處理器和微控制器無所不在，而且幾乎在所有想像得到的智慧型裝置中皆有採用。隨著技術進步，終端產品與應用也更為精密、更加智慧化，以因應益發相連環境所具有的需求。事實上，這也讓處理器和嵌入式系統愈來愈複雜、龐大，進而使硬體複雜度提升，以因應智慧家庭、連網電網工廠等眾多應用的設計挑戰。

此應用簡介會探索採用處理器進行設計時的常見設計挑戰。一些最常見的設計挑戰包括：

• 更長的硬體與軟體設計時間
• 處理器生命週期的相關支援和穩固性
• 在功耗與性能需求之間取得平衡

處理器開發：加快上市時間

現在，為了因應性能較高的新應用所具有的需求，處理器的尺寸越來越大，層數也越來越多。舉例來說，門鈴攝影機等智慧家庭產品可能需要更高的性能，以透過區域通訊連接至多個配件裝置，並且也可在邊緣執行處理作業，以進行臉部辨識或物體偵測等。這類應用中的處理器可能需要高效能的記憶體、IO 和高 DMIPs，以協助進行這些程序。最終，這可能會導致處理器的規模更加龐大，進而增加硬體設計的複雜性。

因此，對處理器間的可擴展性和相容性的需求隨之提升。此外，現在也益發需要在提高運算性能的同時，亦可維持相容於現有軟體和硬體。從不同的應用進行移轉時，這通常會導致處理器設計出現更複雜的取捨和相容性挑戰。門鈴可能需要 1.4 GHz 的性能，而物聯網閘道所需的性能則可能較低。相較於重新設計和開發新平台，大多數設計人員偏好將現有處理器擴展至多個應用。透過可擴展的硬體及軟體，即可輕鬆地在不同處理器上重複使用開發資源，減少硬體與軟體的開發時間與資源。

在處理器電路板設計中實現穩固性

包括處理器在內，有多項元件都包含在電路板設計中。這包括處理器、記憶體、周邊設備與許多其他元件。穩固性是選擇處理器時的關鍵設計考量，但這並非僅包含硬體和軟體而已。在電路板設計程序中也存在其他設計挑戰，包括安全性、測試、驗證、啟動電路板的錯誤處理作業、佈線或層數，以及散熱或電源管理等。

確保終端產品可靠、安全且更能抵抗弱點，至關重要。在電路板設計中，記憶體或 DDR 佈線也同樣重要，因為最初無法啟動電路板時，最常見的肇因就是記憶體或 DDR 佈線。SoC 需可輕鬆偵測錯誤並從錯誤中復原。這一點相當重要，但這也需要在各種條件下，使用複雜的模擬工具進行廣泛的測試和驗證。而這對絕大多數工程師來說並不容易實現，對第一次使用處理器的工程師而言更是如此。成功因應穩固性挑戰，即可確保 SoC 可在各種電器中可靠地執行，並且更為安全與耐用。

在功耗與性能之間取得平衡

在各種應用中，處理器通常均需在其功耗與性能需求之間取得平衡。在電池供電的產品中常會採用處理器，就這類產品而言，高效率的電源管理是延長電池續航力的關鍵所在。功耗也可能會導致過熱，進而造成性能下降，甚至對晶片組壽命造成永久的損害。

更高的處理器性能，為電路板設計的能源效率和散熱管理帶來重大挑戰。一般而言，較高階的處理器需要有效的散熱管理，這可能包括散熱器、熱感測器，甚或節流機制。例如，筆記型電腦具有如節流和風扇等相同的散熱管理系統，以防止過熱。但是，這些額外元件會造成設計規模加大，並增加設計電路板的開發時間和資源。功耗和散熱管理是每位設計人員都會面臨的嚴峻設計挑戰，而可在 SoC 上有效緩解此挑戰的方法，則有助於簡化設計程序。

AM625SIP 處理器

配備 AM625SIP 等搭載整合式 LPDDR4 的 TI 系統級封裝 (SIP) 處理器 ，可協助因應常見的處理器設計挑戰。這些處理器可處理硬體、軟體、耐用、電源等問題。 以及工程師現今所面臨的更多挑戰。AM625SIP 可透過整合式 LPDDR4，實現更簡單且更快速的開發流程。

SiP 可減少對 DDR 進行佈線所需的時間和資源，因此可加快佈線的上市時間，並減少在 PCB 佈線、模擬、驗證和故障分析方面所花費的精力。使用系統級封裝亦可帶來其他優勢，例如簡化硬體設計、提升穩固性、將尺寸或系統 BOM 最佳化、節省功耗等，而這一切都能加快開發的速度。

結論

設計處理器 SoC 時，需因應與電源、熱、可擴展性、軟體或硬體設計、安全性、錯誤處理和測試相關的多項設計挑戰，並且需在其中取得平衡。這對任何設計人員來說都不容易，但若能成功地因應這些挑戰，即可加快開發速度並節省成本。設計系統時，系統級封裝是深具價值的選擇，而且在打造各種通用應用或產品，以及精巧且高效能的產品時，扮演至關重要的角色。