多核异构通用控制计算机模块设计与实现
电子技术应用
李超，李宾，王艳
北京轩宇空间科技有限公司
摘要： 提出了一种基于系统级封装（SiP）技术的高集成、小型化的多核异构通用控制计算机模块设计思路和实现方法。该模块集成多核DSP、FPGA、SDRAM、Flash等9颗大规模集成电路，采用高温共烧陶瓷管壳（HTTC），通过双面双腔布局封装设计技术，实现了复杂系统电路的小型化、通用化高密度集成。此外，针对模块中高速SerDes电路信号完整性、大功率有源器件散热困难、大规模电路电源完整性等问题，通过综合机、电、力、热等仿真及优化方法，实现了模块高密度集成过程中电路的高可靠设计，并完成了样品小批量试制和功能性能测试。经测试，产品尺寸为39 mm×39 mm×6.49 mm，重量为29 g，相比于分立器件组合的系统，体积重量可降低80%以上。常温25 ℃及高温105 ℃下，微系统模块内部DSP和FPGA功能运行稳定、存储器读写正常、高速通信速率可达5 Gb/s，各项功能和性能指标均满足设计预期。本研究为系统级封装产品的小型化、高集成、高可靠设计提供思路和方法。
中圖分類號：TP368 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256913
中文引用格式： 李超，李賓，王艷. 多核異構通用控制計算機模塊設計與實現(xiàn)[J]. 電子技術應用，2026，52(2)：28-34.
英文引用格式： Li Chao，Li Bin，Wang Yan. Design and implementation of multi-core heterogeneous general-purpose control computer module[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(2)：28-34.
中文引用格式： 李超，李賓，王艷. 多核異構通用控制計算機模塊設計與實現(xiàn)[J]. 電子技術應用，2026，52(2)：28-34.
英文引用格式： Li Chao，Li Bin，Wang Yan. Design and implementation of multi-core heterogeneous general-purpose control computer module[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(2)：28-34.
Design and implementation of multi-core heterogeneous general-purpose control computer module
Li Chao，Li Bin，Wang Yan
Beijing Sunwise Space Technology Ltd.
Abstract： This paper demonstrates a design of high integrated and miniaturized multi-core general-purpose control computer module, which can be implemented through the system-in-packaging (SiP) technology. This module integrates nine large-scale integrated circuits, including multi-core DSP, FPGA, SDRAM, and Flash. It employs a high-temperature co-fired ceramic (HTCC) tube shell and utilizes a double-sided dual-cavity layout packaging design technology to achieve miniaturization, generalization, and high-density integration of complex system circuits. Additionally, to address issues such as the integrity of high-speed SerDes circuit signals, the difficulty of heat dissipation from high-power active devices, and the integrity of large-scale circuit power supplies within the module, a high-reliability design was achieved through comprehensive simulation and optimization methods covering mechanical, electrical, and thermal aspects. Small-scale trial production and functional performance testing have also been completed. The product measures 39 mm×39 mm×6.49 mm and weighs 29 g. Compared to a system composed of discrete components, the volume and weight are reduced by over 80%. At ambient temperature(25°C) and high temperature(105°C), the DSP and FPGA functions within the microsystem module operate stably, memory read/write operations function normally, and the high-speed communication rate can reach 5 Gb/s. All functions and performance indicators meet the design expectations. The work presented in this manuscript can provide ideas and methods for the miniaturization, high integration, and high-reliability design of similar system-level packaging products.
Key words : micro-system；system-in-packaging；high-temperature co-fired ceramic；multi-core heterogeneous；computer module
引言
針對當前電子系統(tǒng)的核心關鍵元器件和計算機等部組件小型化、低成本和快速研制的迫切需求，在已有國產技術基礎上，如何快速提升電子系統(tǒng)的技術成熟度，大幅度降低電子產品體積、重量、成本，建立適用于通用化和批量化需求的元器件與部組件“短、平、快”研制流程，縮短研制和交付周期，是當前亟需解決的核心關鍵技術攻關課題。采用系統(tǒng)級封裝（System in Package，SiP）[1-3]技術是當前解決系統(tǒng)微小型化和有效提升產品可靠性的一條有效途徑，該技術更能滿足集成電路向更高集成度、更高性能、更高工作頻率發(fā)展的要求。目前國內也有不少單位和研究機構基于SiP技術進行了相關產品設計和可靠性研究工作[4-6]。
本文提出了一種基于全國產化裸芯級封裝的SiP小型化通用計算控制模塊研制方法，通過將四核DSP、FPGA、SDRAM和Flash等器件進行系統(tǒng)集成和封裝，使產品的構造趨向模塊化、集成化，實現(xiàn)接口靈活擴展、高速通信、程序存儲及數(shù)據(jù)運算等功能。該模塊具有體積小、功耗低、處理性能高、通用性強、使用靈活等特點。該模塊相比傳統(tǒng)的由DSP和FPGA等單芯片組成的系統(tǒng)，可極大縮小系統(tǒng)占用面積和系統(tǒng)功耗，大幅降低產品成本，縮短研制周期，對電子系統(tǒng)的發(fā)展、提高產品競爭力具有巨大促進作用。
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作者信息：
李超，李賓，王艷
（北京軒宇空間科技有限公司，北京 100190）
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