自从1997年低价电脑成为一股新潮流后，随着这股潮流而来的有两项新冲击，一是资讯家电（IA，Information Appliance）概念的兴起，在任何一部电脑的运算力都能够满足应用的情况下，人们寻求更直觉与更方便的电脑使用方式，并且要与网际网路结合。另一则是整合型系统晶片（SoC，System on Chip）的强调，这也是因应低价电脑与资讯家电而起的晶片设计趋势，同样也是因为应用达到饱和，而晶片制造技术又不断突破所自然演化成的。

SoC概念起源

SoC早期有人称为SOAC（System On A Chip），其实两名词指的是同一件事情，都是指系统单晶片。 SoC的概念早年并不受到重视，一直到了1997年2月，当时新瑞仕（Cyrix）公司发表了整合型的x86晶片：MediaGX（研发代号Gx86），并且康柏（Compaq）公司用此晶片推出低于1,000美金的桌上个人电脑，才引起今日的低价电脑风潮，以及SoC设计的注重。

事实上以今天的水准来看，MediaGX的整合程度不算高，MediaGX主晶片除了有以往Cyrix 5x86 CPU的功能外，还有一个2D VGA显示功能，以及一个记忆体存取控制器而已，其余功能还要仰赖与MediaGX搭配的辅助晶片：Cx5510才行，而且Cx5510仅具备一般桌上型电脑的南桥晶片组功能，对于Super I/O功能仍需要仰赖一般独立封装的Super I/O晶片。

不过1997年的MediaGX用的是0.35um的制造技术，并且1997年的Cyrix本身仅是晶片设计商，没有晶片制造厂房，因此对整合晶片的制造与晶片面积的缩减自然外行，所以整合程度不高并不令人意外。

由于Cyrix的MediaGX可以让Compaq大厂推出具价格竞争力的电脑，因此其他半导体制造商也开始思索、考虑制造整合型的系统晶片，并先先后后有发展动作，此外资讯家电的概念提出后，短小轻薄、省电好携带等方便特性也更加被注重，因此SoC晶片不仅可以让既有桌上电脑更便宜，也成为资讯家电必要的关键元件(图一)。

《图一 GXm功能方块图，属第三代的MediaGX，前二代分别是GX与Gxi。 》 资料来源：http://www.national.com/

SoC的优点与缺点

系统整合型晶片（SoC）将原本需要多颗晶片才能组凑成的电脑功能或电脑系统，变成只要单一颗晶片即可，如此主机板厂商只要使用SoC晶片来制造电脑系统，便可使主机板的印刷电路板面积大幅缩减（减少晶片与晶片间连接线箔所需的电路板面积），也不再需要额外的显示卡、音效卡（顺便可以减少设置扩充槽的电路板面积），因为这些功能都已经内建于SoC晶片内，这是SoC可以让系统造价大幅低廉的原因。

SoC除了让系统成本低廉外，另一附带优点是可以提升整体系统效能，以往各晶片间为了协调传输，经常需要有FIFO、Buffer等设计，如今所有功能晶片整合成一，可以减少FIFO与Buffer的使用数，不仅资料传输运作可以更同步与快速，还可以减少晶片制造商的晶片面积（Die Size），因此晶片制造成本也可以较低廉些。

此外由于整个电脑系统于单颗晶片内，对于电源管理的支援与规格也较为一致，能够以整个系统的角度作省电考量，整体省电效益也较以往多颗晶片来得高。 SoC较省电的特性，特别适用于外出携带性的资讯家电，因为可以延长电池使用的时间，而SoC单颗晶片的特性，也可以让系统成品做到很短小轻薄。

当然！ SoC并非全无缺点，系统功能缺乏弹性即是一例，由于所有系统功能都集中于一颗晶片上，任何一项功能的规格要提升，整个晶片就要重新设计、重新开光罩，耗费成本。不过SoC的设计/制造商仍有坚持SoC的理由，认为资讯家电的兴起，SoC晶片的需求量会超越一般PC用晶片，而且资讯家电用的晶片其汰旧换新的速度不会如PC用晶片那般快速，所以SoC缺乏功能提升的弹性是可以接受的。

SoC另外一个缺点是制造技术困难，MediaGX当年最初是用0.35um的技术制造，如今虽然0.25um、0.18um技术都已经成熟，但真的想做到SoC仍是极困难的，包括晶片面积会变大，制造失败率加高，以及必须使用较高技术的晶片封装等。

所以虽然许多厂商标榜自己做的是SoC，但仍然很难包办全部的功能，例如MediaGX仍需要用三颗晶片来组凑出整个电脑系统，同样的功能以往可能要六颗才能办到，真的做到完全单颗的也有，但是整体功能与规格也会向下修正许多，例如意法微电子（STMicroelectronic）的STPC，虽然将整个系统整合于单晶片中，但CPU功能仅达486等级，效能与应用上都受到一定的限制。

SoC晶片的应用范畴

虽说Cyrix最初推出MediaGX的用意，是希望提供大厂一种低价电脑的解决方案，但诚如前头所述说的SoC缺点，规格与速度无法大幅提升，这在主流桌上型电脑领域上是很居劣势的，MediaGX最后仅能成为上网机、POS系统、游戏机等用途晶片，勉为其难的成为低价笔记型电脑用晶片，无法再挤入主流桌上型系统。

目前提供SoC的厂商不会将SoC晶片设限在桌上电脑的用途上，而是大幅拓展SoC的使用领域，较早期出现的SoC晶片规格性能都不尽理想，大多用于视讯机顶盒（STB， Set Top Box）或工业控制、嵌入控制领域中，如今资讯家电兴起，许多影像电话、数位随身听、携带型上网机、个人数位助理、掌上型电脑等，都需要用上SoC。

其实资讯家电选择用SoC也是唯一的路，以往多晶片不容易做出短小轻薄的成品，也不可能做到外出时够省电，多颗晶片的成本也大于SoC单晶片，设计时间也较漫长，资讯家电的产品特性类似消费性电子，非常注重产品上市时间，而SoC正好又可以让研发设计者缩短产品设计时间，因为设计师不需要考虑多晶片间的连接问题，只要将SoC晶片视同一个完整的功能元件，快速附加此次产品诉求的功能即可(图二)。

《图二 WebPAD，信息家电也都强调使用SoC芯片，才能做到轻薄短小与省电。 》 资料来源：http://www.national.com/

要做到SoC需要具备哪些技术？

说了这么多关于SoC，但实际上SoC的定义并非很明确，这道理就跟宽频到底是指多少传输率才叫宽频是相同的，若真要依据字词上的意义解释，那么没有一套晶片是SoC，因为目前所有的SoC统统将系统记忆体排除在外，这样的作法比较务实，因为SoC晶片商无法确定产品设计与应用需要多少容量的记忆体，可能是32MB，也可能16MB即可，而有些也将网路功能排除在外，或将部分视讯功能排除在外。

SoC无法真的做到完全单晶片，因此也有人将现在低价电脑常用到的整合型晶片组也列入SoC的范畴中，这类晶片组所整合、含括的功能不输给现有直接标榜SoC的晶片，仅是省电上仍有差距，以及迎合主流桌上规格，维持以往与处理器连接方式，未将处理器一同纳入整合而已。

无论如何，要做到SoC或整合型晶片组，很少是单一家厂商的技术可独立达成，即便是很少并购其他厂商的半导体龙头Intel，也需要借助VLSI公司取得晶片组设计的技术，才能设计Triton 82430FX晶片组，也需要先并购CHIPs公司，才能获得VGA方面的技术，也才能使82810晶片组具有整合VGA的功能，所以为了成就SoC，并购其他公司或取得技术授权是必然的作法。

至于要取得哪些技术，就整个电脑系统而言，包含处理器技术、晶片组技术、VGA功能、音效技术、Super I/O技术等等，其余还有许多附加的功能技术需要取得，但以上这些都是必备的，否则很难成就SoC，以下我们逐一举例，述说目前各家为了成就整合型晶片组与SoC，所做的并购与技术交换动作（未分时间先后，仅简单列出）。

ATI与Intel

加拿大ATI与美国Intel相互技术授权，Intel可将ATI的RADEON 3D显示晶片技术用于Intel的整合型晶片组内，ATI可以使用Intel的晶片组技术，推出自己的整合型晶片组。

ALi与ArtX和Trident

台湾ALi向ArtX公司取​​得3D技术，推出整合型晶片组Aladdin 7，另外也与Trident公司合作，共同推出整合3D VGA功能（猜测应当是​​Blade 3D晶片）的笔记型电脑用晶片组，同样的ALi也跟nVIDIA合作，推出Aladdin TNT2整合型晶片组（使用nVIDIA的RIVA TNT2 3D绘图晶片）。

《图三 Geode SC2200系统方块图，用来建构STB的信息家电。 》 资料来源：http://www.national.com/

VIA

台湾VIA并购Cyrix的MII部门，取得x86 CPU技术，并购IDT 100%转投资的Centuar公司，取得WinChip CPU技术，并购S3的绘图晶片设计部门，取得VGA 3D技术。

ST

STMicroelectronic公司使用当年Cyrix授权的486技术来制造STPC系统单晶片。

NS

美国NS公司并购Cyrix的MediaGX部门，取得x86 CPU技术与软体音效技术、2D显示技术，并购PicoPower取得晶片组技术，并购MediaMatics取得MPEG-1/2压缩解压缩技术，最近以1.3亿美元并购innoComm公司，取得无线通讯技术（HomeRF、Bluetooth、IEEE 802.11）。

SiS

台湾SiS向外取得软体音效与软体数据机技术，以及向RISE公司取得x86 CPU技术。

Micron

美国美光（Micron）向Rendition公司取得3D绘图晶片技术，准备用于自家的整合型晶片组中。

以上所举仅是部分较知名的技术授权与大厂动作，其余大大小小的并购与技术授权、技术交换，大多是为了成就SoC所做的动作，既使不做SoC，也是为了提升自家公司的系统整合技术而做。

除了取得各种电路设计技术外，其实SoC晶片对拥有晶圆厂的半导体厂商是较具优势的，理由很简单，以往各自独立的多颗晶片，如今要整合在单一晶片上，逻辑设计上可以很容易办到，但实际的电路整合，就需要晶片制造相关人员的介入，如此才能顺利整合成单晶片并开出光罩、投入量产，但纯电路设计的公司，能取得的生产技术人员之配合很有限，既使是规模很大的晶片设计公司，晶圆代工厂虽然会较配合该公司的设计协调，但仍然无法像IDM这般的设计与制造的密切程度。

以往就有过案例，晶片设计商完全依据自己的规格需求设计出晶片电路图，最后找寻晶圆代工厂落实制造时却有困难，导致并非所有代工厂都可以将此电路图做成实际产品，既使某几家较有技术代工厂做到了，所使用的晶片面积也较大、成本较高，甚至晶片运作特性不佳等问题，所以现在的晶片设计是每到一个阶段就需要晶片制造者做沟通与协调的，如此才能设计出适合制造与量产的晶片，而这样的沟通协调需求，对于SoC而言更是强烈需要。

SoC实际现况

目前市场上可以见到的SoC，比较常见的有NS公司的GXLV与Geode系列，Geode系列下有GX1、SC1200/2200/3200等，GX1、GXLV大致是Cyrix MediaGX的强化版(图五)，而SC1200/2200/3200则是真的整合单晶片，不过要在今年2001年的第一、二季才会量产，目前应当还处提供工程样品的阶段，晶片时脉约233/266/300MHz(图三)。

另外STMicroelectronics的STPC在1998年就推出,主打STB领域,目前也持续有新产品出现,例如STPC Atlas、STPC Consumer-II、以及STPC Elite等等,晶片时脉约133MHz。

而Intel原本要推出的三合一晶片Timna（预计时脉为600MHz），希望将Celeron CPU、i810晶片组、i740/752 3D绘图晶片三者合一，但在2000年11月宣告放弃，这也再次证明SoC短时间不适合桌上、笔记型的主流系统，至多使用整合型晶片组，而且仅限于低价市场。

此外SiS当初为了应战Intel的Timna，也决定将既有SiS540整合型晶片组，将其添加CPU功能与电路（从RISE公司取得CPU技术），成为SiS550，希望能在低价桌上电脑与资讯家电领域都受用，原本预计与Timna同时推出，但在Timna告吹后，SiS550的推出时程也跟着延后，至笔者落笔前都尚未推出(图四)。

《图四 台湾硅统的SiS635整合型芯片组，除了CPU与内存外所有一切系统功能都包办，整合程度不下其他标榜SoC的芯片。 》 资料来源：http://www.sis.com.tw/

《图五 Geode GX1芯片，目前最高可达300MHz。 》 资料来源：http://www.national.com.tw/

SoC的各项电路功能设计中，较难取得的除了VGA显示技术外，CPU技术也是较难找寻的，特别是x86 CPU技术，因此除了少数几家很幸运的拥有x86 CPU技术外（甚至有些技术层次还较低，如STPC用486、Geode用5x86），许多厂商转而向英国ARM公司取得RISC的CPU技术，作为SoC的CPU核心，也不失是另一种作法，而且RISC CPU的晶片面积与省电性普遍也较x86好，不过有一好无两好，RISC所能取得的现成软体支援较少，这意味着软体、韧体设计时间会较长。 (本文作者任职于资策会)