片上系统SoC（System on Chip），即在一块芯片上集成一整个信息处理系统，简单来说 SoC芯片是在中央处理器CPU的基础上扩展音视频功能和专用接口的超大规模集成电路，是智能设备的“大脑”。随着半导体工艺的发展，传统MCU已经不能完全满足智能终端的需求，SoC应运而生，凭借其性能强、功耗低、灵活度高的特点，使单芯片能够完成完整的电子系统。SoC在移动计算（例如智能手机和平板电脑）和边缘计算市场中非常普遍。它们也常用于嵌入式系统，如WiFi路由器和物联网。
本期的智能内参，我们推荐海通国际的报告《SOC芯片研究框架》，详解SOC技术细节、产业链和成长驱动力。
作者：郑宏达 华晋书
一、SOC：一块芯片上集成的整个信息处理系统
片上系统SoC（System on Chip），即在一块芯片上集成一整个信息处理系统，简单来说 SoC芯片是在中央处理器CPU的基础上扩展音视频功能和专用接口的超大规模集成电路，是智能设备的“大脑”。应用处理器AP（Application Processor）是SoC中包含CPU在内的所有计算芯片的集成物。智能手机SoC通常包含AP和基带处理器BP等，AP负责应用程序的运行，BP负责收发无线信号。有时将AP和SoC混用。
随着半导体工艺的发展，传统MCU已经不能完全满足智能终端的需求，SoC应运而生，凭借其性能强、功耗低、灵活度高的特点，使单芯片能够完成完整的电子系统。SoC在移动计算（例如智能手机和平板电脑）和边缘计算市场中非常普遍。它们也常用于嵌入式系统，如WiFi路由器和物联网。
当前 SoC已成为功能最丰富的硬件，集成了 CPU、GPU、RAM、ADC、DAC、Modem、高速DSP 等各个功能模块，部分SoC还集成了电源管理模块、各种外部设备的控制模块，同时还需要考虑各总线的分布利用等。
IP 核（Intellectual Property Core），即知识产权核，在集成电路设计行业中指已验证、可重复利用、具有某种确定功能的芯片设计模块。SoC是以IP模块为基础的设计技术，IP是SoC应用的基础。 IP 核可以划分为CPU、GPU、DSP、VPU、总线、接口等6个类别，也可按软核、固核、硬核分类。
▲IP核分类
SoC的概念和设计技术始于20世纪90年代中期。早期芯片设计难度较低，半导体公司多为集设计、制造、封测为一体的IDM厂商。随着半导体产业和工艺的进步，往后芯片随着摩尔定律不断更新迭代，晶片设计和制造的成本和难度均大幅上升，单一厂商难以承担高额研发及制造费用。20世纪80年代，台积电的成立不断引导半导体产业朝“Fabless（设计）+Foundry（制造）+OSAT（封测）”分工方向发展。
1990年IP龙头Arm诞生，开创了IP核授权模式。Arm负责芯片架构设计，并将IP核授权给Fabless厂商。随着超大规模集成电路的发展，集成电路（IC）逐渐向集成系统（IS）转变，IC设计厂商趋向于将复杂功能集成到单硅片上，SoC的概念逐渐形成。例如，三星等厂商根据产品需求将基于ARM架构的CPU处理器和各类外围IP组合得到包含许多组件的SoC，根据不同应用需求，内部组件封装不尽相同。1994 年Motorola发布的Flex Core系统和1995年LSILogic公司为Sony公司设计的SoC, 是基于IP核完成SoC设计的最早报导。
▲半导体产业两种运作模式
一般来说，一个SoC芯片由设计厂商自主设计的电路和多个外购IP核组成。IP核复用即向IP厂商购买已有的IP核，并进行布局、连接、检查和验证。IP核授权模式能够在SoC中调用已设计好的具有独立功能的模块，一方面能够简化设计流程、加快了设计速度，降低设计难度，另一方面符合半导体分工发展的模式，使IC设计公司能摆脱IDM模式的束缚和壁垒，专注芯片设计，从而带动IC设计行业的发展。
典型的SoC包括以下部分：一个或多个处理器内核，可以是MCU、MPU、数字信号处理器或专用指令集处理器内核;
存储器：可以是RAM、ROM、EEPROM或闪存;
用于提供时间脉冲信号的振荡器和锁相环电路;
由计数器和计时器、电源电路组成的外设;
不同标准的连线接口，如USB、火线、以太网、通用异步收发;
用于在数字信号和模拟信号之间转换的ADC/DAC;
电压调理电路及稳压器。
在外设内部，各组件通过芯片上的互联总线相互连接。ARM公司推出的AMBA片上总线主要包括高性能系统总线AHB、通用系统总线ASB、外围互联总线APB、可拓展接口AXI。AHB主要针对高效率、高频宽及快速系统模块；ASB可用于某些高速且不必要使用AHB 总线的场合作为系统总线；APB主要用于低速、低功率的外围，AXI在AMBA3.0协议中增加，可以用于ARM和FPGA的高速数据交互。
MCU(Micro Control Unit)微控制器，芯片级的芯片。MCU将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，只提供最少的内存、接口、处理能力等，专注于小型嵌入式控制系统或控制应用程序。
SoC是系统级的芯片，可能包含许多MCU，适用于具有