数字化是现代电子系统设计的根本标志；集成电路是现代电子系统设计的产品体现，由最原始的开关电灯设计至复杂的网络、移动通信系统；现代电子系统设计已成为一个覆盖各领域、专业交叉迭代的专门学科，每天均出现新的设计挑战，剖析产品可知某领域电子系统设计发展状况，应用需求是产业发展的最佳导向，产业发展导向对基础研究产生极大的促进。反之基础研究的成果为未来的产业、应用可提供了高效、简洁的仿真，直接提供未来应用产品的评估、设计指南。
　　爱因斯坦的相对论衍生出了核、激光诸多产业及应用，JPG、MPG算法衍生出了数码相机、VCD、DVD产品，数学模型系统设计、应用算法的仿真验证与集成电路的系统实现交相辉映，在现代电子系统设计领域构成了一道绝佳的风景。

一、TOP Down——现代电子系统设计的理念、方法
　　工欲善其事；必先利其器；正确的设计理念和设计方法是电子系统设计成功的重要因素。
国内一些电子系统设计工程师实现系统设计的模式是“积木方式”——根据功能框图选择采用合适的通用器件搭建系统。在采购到所需元器件速度、功能完全适用的前提下，“积木方式”不失为一种快捷的设计方法。
　　复杂的电子系统设计“积木方式”是难以完成的；只有使用顶层设计手段——“TOP－DOWN”才能完成；移动电话是“TOP－DOWN”电子系统设计的典型产物；
笔者走访移动通信国家重点实验室，对移动通信系统设计有了初步了解。

1. 搭建数学模型及仿真平台，详细分析各部功能、确定各部指标
2. 手机系统设计是基于系统功能、指标以算法设计、验证、实现
3. 某款型号手机的设计是由专业通信公司设计完成
4. 手机的制造是在电子制造、加工厂完成

一> “TOP－DOWN”设计方法的三个重要因素

1. 描述手段

　　描述手段是基础，系统设计师的最初设计思想是从功能描述开始。首先要考虑规划出能完成某一具体功能、满足自己产品系统设计要求的某一功能模块，利用某种方式把功能描述出来，通过功能仿真以验证设计思路的正确性。当所设计功能满足需要时，再考虑以何种方式完成所需要的设计，并能直接使用功能定义的描述。

1. 设计方法

　　如何最佳搭配以实现功能模块需要工程经验。

1. 设计工具。

　　设计工具则是Top-Down设计的关键。一套完整、强大、性能卓越的设计工具，可帮助设计工工程师最大限度的发挥其设计能力。
目前较为流行的设计工具有Cadence、Synopsys、Power PCB、? P-CAD、TANGO等
二> Top-Down与传统电原理图设计方法相比的优点：
1、 完全符合设计人员的设计思路，从功能描述开始到物理实现的完成。
2、 功能设计可完全独立于物理实现
　　在采用传统的电原理输入方法时，不同厂商产品的结构不同，在设计一开始，工程师的设计思路就受到最终所采用器件的约束，大大限制了设计师的思路和器件选择的灵活性。而采用Top-Down设计方法可不含有任何器件的物理信息，因此工程师可以有更多的空间去集中精力进行功能描述，设计师可以在设计过程的最后阶段任意选择或更改物理器件。
3、 设计可再利用
　　设计结果完全可以以一种知识产权（IP-Intellectual Property）的方式作为设计师或设计单位的设计成果，应用于不同的产品设计中，做到成果的再利用。
4、 易于设计的更改
　　使用FPGA验证算法，设计工程师可在极短的时间内修改设计，对各种FPGA结构进行设计结果规模（门消耗）和速度（时序）的比较，选择最优方案。
5、 设计、处理大规模、复杂电路
　　器件正向高集成度、深亚微米工艺发展。小规模的系统设计，Top-Down设计方法具有很大的帮助，而大规模的系统设计，Top-Down设计方法则是必不可少的手段。
6、 设计周期缩短，生产率大大提高，产品上市时间提前，性能明显提高，产品竞争力加强。
二、IC—ASIC—SOC—SIP是现代电子系统设计发展的历程标志
　　“IC”(Integrated Circuit) 是集成电路的最早定义, 出现于上世纪70年代， 后十年左右出现了“ASIC”(Application Specific Integrated Circuit), 90年代“SOC”(System On Chip)呈爆炸性发展, 再后十年至本世纪初“SIP”(System In Package)、“MCP”(Multi Chip Package)出现在越来越多的场合，现在尚不知后十年出现的新叫法是什么，但有一点可以肯定；“SIP”、“MCP”一定不会是描述集成电路的最后一个词汇。

　　不少新入行的工程师对“SOC”、“SIP”表示困惑，“既然片上就能实现系统；为什么芯片巨头公司不发展SOC，却还去重点发展SIP”？

　　也只能叹息英文词汇的表现力，结合发展现状使用中文做进一步的补充说明

　　电子系统设计的不同设计阶段
“IC”—功能级：? 使用分离部件“拼凑”系统各部功能
“ASIC”—专业级：? 使用专用芯片设计系统。
“SOC”—系统级：? 直接使用系统芯片开发产品
“SIP”—产品级：? 针对产品开发产品芯片
“IC”—“ASIC”—SOC”—“SIP”是现代电子系统设计的发展标志。
随着CPU、RAM、Flash、通信系统、CMOS sensor诸不同专业的深掘细耕， SOC分工日渐精细；目前全球无一家芯片公司有实力能将不同专业领域的SOC一统天下，形成了各有所长、各有所专的局面

1. Intel、AMD：　　　 高端CPU
2. Qualcomm、Nokia　　移动通信
3. Samsung　　　　　　存储器
4. TI、ADI　　　　　　DSP
5. CISCO:　　　　　　 网络产品

　　SIP是指将系统所需不同SOC及其配置芯片的裸die绑定连接后再封装，需要具备SOC及SOC以外的系统设计能力；需要极高的技术储备。
见图示A

SIP叠层绑定实物照片（5层）
　　近期又出现单片封装内置系统的SIP芯片出现， 较之经典SIP向前更有较大跨度，具备更高的集成度，已逼近“单芯片产品”，见下图示

A为chip层——CPU研发、生产， 典型代表为Intel公司、AMD公司
B为BIOS层——底层驱动软件，  代表公司有Award BIOS、Phoenix BIOS、AMI BIOS、Microid Research
C为PCB层——系统主板，       代表公司有IBM、Dell
D为OS层——操作系统，        典型代表为Micro Soft公司
E为应用层——应用软件，      各品牌、组装电脑
　　某集成电路暨系统集成公司；该公司在研发完成64bit CPU SOC后，又斥巨资以SIP技术实现了单芯片系统集成，单芯片内除计算机各部功能外，内置数Gb的RAM、Flash、显示功能core；同时将windows操作系统以及应用软件也实现了芯片内置。

　　笔者参观该公司得知，该公司原始技术为3G、CDMA无线通信，正研发一款“视频信号交换机”芯片，可完成任何制式模拟、数字视频信号的转换，同时可直接实现数字液晶电视、电视墙、画中画、TV—VGA、VGA—TV，下一步的发展目标是将64bit CPU系统、GPRS(CDMA)系统、图像芯片整合为一颗芯片，实在不知当用什么名词能贴切、准确描述、定义了。

1. 体积更小
2. 功耗更低
3. 速度更快
4. 功能更强

一> SIP将大幅降低产品成本

1. SIP将应用设计所必须的共性元器件集成在芯片内，采购成本低于各不同应用开发商采购成本
2. SIP极高的集成度大幅降低各不同应用开发商的加工成本
3. SIP使得应用设计高密度线路板大幅减少
4. 维护成本降低——芯片的可靠性永远高于PCB

二> SIP将大幅降低开发门槛
    SIP将设计难度最大的硬件系统（软件）在芯片内置，用户接口仅为应用级的软硬件，使得过去必须高水平研发工程师才能完成的设计工作变为普通常规设计，将有更多的参与者加入到应用设计行列。
三> SIP将大幅缩短产品周期
    高端SOC开发一般要如下过程
硬件开发

1. 熟悉硬件资料
2. 购买开发工具
3. 设计系统原理图
4. 设计PCB板图
5. 制板
6. 焊接
7. 调试

软件开发

1. 熟悉软件资料
2. 购买软件开发工具
3. 编写驱动软件
4. 移植操作系统
5. 编写应用软件
6. 调试系统

    使用SIP主要开发工作为12、13项；硬软件设计开发工作大为简化。

    深圳某开发单位研发税控机；使用某32位处理器软硬件设计开发工作量约80人×月；使用64位SIP芯片设计开发工作量仅5～6人×月，主要工作为应用软件移植、调试。

四> SIP将大幅拓展应用市场
    汽车盗窃与防盗可谓“道高一尺、魔高一丈”
头像识别技术日益成熟，根据头像计算机可快速地判断、识别出不同人。早有研究、设计汽车防盗技术的厂商拟采用头像识别技术用以汽车防盗；汽车防盗头像识别较之经典的头像识别——汽车计算机仅需判断，应用算法更为简洁、可靠——然未能实施的最重要因素是体积。生产厂商难以妥当安置摄像系统及计算机系统，而使用头像（指纹）识别SIP设计的头像识别防盗系统可置于汽车内部后视镜内

    现代电子系统设计的另一个显著特点是多学科融汇，学称“边缘学科”；只能用“爆炸性发展”来形容，硬盘1973年由IBM研发成功；原型为“温切斯特”(Winchester), 速度、容量与今天数百G的硬盘不可同日而语，然除机械部件的改良之外，解决读写误码瓶颈的解决办法是在硬盘上采用了通信纠错算法
边缘学科的融合趋势：
　　通信的发展也在暗合着仿生学的节奏，第一次工业革命在仿“手”，第二次工业革命仿“足”，第三次工业革命仿的是“大脑”。最原始的通讯手段可能是烽火传警情，再逐步进化为旗语、电报、电话，然最方便、最自然的信息交流还是面对面的交谈，通信的发展终极目标也是实现5W(which who when where whome)
1、计算机学科与通信学科的融汇，
通信的发展目标从另一个角度来讲是“将互联网带身上”

1. 计算机的发展标志是通信功能越来越强

    最原始的计算机数据输入输出是通过穿孔实现数据IO, 进一步进化为磁盘、并行、串行通信、局域网、互联网。

1. 通信设备的发展标志是信息处理能力越来越强

1G（FDMA）信息处理基本是语音的整型
2G（TDMA）初称“数码通”，开始采用精确时隙（微秒级）控制。信息处理主要体现在两个方面，一是信道（channel）引用了数字信令，一是信源处理的多元化，通过对数字信源的不同定义、使得多元化的信息能准确得得以传输、和还原。
3G（CDMA）在无线信道处理利用扩频技术实现码分多址，实现同一频段、同一时间的多通道通信。使得在有限的无线频谱资源内可传输更大的信息量。基于IP的信源则呈现与互联网更高的吻合度，使得3G手机视像通信的实现代价将远远低于2G。

2、计算机、无线与图像处理的融汇
    人类最方便、最自然的信息交流还是面对面的交谈，在无线带宽资源、信息处理速度均发展到实用阶段，发展视像通信就是自然的事情了，数字影像产品的快速发展根本上得益于算法的突破，未来电子系统设计将与应用算法呈紧密相关。

1. 数码相机的算法基础——JPG

    JEPG（Joint Photographic Experts Group）是一个由ISO和IEC两个组织机构联合组成的一个专家组，JPEG专家组开发了两种基本的压缩算法，一种是彩以离散余弦变换DCT（Discrete Cosine Transrorm）为基础的有损压缩算法，另一种是采用以预测技术为基础的无损压缩算法。

1. VCD的算法基础——MPEG-1

    MPEG（Moving Pictures Experts Group）动态图像压缩标准是ISO/IEC/JTC/SC2/WG11的一个小组1999年形成了一个标准草案，MPEG标准分成MPEG视频、MPEG音频和视频音频同步三个部分。第一阶段（MPEG-1）是针对传输率为1Mbps到1.5Mbps的普通电视质量的视频信号的压缩； 故采用MPEG-1算法生产的VCD仅仅是一个过渡产品。
考虑到绝大多数用户仅需要解压算法；在MPEG系统中采用了“非对称”系统设计，压缩算法运算量远远大于解压缩运算量，以降低仅用解压运算的视频播放产品的制造成本

1. DVD的算法基础——MPEG-2

    第二阶段（MPEG-2）目标则是对每秒30帧的720×572分辨率的视频信号进行压缩；在扩展模式下，MPEG-2可以对分辨率达1440×1152高清晰度电视（HDTV）的信号进行压缩。

1. 视像通信的算法基础——H.261

H.261视频通信编码标准是由CCITT第15项研究于1998年提出的电话/会议电视的建议标准，该标准又称为Px64K标准, Px64K视频压缩算法也是一种混合编码方案，最近又推出了H.264标准。

3、多学科融汇的产品体现是“产品定义界限模糊化”