自從1997年低價電腦成為一股新潮流後，隨著這股潮流而來的有兩項新衝擊，一是資訊家電（IA，Information Appliance）概念的興起，在任何一部電腦的運算力都能夠滿足應用的情況下，人們尋求更直覺與更方便的電腦使用方式，並且要與網際網路結合。另一則是整合型系統晶片（SoC，System on Chip）的強調，這也是因應低價電腦與資訊家電而起的晶片設計趨勢，同樣也是因為應用達到飽和，而晶片製造技術又不斷突破所自然演化成的。

SoC概念起源

SoC早期有人稱為SOAC（System On A Chip），其實兩名詞指的是同一件事情，都是指系統單晶片。SoC的概念早年並不受到重視，一直到了1997年2月，當時新瑞仕（Cyrix）公司發表了整合型的x86晶片：MediaGX（研發代號Gx86），並且康柏（Compaq）公司用此晶片推出低於1,000美金的桌上個人電腦，才引起今日的低價電腦風潮，以及SoC設計的注重。

事實上以今天的水準來看，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，還有一個2D VGA顯示功能，以及一個記憶體存取控制器而已，其餘功能還要仰賴與MediaGX搭配的輔助晶片：Cx5510才行，而且Cx5510僅具備一般桌上型電腦的南橋晶片組功能，對於Super I/O功能仍需要仰賴一般獨立封裝的Super I/O晶片。

不過1997年的MediaGX用的是0.35um的製造技術，並且1997年的Cyrix本身僅是晶片設計商，沒有晶片製造廠房，因此對整合晶片的製造與晶片面積的縮減自然外行，所以整合程度不高並不令人意外。

由於Cyrix的MediaGX可以讓Compaq大廠推出具價格競爭力的電腦，因此其他半導體製造商也開始思索、考慮製造整合型的系統晶片，並先先後後有發展動作，此外資訊家電的概念提出後，短小輕薄、省電好攜帶等方便特性也更加被注重，因此SoC晶片不僅可以讓既有桌上電腦更便宜，也成為資訊家電必要的關鍵元件(圖一)。

《圖一　GXm功能方塊圖，屬第三代的MediaGX，前二代分別是GX與Gxi。 》 資料來源：http://www.national.com/

SoC的優點與缺點

系統整合型晶片（SoC）將原本需要多顆晶片才能組湊成的電腦功能或電腦系統，變成只要單一顆晶片即可，如此主機板廠商只要使用SoC晶片來製造電腦系統，便可使主機板的印刷電路板面積大幅縮減（減少晶片與晶片間連接線箔所需的電路板面積），也不再需要額外的顯示卡、音效卡（順便可以減少設置擴充槽的電路板面積），因為這些功能都已經內建於SoC晶片內，這是SoC可以讓系統造價大幅低廉的原因。

SoC除了讓系統成本低廉外，另一附帶優點是可以提升整體系統效能，以往各晶片間為了協調傳輸，經常需要有FIFO、Buffer等設計，如今所有功能晶片整合成一，可以減少FIFO與Buffer的使用數，不僅資料傳輸運作可以更同步與快速，還可以減少晶片製造商的晶片面積（Die Size），因此晶片製造成本也可以較低廉些。

此外由於整個電腦系統於單顆晶片內，對於電源管理的支援與規格也較為一致，能夠以整個系統的角度作省電考量，整體省電效益也較以往多顆晶片來得高。SoC較省電的特性，特別適用於外出攜帶性的資訊家電，因為可以延長電池使用的時間，而SoC單顆晶片的特性，也可以讓系統成品做到很短小輕薄。

當然！SoC並非全無缺點，系統功能缺乏彈性即是一例，由於所有系統功能都集中於一顆晶片上，任何一項功能的規格要提升，整個晶片就要重新設計、重新開光罩，耗費成本。不過SoC的設計/製造商仍有堅持SoC的理由，認為資訊家電的興起，SoC晶片的需求量會超越一般PC用晶片，而且資訊家電用的晶片其汰舊換新的速度不會如PC用晶片那般快速，所以SoC缺乏功能提升的彈性是可以接受的。

SoC另外一個缺點是製造技術困難，MediaGX當年最初是用0.35um的技術製造，如今雖然0.25um、0.18um技術都已經成熟，但真的想做到SoC仍是極困難的，包括晶片面積會變大，製造失敗率加高，以及必須使用較高技術的晶片封裝等。

所以雖然許多廠商標榜自己做的是SoC，但仍然很難包辦全部的功能，例如MediaGX仍需要用三顆晶片來組湊出整個電腦系統，同樣的功能以往可能要六顆才能辦到，真的做到完全單顆的也有，但是整體功能與規格也會向下修正許多，例如意法微電子（STMicroelectronic）的STPC，雖然將整個系統整合於單晶片中，但CPU功能僅達486等級，效能與應用上都受到一定的限制。

SoC晶片的應用範疇

雖說Cyrix最初推出MediaGX的用意，是希望提供大廠一種低價電腦的解決方案，但誠如前頭所述說的SoC缺點，規格與速度無法大幅提昇，這在主流桌上型電腦領域上是很居劣勢的，MediaGX最後僅能成為上網機、POS系統、遊戲機等用途晶片，勉為其難的成為低價筆記型電腦用晶片，無法再擠入主流桌上型系統。

目前提供SoC的廠商不會將SoC晶片設限在桌上電腦的用途上，而是大幅拓展SoC的使用領域，較早期出現的SoC晶片規格性能都不盡理想，大多用於視訊機頂盒（STB，Set Top Box）或工業控制、嵌入控制領域中，如今資訊家電興起，許多影像電話、數位隨身聽、攜帶型上網機、個人數位助理、掌上型電腦等，都需要用上SoC。

其實資訊家電選擇用SoC也是唯一的路，以往多晶片不容易做出短小輕薄的成品，也不可能做到外出時夠省電，多顆晶片的成本也大於SoC單晶片，設計時間也較漫長，資訊家電的產品特性類似消費性電子，非常注重產品上市時間，而SoC正好又可以讓研發設計者縮短產品設計時間，因為設計師不需要考慮多晶片間的連接問題，只要將SoC晶片視同一個完整的功能元件，快速附加此次產品訴求的功能即可(圖二)。

《圖二　WebPAD，資訊家電也都強調使用SoC晶片，才能做到輕薄短小與省電。 》 資料來源：http://www.national.com/

要做到SoC需要具備哪些技術？

說了這麼多關於SoC，但實際上SoC的定義並非很明確，這道理就跟寬頻到底是指多少傳輸率才叫寬頻是相同的，若真要依據字詞上的意義解釋，那麼沒有一套晶片是SoC，因為目前所有的SoC統統將系統記憶體排除在外，這樣的作法比較務實，因為SoC晶片商無法確定產品設計與應用需要多少容量的記憶體，可能是32MB，也可能16MB即可，而有些也將網路功能排除在外，或將部分視訊功能排除在外。

SoC無法真的做到完全單晶片，因此也有人將現在低價電腦常用到的整合型晶片組也列入SoC的範疇中，這類晶片組所整合、含括的功能不輸給現有直接標榜SoC的晶片，僅是省電上仍有差距，以及迎合主流桌上規格，維持以往與處理器連接方式，未將處理器一同納入整合而已。

無論如何，要做到SoC或整合型晶片組，很少是單一家廠商的技術可獨立達成，即便是很少併購其他廠商的半導體龍頭Intel，也需要藉助VLSI公司取得晶片組設計的技術，才能設計Triton 82430FX晶片組，也需要先併購CHIPs公司，才能獲得VGA方面的技術，也才能使82810晶片組具有整合VGA的功能，所以為了成就SoC，併購其他公司或取得技術授權是必然的作法。

至於要取得哪些技術，就整個電腦系統而言，包含處理器技術、晶片組技術、VGA功能、音效技術、Super I/O技術等等，其餘還有許多附加的功能技術需要取得，但以上這些都是必備的，否則很難成就SoC，以下我們逐一舉例，述說目前各家為了成就整合型晶片組與SoC，所做的併購與技術交換動作（未分時間先後，僅簡單列出）。

ATI與Intel

加拿大ATI與美國Intel相互技術授權，Intel可將ATI的RADEON 3D顯示晶片技術用於Intel的整合型晶片組內，ATI可以使用Intel的晶片組技術，推出自己的整合型晶片組。

ALi與ArtX和Trident

台灣ALi向ArtX公司取得3D技術，推出整合型晶片組Aladdin 7，另外也與Trident公司合作，共同推出整合3D VGA功能（猜測應當是Blade 3D晶片）的筆記型電腦用晶片組，同樣的ALi也跟nVIDIA合作，推出Aladdin TNT2整合型晶片組（使用nVIDIA的RIVA TNT2 3D繪圖晶片）。

《圖三　Geode SC2200系統方塊圖，用來建構STB的資訊家電。 》 資料來源：http://www.national.com/

VIA

台灣VIA併購Cyrix的MII部門，取得x86 CPU技術，併購IDT 100%轉投資的Centuar公司，取得WinChip CPU技術，併購S3的繪圖晶片設計部門，取得VGA 3D技術。

ST

STMicroelectronic公司使用當年Cyrix授權的486技術來製造STPC系統單晶片。

NS

美國NS公司併購Cyrix的MediaGX部門，取得x86 CPU技術與軟體音效技術、2D顯示技術，併購PicoPower取得晶片組技術，併購MediaMatics取得MPEG-1/2壓縮解壓縮技術，最近以1.3億美元併購innoComm公司，取得無線通訊技術（HomeRF、Bluetooth、IEEE 802.11）。

SiS

台灣SiS向外取得軟體音效與軟體數據機技術，以及向RISE公司取得x86 CPU技術。

Micron

美國美光（Micron）向Rendition公司取得3D繪圖晶片技術，準備用於自家的整合型晶片組中。

以上所舉僅是部分較知名的技術授權與大廠動作，其餘大大小小的併購與技術授權、技術交換，大多是為了成就SoC所做的動作，既使不做SoC，也是為了提升自家公司的系統整合技術而做。

除了取得各種電路設計技術外，其實SoC晶片對擁有晶圓廠的半導體廠商是較具優勢的，理由很簡單，以往各自獨立的多顆晶片，如今要整合在單一晶片上，邏輯設計上可以很容易辦到，但實際的電路整合，就需要晶片製造相關人員的介入，如此才能順利整合成單晶片並開出光罩、投入量產，但純電路設計的公司，能取得的生產技術人員之配合很有限，既使是規模很大的晶片設計公司，晶圓代工廠雖然會較配合該公司的設計協調，但仍然無法像IDM這般的設計與製造的密切程度。

以往就有過案例，晶片設計商完全依據自己的規格需求設計出晶片電路圖，最後找尋晶圓代工廠落實製造時卻有困難，導致並非所有代工廠都可以將此電路圖做成實際產品，既使某幾家較有技術代工廠做到了，所使用的晶片面積也較大、成本較高，甚至晶片運作特性不佳等問題，所以現在的晶片設計是每到一個階段就需要晶片製造者做溝通與協調的，如此才能設計出適合製造與量產的晶片，而這樣的溝通協調需求，對於SoC而言更是強烈需要。

SoC實際現況

目前市場上可以見到的SoC，比較常見的有NS公司的GXLV與Geode系列，Geode系列下有GX1、SC1200/2200/3200等，GX1、GXLV大致是Cyrix MediaGX的強化版(圖五)，而SC1200/2200/3200則是真的整合單晶片，不過要在今年2001年的第一、二季才會量產，目前應當還處提供工程樣品的階段，晶片時脈約233/266/300MHz(圖三)。

另外STMicroelectronic的STPC在1998年就推出，主打STB領域，目前也持續有新產品出現，例如STPC Atlas、STPC Consumer-II、以及STPC Elite等等，晶片時脈約133MHz。

而Intel原本要推出的三合一晶片Timna（預計時脈為600MHz），希望將Celeron CPU、i810晶片組、i740/752 3D繪圖晶片三者合一，但在2000年11月宣告放棄，這也再次證明SoC短時間不適合桌上、筆記型的主流系統，至多使用整合型晶片組，而且僅限於低價市場。

此外SiS當初為了應戰Intel的Timna，也決定將既有SiS540整合型晶片組，將其添加CPU功能與電路（從RISE公司取得CPU技術），成為SiS550，希望能在低價桌上電腦與資訊家電領域都受用，原本預計與Timna同時推出，但在Timna告吹後，SiS550的推出時程也跟著延後，至筆者落筆前都尚未推出(圖四)。

《圖四　台灣矽統的SiS635整合型晶片組，除了CPU與記憶體外所有一切系統功能都包辦，整合程度不下其他標榜SoC的晶片。 》 資料來源：http://www.sis.com.tw/

《圖五 Geode GX1晶片，目前最高可達300MHz。 》 資料來源：http://www.national.com.tw/

SoC的各項電路功能設計中，較難取得的除了VGA顯示技術外，CPU技術也是較難找尋的，特別是x86 CPU技術，因此除了少數幾家很幸運的擁有x86 CPU技術外（甚至有些技術層次還較低，如STPC用486、Geode用5x86），許多廠商轉而向英國ARM公司取得RISC的CPU技術，作為SoC的CPU核心，也不失是另一種作法，而且RISC CPU的晶片面積與省電性普遍也較x86好，不過有一好無兩好，RISC所能取得的現成軟體支援較少，這意味著軟體、韌體設計時間會較長。(本文作者任職於資策會)