2.4 Si³P之intelligence
intelligence中文翻译为智能、智慧。智能，通常认为是智力和能力的总称。
从感觉到思维再到记忆这一过程被称为智力，智力结果产生了行为和语言，将行为和语言的表达过程称为能力，两者合称智能。
将感觉、思维、记忆、行为、语言的整个过程称为智能过程，它是智力和能力的表现。
我们可以将智能（智力+能力）和“智能系统”对应来理解。智力与智能系统的对应关系如图2-29所示。
图2-29 智力与智能系统的对应关系
智力所包含的感觉、思维和记忆，可分别对应智能系统的传感器、处理器和存储器，如图2-29所示。
能力包含的行为和语言对应智能系统的“硬件执行”和“软件执行”，简称硬件和软件，如图2-30所示。
图2-30 能力与智能系统的对应关系
用计算机语言来描述，智力更强调“输入+运算+存储”，而能力则强调“执行+输出”。
对于实现微系统平台的SiP来说，设计一个结构合理、工作可靠、功能完备的系统是设计的目的。
对于一款SiP来说，“结构合理”可以从integration（2D、3D）着手，“工作可靠”需要重点关注interconnection（电磁、热、力），而“功能完备性”要依靠intelligence。
下面从四方面对SiP的功能完备性和智能性进行讨论。
2.4.1 系统功能定义
1.输入+运算+存储；执行+输出
智能系统需要包含输入、运算、存储、执行和输出单元。
SiP可以作为独立的智能系统，或者作为智能系统的一部分。在很多情况下，我们设计的SiP本身并非一个完整的智能系统，而是需要和其他系统一起协作，最终成为完备的智能系统。
SiP作为智能系统的一部分，随着系统对智能化的要求越来越高，SiP也需要具备智能化的元素，设计人员要从智能化的角度去考虑SiP的研发和设计。
如果一个SiP要成为一个完整的智能系统，则需要包含输入、运算、存储、执行和输出等单元。这样的SiP需要配备传感器、CPU、存储器、执行机构、输出接口，以及相配套的软件等，才能成为真正的智能系统。
2.功能的合理裁剪
多个SiP配合工作可以形成完整的智能系统，例如：封装了多种传感器的SiP配合封装了CPU+存储器的SiP，以及封装了视频、音频输出单元的SiP等，可以组合形成相对完备的智能系统。
现在的智能手机里面集成了多个SiP，它们相互配合，并和其他的单元一起成为智能系统。SiP通常不会和最终客户直接打交道，所以SiP的智能性主要体现在其作为智能单元，并成为智能系统的有机组成部分。
在设计一个SiP的时候，根据其实际的使用情况，对其功能进行合理的裁剪，既要考虑其功能的完备性、智能性，同时也要考虑系统过于复杂所带来的风险性。
3.解决兼容性问题
兼容性问题是在SiP设计中需要重点考虑的，从处理器型号的选择到封装引脚功能的定义，以及封装类型的选择，都需要考虑兼容性问题。因为SiP作为智能系统的组成部分，需要和其他单元一起配合工作。
此外，兼容性好的SiP也会使其使用者工作效率更高，更容易被市场接受。
2.4.2 产品应用场景
在SiP产品研发中，要充分考虑产品最终应用场景和应用环境的需要，并在设计中采用相应的策略。
例如，应用在用于深空探测的宇宙飞船或者卫星中的SiP，需要在考虑空间环境中工作的可靠性，除了采用辐照性能好的芯片，还需要在设计中采用诸如三模冗余等设计方法。此外，由于深空探测距离远，无法及时与地球进行通信，需要其系统的处理能力足够强，遇到紧急情况可自主决策。如果SiP作为主控计算机，则需要有足够强大的处理器来进行自主决策。
应用在智能手机中的SiP，其设计思路则会完全不同，除了要功能强大以满足智能手机的各种App需求，还需要考虑低功耗设计，使手机有更长的续航时间。
应用在智能汽车中的SiP的要求又会有所不同，设计人员的设计思路同样需要相应的调整。
2.4.3 测试和调试
一般情况下，测试是去发现潜在的问题，调试是想办法解决已经发现的问题。
一个SiP，测试和调试时间可能需要占其研发时间的一半以上。
测试的种类很多，包括功能测试、性能测试，以及机械强度、热冲击、扫频震动、恒定加速度等测试，还包括老练试验、ESD试验、抗辐照试验等，需要根据产品的应用场景来合理安排相关测试项目。
调试通过模拟实际的工作环境，并通过软硬件配置和工作状态的改变来解决或者确认已经发现的问题，对于无法通过调试解决的问题，则需要重新进行设计。
在定义SiP和外界通信的通道时，除了满足正常工作时的功能需求，还需要满足测试、调试以及问题分析的需求。在SiP封装引脚的定义上，需要专门为测试和调试留有通道，这样就便于发现潜藏的问题和后续进行问题分析。
SiP的功能测试和性能测试通常分为机台测试和板级测试两部分。
机台测试：一般是测试SiP在不同工作状态下（即满足不同功能需求情况下）的电参数。例如，不同网络在不同工作模式下的电流值和电压值，通常包括常温测试（25℃），低温测试（-40℃，-55℃）和高温测试（85℃，125℃），根据使用环境的不同定义不同的低温和高温。
板级测试：通过模拟SiP的实际工作情况，对SiP的各种功能和性能进行测试。为了测试充分，需要编写相应的测试案例，同时也需要在常温、低温和高温下进行测试。
2.4.4 软件和算法
软件和硬件是一个电子系统中互相依存的两部分，在SiP系统中二者缺一不可，软件和硬件的关系主要体现在以下三方面。
（1）软件和硬件互相依存，硬件是软件赖以工作的物质基础，软件的正常工作是硬件发挥作用的途径。
（2）硬件和软件无严格界限，在许多情况下，系统的某些功能既可以由硬件实现，也可以由软件来实现。因此，软件与硬件在一定意义上说没有绝对严格的界限。
（3）硬件和软件协同发展，软件随硬件技术的发展而发展，而软件的不断发展与完善又促进硬件的更新，两者交织发展，缺一不可。
从上面软件和硬件的关系和可以看出软件对于系统的重要性，如果没有软件，SiP就不能实现正常功能，其智能化更是空中楼阁。
通常，与SiP研发过程及产品应用相关的软件包括以下类型。
1.测试软件
机台测试软件通过Verilog或者VHDL语言编写测试激励和器件模型，然后通过仿真工具将其转成“*.vcd”等格式的文件（波形文件），并导入测试机台作为测试向量。
测试向量（Test Vector）是每个时钟周期作用于器件引脚上，用于测试或者操作的逻辑1和逻辑0数据，其中逻辑1和逻辑0是由带定时特性和电平特性的波形代表的，与波形形状、脉冲宽度、脉冲边缘或斜率，以及上升沿和下降沿的位置都有关系。测试向量波形如图2-31所示。
依据被测器件（Device Under Test，DUT）的特点和功能，通过机台提供测试向量（包括输入DUT的测试激励和预期响应），测量DUT的输出响应并与预期响应做比较，从而判断DUT是否合格。
图2-32所示为机台测试的基本原理，通过机台模拟被测器件的实际工作状态，输入一系列有序的测试向量（波形），以电路规定的速率作用于被测器件，再在电路输出端检测输出信号是否与预期图形相符，以此判别被测器件功能是否正常。
图2-31 测试向量波形
图2-32 机台测试的基本原理
板级测试软件与SiP的实际工作状态相关，通过模拟SiP的实际工作情况，对SiP的各种功能和性能进行测试。
为了测试充分，需要编写相应的测试案例，同时也需要在常温、低温和高温条件下进行各种功能的测试。为了提高测试效率，板级测试软件需要能同时测量多个SiP，这一点与SiP实际工作状态会有所区别。
2.系统软件
系统软件是指控制和协调SiP系统及外部设备，支持应用软件开发和运行的系统，无须用户干预，能调度、监控和维护整个SiP系统。
系统软件负责管理SiP系统中各种独立的模块，使之可以协调工作。系统软件使用户将SiP当作一个整体而不需要顾及到底层每个硬件单元是如何工作的。
例如，电脑上的Windows操作系统，手机上的iOS、Android操作系统，嵌入式系统中的VX Works操作系统等都属于系统软件。
3.应用软件
应用软件可以拓展SiP系统的应用领域，放大硬件的功能，它可以解决不同问题，满足不同应用需求。
应用软件是使用多种程序设计语言编写的应用程序的集合，是专门针对解决某类问题而设计的程序。如电脑中的Office办公软件，EDA设计软件、仿真软件，图像图形处理软件等，手机中的各种App等都属于应用软件。
应用软件通常根据特定的任务需求而研发，例如，需要监测某个传感器传递来的信号进行分析，并执行相应的任务，如步数监测、心率监测等。
系统的智能化需要通过各种各样的应用软件来实现并与用户进行交互。
4.算法
算法就是软件的灵魂。一个需要实现特定功能的软件，实现它的算法可以有很多种，算法的优劣决定着软件的好坏。
例如，在EDA工具中的自动布线器就有不同的实现算法，设计人员在使用时可以选择不同的算法从而得到不同的布线结果。好的算法可以提高布通率，同时能提升布线效果，保证信号传输质量的同时也更美观。
对于仿真软件来说，同一个问题，不同的软件采用不同的算法会得到不同的结果，算法的优劣性会影响到仿真速度、仿真精度等。
所以，好的算法不仅会影响软件的运行结果，也会影响整个系统的执行效果。
2.4.5 智能（intelligence）小结
前面，我们从系统功能定义、产品应用场景、测试和调试，以及软件和算法四个方面对SiP的智能性进行了阐述，每个方面又进行了分类说明，如图2-33所示。
图2-33 SiP智能性的相关内容
这里，笔者想强调的是：智能性是系统实现的目的，SiP也同样如此。