搞懂系統整合SI(System Integration)是什麼

作者:Hightech   |   2018 / 12 / 25

文章來源:知識力   |   圖片來源:Hana


核心晶片(Core chip)

在電子產品中最重要的處理器稱為「核心晶片(Core chip)」,就好像人類的大腦一樣,是所有控制命令的來源,有些電子產品可能不只一個處理器,但是最重要、功能最強的處理器通常只有一個。一般而言,核心晶片可以分為下列兩大類:

➤個人電腦所使用的核心晶片:在個人電腦(PC)與筆記型電腦(Laptop)產品中,核心晶片一般指的就是中央處理器(CPU),是屬於複雜指令集處理器(CISC);它的工作頻率很高,工作速度很快,但是它的高效能是利用高頻率來達成,通常耗電量較大而且散熱也是個問題。

➤嵌入式系統所使用的核心晶片:在資訊家電(IA:Information Appliance)產品中,核心晶片又稱為「應用處理器(AP:Application Processor)」,就是用來執行應用程式(APP)的處理器,可以使用微處理器(MPU)、數位訊號處理器(DSP)、微控制器(MCU),是屬於精簡指令集處理器(RISC);它的工作頻率較低,工作速度較慢,但是耗電量較小所以比較沒有散熱的問題。

硬體系統整合(Hardware system integration)

由硬體工程師進行印刷電路板(PCB:Printed Circuit Board)的設計,包括線路「繪圖(Schematics)」與「佈局(Layout)」,印刷電路板製作完成以後再使用「表面黏貼技術(SMT:Surface Mount Technology)」,將各種功能不同的積體電路(IC)與被動元件(電阻、電容、電感)黏貼在印刷電路板上,讓所有的電子元件一起工作,而達成我們所需要的功能,形成一個具有完整功能的產品。

例如:主機板(Mother board)是將中央處理器、北橋晶片(North bridge)、南橋晶片(South bridge)與其他數十個功能不同的積體電路安裝在印刷電路板上,再使用電腦外殼包裝起來;智慧型手機是將微處理器與其他數十個功能不同的積體電路安裝在印刷電路板上,再整合觸控面板、液晶顯示器、按鍵、麥克風、喇叭等元件。雖然不同的電訊號在印刷電路板上流動,彼此之間可能會有電磁干擾(EMI:Electro Magnetic Interference)的問題,但是硬體系統整合實際上困難度並不像軟體系統整合那麼高,國內的系統整合商都能做的很好。

硬體系統整合的終極目標就是「系統單晶片(SoC:System on a Chip)」,也就是將功能不同的數個晶片(Chip),整合成具有完整系統功能的一個 SoC 晶片,再封裝成一個積體電路,這樣不但會縮小體積,而且更省電。

軟體系統整合(Software system integration)

軟體工程師將各種功能不同的軟體(SW:Software)與韌體(FW:Firmware)整合起來,安裝(Install)到硬體工程師設計好的硬體系統中執行,達到我們所需要的功能,形成一個具有完整功能的產品。例如:個人電腦是將作業系統(Windows、Linux)安裝到中央處理器上,再整合驅動顯示器、硬碟機、光碟機等周邊設備所需要的韌體;智慧型手機是將作業系統(Android、iOS)安裝到微處理器上,再整合驅動觸控面板、液晶顯示器、按鍵、麥克風、喇叭所需要的韌體,千萬別忘了,任何硬體都需要軟體與韌體分工合作才能工作。

大家可能會覺得奇怪,安裝這些軟體與韌體到電腦上,只要把光碟放進光碟機,它就會自動執行,我們只要按下一步、下一步、下一步、OK 就好了,不是很簡單嗎?其實會這麼簡單,就是因為許多軟體工程師在幕後辛苦工作的結果,幫我們把程式寫好,才會讓我們這麼容易安裝在電腦上的。

除了電腦以外,所有的嵌入式系統產品,由於沒有固定的硬體架構,軟體與韌體工程師必須依照不同的硬體去開發軟體與韌體,所以更是辛苦,軟體系統整合比硬體系統整合複雜許多也困難許多,換句話說,軟體系統整合是整個系統整合工作成敗的關鍵,而開發軟體需要為數眾多的工程師,目前國內系統整合商大多不願意投資太多人力開發軟體,因此軟體開發能力較差,例如:桌上型或筆記型電腦所使用的 Windows 作業系統,其實是 Microsoft 公司開發的;智慧型手機所使用的 Android 作業系統,其實是 Google 公司開發的。

國內系統整合商沒有自己的軟體開發能力,就無法做出革命性的創新產品,這是目前國內系統整合商需要努力的地方,也是我常常鼓勵同學,現在讀資工系比電機系更有價值的原因。

在世界各國當中,軟體能力表現最好的,不是美國也不是日本,而是中國大陸和印度,有研究顯示印度人對於邏輯與數學能力確實比較優秀,而中國地大物博、人口眾多,軟體這種東西只要一些時間,加上許多人一起努力,團結就是力量,因此目前許多世界級的大廠都將軟體研發中心設置在中國大陸或印度;同樣的,台灣許多科技大廠也開始由印度引進軟體工程師,或是將軟體開發工作轉包到中國大陸的子公司,這對本土的軟體工程師的確是很大的威脅。

【請注意】上述內容經過適當簡化以適合大眾閱讀,與產業現狀可能會有差異,若您是這個領域的專家想要提供意見,請自行聯絡作者;若有產業與技術問題請參與社群討論。

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知識力》授權轉載

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