Microchip发布PIC16F13145系列MCU，促进可定制逻辑的新发展

为了满足嵌入式应用日益增长的定制化需求，Microchip Technology推出了PIC16F13145系列单片机（MCU），提供量身定制的硬件解决方案。该系列MCU配备了全新的独立于内核的外设（CIP），即可配置逻辑块模块，可直接在MCU内创建基于硬件的定制组合逻辑功能。由于集成到MCU，CLB使设计人员能够优化嵌入式控制系统的速度和响应时间，无需外部逻辑元件，从而降低了物料清单（BOM）成本和功耗。图形接口工具可帮助使用CLB综合定制逻辑设计，进一步简化了流程。PIC16F13145系列专为利用定制协议、任务排序或 I/O 控制来管理工业和汽车领域实时控制系统的应用而设计。

PIC16F13145

Microchip负责8位单片机业务部的副总裁Greg Robinson表示：“可配置逻辑单元 （CLC）模块集成到Microchip MCU中已有十多年历史，新发布的CLB模块是我们可定制逻辑产品发展的新阶段，使该系列MCU能够用于通常属于独立可编程逻辑器件领域的应用。当今市场上很少有单芯片解决方案能像PIC16F131系列MCU那样解决嵌入式工程师的设计难题。新型MCU可处理定制逻辑功能，最大限度地降低功耗，简化设计，并能适应不断变化的设计要求。”

CLB工具

由于CLB的运行不依赖于CPU的时钟速度，因此能改善系统的延迟，并提供低功耗解决方案。CLB可用于在CPU休眠模式下做出逻辑决策，从而进一步降低功耗和软件依赖性。PIC16F13145 MCU还包括一个具有内置计算功能的快速10位模数转换器（ADC）、一个8位数模转换器 （DAC）、快速比较器、8位和16位定时器以及串行通信模块（I2C和SPI），从而可以在没有CPU的情况下执行许多系统级任务。该系列将提供从8引脚到20引脚的各种封装。

CLB Block Diagram

开发工具

PIC16F13145系列MCU得到MPLAB代码配置器（MCC）支持 ，这是MPLAB X IDE中一个免费软件插件，提供了一个基于GUI的简便接口，用于配置器件和板载外设（包括CLB）。该接口可为高级用户提供使用硬件描述语言（HDL）的选项，通过原理图设计所需的定制逻辑，从而缩短开发时间。新的合成器有两种选择：集成到MCC，以及在线方式logic.microchip.com。PIC16F131 Curiosity Nano评估工具包为使用PIC16F131系列进行设计提供全面支持，可协调实现无缝嵌入式开发体验，缩短产品上市时间。

供货与定价

PIC16F131 MCU每件售价0.47美元，10,000件起售。

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光芯片(PIC)&电芯片（EIC）共封装技术

介绍硅光芯片和电芯片共封装的几种不同形式及其主要特点。

到 2022 年，全球互联网流量预计将达到每月近 400 EB，对数据中心互连带宽的需求将继续以指数级的速度增长 。预测到了2030年，数据中心能耗持续增长，全球数据中心的用电量超过 3 PWh，最坏的情况可能高达 8 PWh 。为了满足互联网流量需求，数据中心节点带宽需要达到 10 Tb/s ，为了减缓数据中心能耗增长的趋势，必须想办法降低系统、器件的功耗。每个封装的 I/O 引脚数差不多每6年翻一番超过I/O总带宽3、4年翻一番。解决这些速率差异需要3、4年 I/O 的带宽翻倍。

将硅光技术引入的目的是增加 I/O 带宽并最大限度地降低能耗。光集成电路（PIC）和电集成电路（EIC）如何封装，非常重要。光具有的最小信号衰减、低能耗、高带宽以及利用成熟CMOS生态系统的能力。反过来，这些因素直接影响到 I/O 带宽和能耗，因此，光与电的不当集成会抵消硅光子的所有潜在优势。下面将重点介绍 PIC 和 EIC 之间的集成方案。

1、单片集成

图1 单片集成

单片集成是EIC和PIC加工在一块芯片上，在PIC 和 EIC 之间互连时无需额外的引线或bumps，从而最大限度地减少了由于封装而导致阻抗不匹配情况。通过将两个die组合成一个，封装简单。I/O 到计算节点可以通过wire-bonds或Flip-Chip到PCB。理论上，该封装是非常好的，但实际并非如此，硅光工艺节点相对电芯片工艺而言，比较落后。为单片集成开发的最先进工艺是45 nm和 32 nm制程，与电芯片10 nm 和以下工艺相比，这些工艺在性能上非常落后。此外，还存在高波导损耗、低光电二极管响应率和低光电二极管带宽的问题。总之，采用单片集成模式，目前来看，工艺制程的融合势必会牺牲一部分整体性能，而且单片集成开发成本非常昂贵，由此产生的技术不如异构集成开发灵活。

2、2D集成封装

图2 2D集成

2D集成是PIC 和 EIC 并排放置在PCB，如图2所示。通过引线进行互连以及和PCB之间的连接。2D 集成的好处是易于封装，但其最大的缺点是对引线的依赖。虽然引线可以达到 25 μm ，但 PIC 和 EIC 之间的连接仅限于单边，严重限制了 I/O数量。

3、3D集成封装

图3 3D集成封装

3D封装也可最大限度的减小封装尺寸。在3D集成封装中，最常见的是将EIC倒装在PIC之上，如图3所示。EIC通过铜柱或者ubumps和PIC互连，然后再通过Wire Bonds与PCB进行互连。铜柱或ubumps互连间距范围为 40 μm ~50 μm，可以实现密集I/O。后续预计可以降低到20μm，10μm，甚至更小，满足更高密度的需求。3D 集成封装最大的问题在于散热。虽然 3D 集成可以提供更密集I/O间距和最小封装尺寸，但当前并没有最佳的散热方案。EIC产生的热量会传递到PIC上，每0.5W的功耗，都可能引起20℃的温升。对于PIC这种热敏感元件而言，这是致命的问题。如图4所示，3D集成还有另外一个方案，硅光芯片同时作为一个interposer中介层，里面有TSV，通过TSV直接和PCB形成互连。

图4 3D集成封装的另外一种模式

4、2.5D集成封装

图5 2.5D集成封装

2.5D集成封装，是一个折中的技术，EIC和PIC均倒装在interposer中介层上。2.5D 集成时，其封装尺寸大于3D集成，因为两个芯片之间是平面放置的，当然该模式也不限于这两个芯片的封装。同时，因为信号必须通过两次bumps，信号性能会一些影响。

总结：如下图所示，光芯片和电芯片之间共封装技术是下一代技术的重点研究方向。然而，不同的封装形式，有着不用的优劣，2.5D、3D封装在不同厂家都有研究，功耗、互连性能都对何种封装形式有巨大影响。距离该技术的全面商用，预计还有几年，在这几年中，硅光技术、封装技术、散热技术等的发展都将影响最终的实际结果。让我拭目以待吧。

转自：知乎

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