Как технология IoT меняет конструкцию Интегральной Схемы (ИС)
31.01.2019
Под IoT-устройствами обычно подразумеваются датчики, микроэлектромеханические системы (MEMS), контроллеры, процессоры, память, встроенные технологии связи (беспроводной) и другие вспомогательные аналоговые и цифровые схемы, объединенные в пространстве, составляющем примерно треть размера смартфона. Это существенное требование к размещению в ограниченном пространстве ставит перед разработчиками Интегральных Схем достаточно серьезную задачу. Проектирование HDI-плат высокой плотности межсоединений (High Density Interconnect) дает возможность установить больше компонентов с обеих сторон печатной платы PCB (Printed Circuit Board) и ближе друг к другу. Эффективный монтаж в корпус также должен предусматривать многочиповые модули (MCM) и трехмерные ИС (3D-ИС), что может быть реализовано стековой конфигурацией.
Появление нового, компактного форм-фактора ожидаемо приведет к проблеме Электромагнитного Взаимодействия EMI (Electromagnetic Interference) ее компонентов друг на друга. Ее устранение на ранней стадии проектирования достигается усовершенствованными средствами программного моделирования. На данный момент EMI-тестирование является важной частью процесса проектирования. Недостаточно просто сконструировать плату PCB и передать его следующей команде для дальнейшей интеграции в устройство. Должны быть учтены все аспекты, как проектирования, так и внедрения в систему. Конструкторам ИС приходится тщательно рассматривать как влияние компонентов интегральной схемы друг на друга, так и самой ИС в монтажном корпусе на окружающую среду.
Кроме ограничений по размеру в проектировании устройств Интернета Вещей необходимо принимать во внимание их способность работать в экстремальных условиях. Температура, влажность и минерализация сред, в которых применяется устройство, могли составить перечень особых требований к его физическим параметрам, так же как износостойкость и способность к трансформации. Многие из этих устройств уже не будут традиционными жесткими ИС, много лет доминировавшими в промышленности. Возможно, по мере дальнейшего развития ИС будут изготавливаться из нетрадиционных материалов, таких как пластик или гибко-жесткая (flex-rigid) медь, и требования к конструкции в этом случае также будут отличаться. Кроме того, потребление энергии всегда будет критичным параметром для IoT-устройств. Эти устройства обыкновенно работают от автономного источника питания (батареи), и не должны требовать ее замены более чем несколько раз за год. Эффективное энергопотребление - основополагающее условие для разработчиков ИС.
И, наконец, IoT-устройства главным образом будут использоваться в товарах широкого потребления. Это означает, что кроме компактности, энергоэффективности, помехоустойчивости ИС, сделанные из материалов будущего, должны быть недорогими и надежными. Простая замена компонентов на печатной плате из-за описанных выше обстоятельств нецелесообразна. Особое внимание будет уделяться созданию имитационных моделей. Роль программного обеспечения в снижении расходов на испытания будет расти. Завершение процесса дизайн-тест-редизайн-ретест за первую пару циклов проектирования имеет решающее значение.
IoT изменит способ взаимодействия людей с миром. То невероятное по объему количество данных, которые он затрагивает, будет использоваться для обеспечения удобства и эффективности нашей повседневной жизни. ИС стремится к все более малым форм-факторам, энергопотреблению и себестоимости. Проектировщики ИС вынуждены опираться на программное обеспечение в процессе проектирования, чтобы повысить надежность и уменьшить проблему EMI, на накопление технических знаний в отношении использования новых материалов и адаптации к более жестким условиям эксплуатации. Мы уверены, что через десять лет форм-факторы, используемые сегодня, заменят небольшие компактные интеллектуальные устройства завтрашнего дня.
