單片系統

單片系統（System on Chip，SoC）是2018年公布的計算機科學技術名詞。它是一種將系統所需的全部組件集成在單個晶片上的積體電路或半導體技術。

該技術將計算元素（CPU）、記憶體、數位訊號處理器（DSP）等中央半導體元件集成於單一晶片，並根據場景需求內置圖形處理器（GPU）、神經網路處理器（NPU）等關鍵核心。

第一個片上系統於1974年出現在一隻液晶手錶上。單片機的發展經歷了SCM、MCU、SoC三大階段，專用單片機的發展自然形成了SoC化趨勢。

基本介紹

• 中文名：單片系統
• 外文名：System on Chip、SoC
• 公布時間：2018年
• 所屬學科：計算機科學技術
• 資料版本：第三版
• 定義：高度集成於單一晶片的技術

定義

一種將系統所需的全部或大部分電子組件（如處理器、存儲器、數位訊號處理器、網路接口等）集成到單個晶片上的積體電路（IC），從而實現一個完整系統功能的半導體晶片。

基本特徵

單片系統（SoC）是一種將計算單元、存儲設備、數位訊號處理器等多個功能組件高度集成於單一晶片的技術。這種集成使得產品能夠實現小型化，並因最佳化了部件間連線而具有較低的功耗。SoC可根據不同設備的需求進行定製，具備設計靈活性。其設計與製造涉及IP核復用、軟硬體協同設計等關鍵技術，並需綜合考量性能、功耗、成本及車規安全等多方面因素，具有較高的複雜度與技術門檻。

發展歷程

2018年，《計算機科學技術名詞》第三版首次將"單片系統"列為官方術語。相關定義及技術描述根據行業技術進展進行了修訂。

第一個片上系統（SoC）於1974年出現在一隻液晶手錶上。二十世紀八九十年代，半導體製造技術的進步使得在單個晶片上集成更多組件成為可能。二十一世紀初，SoC開始集成Wi-Fi、藍牙和蜂窩數據機。如今，SoC正變得越來越專業化，並且正在從移動領域擴展到汽車系統、可穿戴設備、工業自動化等眾多領域。SoC是單片機技術向尋求套用系統在晶片上最大化解決方向發展的自然結果。

套用

SoC（單片系統）廣泛套用於多個領域，包括移動設備、汽車系統、物聯網(IoT)、網路設備、消費類電子、工業套用、醫療設備。其下游套用領域主要集中在消費電子和汽車電子。在汽車電子領域，車載SoC在車輛電子電氣架構中的作用日益凸顯，套用於高級駕駛輔助系統(ADAS)和智慧型座艙，是汽車智慧型化發展的核心計算平台。此外，SoC也套用於數據中心與邊緣計算等關鍵領域。

影響

SoC技術將多個功能組件集成於單一晶片，最小化占用空間，使得消費電子、物聯網設備功能更強大且體積更小巧。在AI套用對算力需求增長的背景下，集成CPU、GPU、NPU等多種處理單元的SoC成為邊緣側實現智慧型處理的關鍵。大算力SoC是汽車電子電氣架構向域集中式、中央計算式演進的核心，支撐自動駕駛和智慧型座艙的發展，催生新的硬體投資機會；例如，電裝與MediaTek合作開發定製化車載SoC，以提升汽車計算能力，推動移動出行智慧型化。SoC設計涉及匯流排架構、IP核復用、軟硬體協同設計等關鍵技術，提高了晶片設計門檻和產業集中度。

相關研究

電裝與MediaTek簽署聯合開發協定，共同開發基於整車系統需求的定製化車載SoC，以應對汽車對算力、實時性、功能安全的高要求。

精測電子面向中高端SoC晶片，自主研發了JH5900-A、JH5910-A等高性能老化測試系統，通過模擬極端工作條件進行可靠性篩查與壽命驗證。

飛騰公司提出了一種基於片上系統快取結構的任務處理方法專利（CN121681412A），旨在降低網路擁塞和延遲；成都開源計算生態科技有限公司提出了一種安全啟動驗證方法專利（CN121682850A），通過初始校驗和全量數據校驗增強系統啟動安全性。

自2024年起，SoC產業景氣度回升，汽車電子成為未來增長的重要方向，自動駕駛和智慧型座艙驅動大算力SoC需求，國產廠商迎來發展視窗期。

出處

《計算機科學技術名詞 》第三版。