半個多世紀以來，為了達成類比世界與數位世界的轉換、處理與記憶，各具特色的半導體廠商不斷出現；為了讓個別的功能達到極致，業者多方嘗試開發技術，每年推出數以萬計的新元件，因此電子產品的內部，往往可以見到數十至數百顆小晶片散佈於幾片電路板上。

如今，隨著市場對輕、薄、短、小及高效能產品的需求增加，將更多功能整合在一顆晶片上已成為業者開發的要務。雖然半導體製程及封裝技術不斷突破，讓系統單晶片（System on Chip, SoC）或系統化封裝（System in Package, SiP）的發展露出曙光，但眼前仍有不少瓶頸尚待跨越。就SoC較嚴謹的定義上，應包含處理器核心、記憶體、控制邏輯、I/O及應用軟體，如(圖一)所示，本文即以記憶體這一必要的子系統為軸，一探晶片系統級設計的機會與挑戰。

《圖一　SoC基本架構示意圖〈資料來源：旺宏電子〉》

嵌入式記憶體市場現況

記憶體之產值在西元2000年到達最高峰，其後則有不同之發展。以Dataquest 之資料來看， DRAM在2000到2005之年複成長率約-16.5%，SRAM則為-1.1%，非揮發記憶體(Nonvolatile Memory)卻持1.3%之正成長，主要原因乃拜通訊及手提產品大量成長所須之快閃記憶體所賜。

記憶體主要分為揮發性（Volatile），非揮發（Non Volatile）及其他三種。揮發性記憶體又分為動態隨機存取記憶體（DRAM）及靜態隨機存取記憶體（SRAM）二種。非揮發性記憶體則分為Mask ROM、EPROM、EEPROM及快閃記憶體（Flash）。其他記憶體則如CAM（Content Addressable Memory），FIFO Memory及FRAM （Ferroelectric Memory）等。

其中SRAM因反應速度快，已是嵌入式系統中的標準快取記憶體，往往與處理器核心緊密的配置在一起。由於SRAM每個位元使用6個電晶體（transistor）組成，其存取時間雖短，但密度不易提升、製造成本也較高，因此不適合作為更關鍵的主記憶體系統。華邦電子副總經理王其國也指出，由於SRAM採邏輯元件製程，設計難度不高，因此並非當前記憶體系統設計的瓶頸所在。

至於嵌入式Flash，不論是市場應用或是技術開發上，都已有不少成功的案例。王其國表示，由於嵌入式Flash具有提高存取速度、降低功耗，並提升資料安全性等優勢，加上技術上的可行性高，目前已有不少MCU將Flash整合在一起。旺宏電子系統整合晶片事業中心處長林恆沂也指出，不論是手機、PDA、數位相機或遊戲機等，都是當前快速成長的數位產品，其共同點在於強調可攜性，而嵌入式Flash正可滿足此一需求，預期未來市場將呈現高度的成長。

相較之下，嵌入式DRAM的發展就顯得較不樂觀。王其國認為歷史中早有明證，過去電腦繪圖晶片即嘗試過將DRAM整合入其中，以獲得更高的處理效能，但後來仍然把兩者分開來設計，原因在於開發成本過高，不易回收。環顧市場，除了Sony PS2遊戲機因要求極高速的I/O而特別設計一款嵌入式DRAM的繪圖晶片外，並未見到其他的成功案例，因此王其國並不看好此一市場的發展。此外，由於多晶片封裝（Multi-Chips Package）及多晶片模組封裝（(Multi-chip module Package, MCM)等高階封裝技術不斷突破，所提升的效能已可滿足市場的需求。

更實用的系統化封裝途徑

的確，要達到系統整合的目的，並非只有唯一的路可走。林恆沂表示，單晶片確實能做到更小尺寸及更小功耗，並減少後段生產的整體成本，但當整合涉及不同的電路製程（如RF、類比、記憶體及邏輯各不相同），或技術（如0.18或0.13微米）時，為整合而投入的時間、人力、資金往往極為龐大，即使實驗室階段成功，並不保證可以量產，所以至今真正成功的SoC案例仍寥寥可數。請參考(圖二)。

《圖二　SoC面臨複雜的製程技術〈資料來源：旺宏電子〉》

因此林恆沂認為現階段將不同製程、技術的晶片分開設計仍是較佳的方式，但為了達到效率及尺寸上的要求，業者開始重視SiP等封裝技術的替代性選擇。採用封裝方式，將較容易整合不同技術的晶片（砷化鎵、微機電元件、光電元件），而不受晶片的設計變更影響。其實SiP的發展源自MCP與MCM，前者是指多個裸晶片的封裝，後者則包含一塊電路或模組的封裝，至於SiP，其觀念上與MCM相當接近，但更強調在封裝上具有完整的電路功能，不僅是多顆裸晶片的整合，同時可包含有被動元件、電子連接器、天線、電池等，具有更高度應用導向的特性。

《圖三　採堆疊式多晶片封裝的記憶體案例〈資料來源：旺宏電子〉》

王其國即明確指出，MCP是華邦正極力發展的方向，以此方式，華邦將能以更快的速度整合該公司內部涵蓋記憶體及邏輯IC的多樣產品線，提供功能完整的系統封裝晶片。華邦日前已推出一顆採MCP封裝的數位相機影像處理器，包含64M DRAM、Flash和微控制器的不同單元，未來則會針對市場需求持續推出新的整合封裝晶片。

其實MCP記憶體在手機的設計上已被廣泛應用，目前Sharp將兩顆Flash與兩顆SRAM（1T及6T）堆疊封裝在一起的技術，即已佔手機記憶體四成以上的市場；分析師更指出，到了2005年時，可望有八成以上的手機採用MCP模式記憶體。據王其國剖析，另一手機記憶體主導大廠Intel原有意開發整合Flash的基頻單晶片，現在也傾向以MCP方式整合DRAM及Flash，但由於兩者的I/O方式並不一致，預料將遭遇整合上的困難。

然而MCP或MCM並非無往不利，除了界面接合（覆晶接合、銲線接合、捲帶式接合、表面黏著等）的技術外，在封裝前後的測試是另一重要的關鍵。由於是多片Die堆疊或並排封裝，只要其中一片有瑕玼，將讓整顆產品成為廢物，因此在相互影響之下，良率自然下降，這樣的風險並非高價值Die的供應商所願擔負的，因此如何在封裝前即做到所謂的「已知良好晶粒」 (Known Good Die, KGD)，成為系統化封裝成功的基礎。另外，由於各個Die的I/O介面特性不同，因此在某種程度上來看，MCP的開發與ASIC頗為相似，要做到最佳化也需要相當專業的技術能力。

市場法則決定一切

其實不論要採SoC或SiP的系統級設計，業者都得在「技術可行性」與「市場需求度」之間取得平衡點，因為羊毛畢竟出在羊身上，產品開發的目的在於獲益，如果整合性晶片所刺激的銷售成長可望大於開發成本，那技術即使再困難，也值得投入各種資源去克服。否則買幾顆元件來組一組，還是最便宜省事的方法。

在PC市場即可看到一顆顆的元件功能不斷地被南北橋晶片組所整合，而這一發展的動力正是市場的需求量大，整合成果不僅提高效能，更能降低產品售價，進一步刺激市場。另一明顯的例子則是無線通訊，目前各家廠商紛紛將焦點放在這個市場，尤其是在手機的設計上，為了達到輕巧、省電等關鍵任務，整合性晶片的計畫正無時無刻在進行著，不久後可望看到手機電路板上從近百顆降到RF、基頻、記憶體等數顆不同製程的關鍵元件。

這種快速發展的整合趨勢，對於台灣廠商可說是亦喜亦憂，堪憂的是，若只要幾顆晶片即可設計出一隻手機，而這些晶片完全掌握在外商手中，那台廠的加值優勢就不再存在了；但所幸不論在技術、標準與應用面上，通訊市場的變化仍大，任何廠商想要寡占或獨占並不容易，尤其當手機計畫加入照相或PDA等功能時，國內廠商仍可找到不小的伸展空間。

以華邦來說，在上（8）月中的年度產品發表會中即宣布，重新定位後的華邦將以行動通訊為發展主軸，其中就加值型記憶體的發展策略上，將針對可攜式手持裝置提出完整的記憶體解決方案。對此，王其國明白表示，華邦看好嵌入式Flash的前景，目前也正從低中階朝高階產品發展；至於DRAM的部分，他認為嵌入式DRAM的優勢不大，因此短期內不會涉足此領域，但為滿足系統化的要求，他相信MCP等封裝技術將扮演重要角色，而華邦也會加強這方面的設計能力，依客戶需求提供KGD乃至於MCP的多樣化產品與服務。

林恆沂也認為，目前嵌入式記憶體以Flash的技術較可行，應用性也較廣，但由於半導體製程及封裝技術不斷在演進，兩者之間既互補又競爭，未來的發展還要看市場的需求而定。他認為摩爾定律提出多時，一再地證明其正確性，而依此理論發展下去，單晶片的電腦終會問世。但即是單晶片電腦的時代來臨，也不可能由一家公司掌握所有技術，因此各公司的設計合作是必然之路。林恆沂強調，旺宏的特色除了不斷創新製程技術，擁有超越下一代、與Intel和AMD並駕齊驅的實力外，更是率先提供嵌入式Flash加值服務的公司，目前正與飛利浦等國際大廠共同開發高度系統整合的新產品。

結論

對於記憶體廠商來說，若能在系統級設計的新領域中提供加值性的產品及服務，將可相當程度擺脫Commodity市場無止境的波動，而與客戶建立更密切的關係。但各項產品功能的整合與否，除了取決於技術的可行性與市場的需求度外，還有一個不可忽視的關鍵，即是廠商之間的權益關係該如何擺平。

若一系統目標的達成涉及多家廠商的產品、技術，這時由誰來主導開發？利益該如何分配？風險又該如何來承擔？這些商業或法律上的問題，往往比技術問題更難搞定，這也是為何當前SoC、SiP成功案例多出於自身掌握完整技術的IDM大廠之手的原因，而國內的IC設計大廠，如威盛、聯發科等，也傾向於自行開發或採併購手段來掌握技術，跨廠合作的案例仍不多見。

這對於台灣的IC設計發展相當不利，因過去以快速反應的長處，即使孤軍作戰仍能獲利生存，但在系統級設計的要求下，反而可能因整合性不足，無力與IDM廠商再爭長短。因此不論是記憶體或邏輯控制的國內設計商，有必要及早摸索出以IP或Die為基礎的合作模式，並從合作中開創出更大的利潤，乃至於自我的品牌空間。