiP模块焊接到主板上方,从而简化复杂的电子系统设计。

SiP概念中包括了将所需的全部IC集成到单个封装内。在这种情况下,微处理器、电源管理IC、存储器、晶振和无源组件都可以集成到BGA封装中,且相对于分立式解决方案而言,其占用面积更小。

在开发人员已拥有先进设计方案且掌握了所需的代码大小的情况下,SiP方法将是理想之选。只要对代码进行过优化和评估,那么该方法仍然可以帮助企业降低实现风险,从而能够集中精力开发关键的应用程序功能。

SiP解决方案与低成本的PCB实现相结合后,即可将其用于空间有限的应用。该解决方案还包含了一个板级支持包 (BSP),可帮助客户进行软件开发并简化制造和采购阶段流程。

图3:SiP和完全分立式解决方案之间的差异
图3:SiP和完全分立式解决方案之间的差异
客户挑战 完全分立式解决方案 基于SIP的解决方案 备注
系统风险 * *** SiP解决方案有助于降低新应用程序的设计风险
降低开发成本 * *** 强化工程团队的知识产权开发和增值能力
制造 * *** 只需订购和维护一件产品,即可简化采购流程
SiP解决方案有助于提高终端产品产量
延长采购计划 * *** 转移第三方IC和无源器件采购是SiP提供商的责任
系统成本 * ** 优化PCB尺寸和主板层数
尺寸优化 * *** 在尺寸符合一流标准时,SiP即可发挥出最大优势
上市时间 * *** 抢先推出产品以获得市场份额
表2:SiP与分立式解决方案选择指南

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完全分立式解决方案的优势

什么是完全分立式解决方案?
在开展大规模商品贸易的过程中,大量的销售活动会用掉极多的开发成本。在这种情况下,不妨考虑一下完全分立式解决方案,其中所有必要的IC都将直接焊接到主PCB上。

意法半导体和分销领域应用工程师可以帮助客户在开发阶段解决各种技术问题。他们还可提供关于意法半导体技术的具体培训,包括嵌入式软件和STM32开发生态系统相关培训。

还有一种方法可以加快解决方案的上市速度,那就是利用意法半导体合作伙伴计划。经过认证的合作伙伴可为您提供许多不同的技能和服务,其中包括培训、软件开发、安全功能和图形设计等等。这些公司能够确保您不会在开发的早期阶段白白浪费时间。

图4:在采用完全分立式方法开始设计MPU之前,需要考虑的推荐步骤和服务
图4:在采用完全分立式方法开始设计MPU之前,需要考虑的推荐步骤和服务

财务注意事项

请务必仔细分析项目开发和制造以及维护和支持的费用。最近的一项研究(1)表明,用于软件开发的资源比用于硬件开发的资源平均多出50%。

除了能够降低硬件设计成本,使用SoM或SiP实现以及随附的板级支持包 (BSP) 还将有助于优化软件开发

这确实需要进行一定的初始投资,但从战略角度来看,面向价格敏感型应用和大规模生产的总体财务预测会抵消掉分立式IC解决方案的项目开发成本。

客户挑战 完全分立式解决方案 基于SoM的解决方案 基于SiP的解决方案 备注
单价 *** * * 高产量抵消掉了开发成本
技术支持 ***     本地意法半导体和分销技术支持
SoM和SiP制造商不再参与
合作伙伴支持(软件、安全、图形等) *** *** *** 意法半导体授权合作伙伴计划的附加价值在于:其他合作伙伴可以为意法半导体、SoM和SiP制造商提供支持,使其更好地为最终客户提供协助
表3:完全分立式解决方案选择指南

要点

我们已经介绍了多个MPU实现方案,以供系统制造商根据以下需求和限制条件进行选择:技术支持、应用程序大小、解决方案的灵活性、目标产量、采购、开发风险等。

意法半导体提供了一种可扩展的业务模式,以满足每种期望和实现需求;其中涵盖了SoM、SiP以及基于完整的STM32MP1多核微处理器产品组合的完全分立式解决方案。应用广泛的意法半导体合作伙伴计划可以确保世界各地的系统制造商和创新者能够从市场份额和产量的增长中充分受益。