此次電子高峰論壇的中心議題，主要圍繞在摩爾定律進入深次微米製程技術後，所將面對的諸多挑戰。其中之一，即是SoC整合度，在線距不斷縮小下，已面臨諸如訊號完整性、功耗與生產成本等瓶頸。也因此使得具有較低成本與較快上市時程的SiP技術，成為半導體製造業者達成高整合度的另一個重要選擇。
在效能與成本的不斷驅動下，90年代末期開始，全球半導體產業吹起一股系統單晶片(System-on-chip, SoC)技術熱潮，藉由在單一晶片上整合運算功能、記憶體與邏輯電路，來提供具備系統層級整合(System-Level Integration, SLI)概念的特定功能晶片解決方案，以減少晶片使用數目。相較於先前利用印刷電路板(PCB)與特定應用積體電路(ASIC)來實現系統產品的概念，SoC除可降低成本外，亦可大幅提升系統穩定度與效能，因此被視為半導體產業最重要的技術突破，並成為當今IC設計概念的主流技術。
理想上，隨著半導體製程技術的快速演進，單一晶片所能容納的電晶體數目將愈來愈高，同時提升SoC的整合度，並滿足系統產品對輕薄短小、低功耗、低成本及高效能之要求。然而，事實上卻不盡然。當半導體製程進入深次微米世代後，SoC開始面臨一些挑戰，最顯而易見的則是晶片開發的成本與時間，以90奈米製程為例，光罩費用就高達150萬美元，晶圓製造週期含測試的時間更高達180天，這對講求成本效益與上市時程的消費性電子產品而言，更是一大致命的危機。此外，諸如類比與數位訊號的整合不易、各功能區塊所需電壓不同所造成的電源管理難題等，也都使得SoC的發展不如市場所預期，反到讓系統級封裝(System-in-Package, SiP)技術有了一展所長的機會。
所謂SiP，是指在一個晶片封裝中，透過堆疊(Stack)封裝技術或多晶片模組(Multi-chip Module, MCM)封裝技術，來達成多顆不同功能的主動原件與被動元件，以及其他晶片如微機電元件或光電元件組合的目的，使之成為一個具有多重功能的系統或次系統。由於其大部分關鍵在於半導體後段製程，可較SoC更快達成縮短上市時成的目的，同時也解決了混合訊號處理上的難題，因此廣受業者採用，並以驚人的速度成長當中。Gartner Dataquest的研究副總裁暨首席半導體分析師Bryan Lewis(圖1)指出，儘管目前SiP的市場規模仍只有SoC的四分之一，但未來仍具有很好的成長潛力(圖2)。
然而，面對SiP的洶洶來勢，SoC市場是否將因此而受影響？對於半導體業者而言，該如何在SiP與SoC中，找到最佳的解決方案？這兩項技術又各自面臨到那些挑戰與機會？何者又將成為市場的最終主流技術？抑或兩者將同時共存？都將是本文所要探討的重點。
「最佳化」為SoC與SiP的抉擇標準
AMI半導體總裁暨執行長Christine King(圖3)認為，就技術特性來說，SoC與SiP兩者其實各具特色；可同時提供SoC與SiP封裝服務的封裝測試業者STATS ChipPAC策略長Scott J. Jewler也指出，SoC與SiP很難斷言何者技術較優，就目前來說，SiP補足SoC所無法達到的某部分特性。
Gartner Dataquest研究副總裁Jim Walker則詳細分析兩者技術的優缺點(圖4)並表示，一般而言，SoC在量大、對效能要求較高的應用市場較受採用，但若考量要將各種不同功能的晶粒(Die)混合在同一封裝中時，SiP則是最佳的選擇。
King認為，「最佳化」才是考量的最大關鍵。她指出，所謂最佳化是在應用需求的前提下，考量SoC與SiP何者可在功能、成本及效能等各方面達到最好的產品狀態。當所要整合的晶片，使用的製程技術為主流標準如CMOS時，傾向使用SoC來達到晶片的整合。而若要整合兩種不同製程技術的晶片時，則傾向以SiP來實現。她以該公司的實際例子表示，在某個洗衣機的控制應用中，因為不需要複雜的運算功能，相對節省了快閃記憶體的使用，因此該公司以SoC的方式達到了最低成本與最好效能的目標；而在另一個較高階的應用案例中，由於需要2Mb的快閃記憶體，來搭配一顆16位元微控制器的運算功能，因此該公司便以SiP的方式，來獲得較具經濟效益的解決方案，並在短時間內，讓客戶的產品上市。
IBM PowerPC產品部門總監Ron Martino也認為，不論是晶片製造或系統業者，都必須回歸到最原始的基本問題，也就是如何加速產品推出的時程？如何降低成本，並提升效能？以及如何降低生產製造上的風險？
SiP成長仍面臨較多挑戰
不可諱言地，SoC已在半導體產業發展多年，相關的設計工具、供應鏈與封裝測試資源均較為完整，相較之下SiP市場若要起飛仍須面臨較多的挑戰。King指出，儘管SoC的設計資源如此豐富，該公司每年仍舊要花上數億美元的經費投入相關的研發，相較之下，SiP所面臨的設計困難將更艱鉅，這包括設計工具、經營模式，以及電子與機構等技術上的難題。
賽靈思(Xilinx)副總裁暨技術長Ivo Bolsens(圖5)則認為，SiP市場若要起飛，有兩個必須克服的要素，一是先進封裝技術的突破，二是系統建構的技術。他指出，如IBM與英飛凌等整合元件製造業者已開始在先進封裝技術上有所突破，將有助於SiP市場未來的發展；而該公司也將透過現場可編程閘陣列(FPGA)元件，來協助業者開發SiP解決方案，讓設計業者可透過FPGA發展相關應用，並達到可程式化、彈性設計，以符合系統需求。
此外，惠普(HP)公司ASIC部門經理Mobashar Yazdani指出，要強化SiP在整合上的最佳效能，設計工具將扮演重要的角色，透過工具的協助，設計者可更清楚且更有效率地做出整合的決策，而這同時也點出了SiP的發展與供應鏈間密不可分的關係。他表示，設計SiP解決方案，必須同時與多種業者進行往來，而SoC則供應鏈完整，只需與一個晶圓廠合作，即可獲得最完整的資源。此外，當SiP設計發生問題時，要如何判斷那一個部分出錯，以及如何將其他相關業者的利潤考量到SiP解決方案的成本中，都是亟待釐清的課題。
SoC仍為主流 SiP前景可期
就目前市場的應用情形來看，SoC仍舊占了相當大的比重，然而SiP也開始在某些特定應用中快速崛起。Walker指出85%左右的SiP方案是應用在手機與電信市場中，主要的原因在於這些產品的生命週期非常短，充分展現SiP在加速上市時程的特性。Jewler也表示，從封測廠的觀點來看，SiP的成長的確在近幾季的營收中可以明顯看出，尤其是手機市場方面的應用已經相當成熟。King則認為，儘管SiP仍將續成長，但SoC仍是較大的市場。
顯而易見的，SoC與SiP由於技術特性的不同，在半導體製造的過程中扮演著各自擅長的角色，僅管SiP的發展仍有許多挑戰必須克服，然而可預見的是，隨著時間的發展與相關技術、資源的逐漸成熟，SoC與SiP或許將會共存在同一系統中，相輔相成、各展所長，以創造整體產品成本與效能的最佳化。
