SiP auf Zynq-Basis macht’s möglich

Embedded Computer auf einem Chip

25. April 2022, 9:00 Uhr | Heinz Arnold
Octavo
Das »OSDZU3« von Octavo Systems
© Octavo

Octavo bringt eine neue Systems-in-Package-Familie auf den Markt, über die sich Embedded-Systeme deutlich schneller und kostengünstiger entwickeln lassen. Nebenbei verlängern sie Moore’s Law.

Einen Embedded Computer auf einem Chip zu realisieren – diesem Prinzip hat sich Octavo Systems seit Gründung des Unternehmens verschrieben. »System in Package« (SiP) heißt die Methode, die die Integrationsstufe für die Hersteller von Embedded-Systemen auf eine neue Ebene heben soll. Jetzt bringt Octavio das neuste Mitglied seiner SiP-Familie auf den Markt, die Familie der »OSDZU3«-SiPs. Sie basieren auf dem Multiprozessor-System-on-a-Chip (MPSoC) »Zynq Ultrascale+« von Xilinx und sind gegenüber dem diskreten Aufbau um 60 Prozent kleiner.

Auf dem Zynq Ultrascale+ sind vier Arm Cortex-A53 und zwei Arm Cortex-R5 sowie programmierbare Logik integriert. Doch das ist noch längst nicht alles. Auf den OSDZU3-SiPs finden sich LDDR4-Speicher (2 GB), Power-Management-ICs (PMICs), QSPI, EEPROMs und MEMS-Oszillatoren, dazu passive Bauelemente in verschiedenen Bauformen bis hinunter zu 0201. Insgesamt sind es mehr als 150 Komponenten mit rund 2000 Verbindungen. Das alles hat Octavo in einem Standardgehäuse mit einer Fläche von 20,5 mm × 40 mm mit 784 Anschlüssen untergebracht. Diese nüchterne Aufstellung sieht beeindruckend aus, sagt aber relativ wenig über die Vorteile aus, die ein solches SiP dem Anwender bringt.

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Greg Sheridan, Vice President Strategy und Marketing Manager von Octavo: »Wenn wir eine SiP-Familie designen, überlegen wir uns immer, wie wir den Anwendern das Leben einfacher gestalten können, sehr viel einfacher, als wenn er das Design selber diskret aufbauen würde.
© Octavo

Dem Anwender leicht machen

»Wenn wir eine SiP-Familie designen, überlegen wir uns immer, wie wir den Anwendern das Leben einfacher gestalten können, sehr viel einfacher, als wenn er das Design selber diskret aufbauen würde«, sagt Greg Sheridan, Vice President Strategy und Marketing Manager von Octavo. Eine der schwierigsten Herausforderungen sieht er darin, die zwölf Power Domains des Systems sauber zu entwerfen und zu realisieren. »Das ist alles andere als eine triviale Aufgabe, sie erfordert umfangreiche Ressourcen und viel Know-how – allerdings bringen all die Anstrengungen den Embedded-System-Herstellern keinen zusätzlichen Wert«, erklärt Sheridan. »Der Kunde erwartet einfach, dass das funktioniert. Deshalb muss der Hersteller der Embedded Systems dafür viel Zeit und Geld aufwenden, obwohl es nicht zu seinem Kern-Know-how gehört.« Diese »überflüssigen Layout-Anstrengungen den Herstellern abzunehmen« sieht er als eine der Hauptaufgaben von Octavo an, was am Beispiel der Power Domains deutlich wird: Nach außen genügt es, eine einzige Spannungsversorgung von 4,5 bis 5 V anzulegen; das Power Management übernehmen die OSDZU3-SiPs selber mithilfe zweier als Bare Dies integrierter PMICs von Infineon. Intern werden auf diese Weise alle Power Modes unterstützt – der Anwender muss sich nur nicht mehr darum kümmern.

Die zweite große Herausforderung ist das Layout der LPDDR-Speicher, für das grundsätzlich dasselbe gilt wie für die Power Domains: Viel Aufwand für den Hersteller des Embedded Systems für etwas, was ihm keine Differenzierungsmöglichkeit bringt. »Auch das Routing des High-Speed-LPDDR4-Speichersystems übernehmen wir, um es dem Anwender so einfach wie möglich zu machen«, sagt Erik Welsh, CTO von Octavo Systems.

Monate bis Jahre Design-Zeit fallen weg

Dass Octavo sich um diese Fragen kümmert, bringt den Herstellern von Embedded-Systemen zunächst einmal einen handfesten Vorteil, eine erhebliche Einsparung an Entwicklungszeit und damit auch an Kosten: Um bis zu neun Monate und mehrere Designzyklen verkürzt sich die Entwicklungszeit, wie Sheridan betont. »Wir haben eng mit Octavo Systems zusammengearbeitet, um die ersten Systems in Package zu entwickeln, die auf dem Zynq UltraScale+ MpSoC basiert. Dieses Angebot ermöglicht es unseren Benutzern, Innovationen zu beschleunigen und das Systemdesign für Anwendungen mit den meisten Größenbeschränkungen zu vereinfachen«, sagt Hanneke Krekels, Vice President der Core Vertical Markets in der Adaptive & Embedded Computing Group von AMD. So sei es ihnen möglich, modernste Embedded-Computing- und Machine-Learning-Funktionen innerhalb kurzer Zeit bereitzustellen.

Kosten und Risiken der Lieferkette sinken

Außerdem reduzieren sich für den Embedded-System-Hersteller die Kosten für die Lieferkette: Statt mit Hunderten von Komponenten von vielen verschiedenen Herstellern hat er es nur noch mit einem einzigen SiP zu tun. Octavo übernimmt die Beschaffung der Bauelemente, die im SiP benötigt werden, bis hin zum Obsoleszenzmanagement, um sicherzustellen, dass die SiPs, die vor allem auf den Einsatz im Industrie-, Automotive- und Medizintechnik-Umfeld abzielen, langfristig zur Verfügung stehen.


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  2. SiPs retten Moore’s Law

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