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。
中图分类号：TP368 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256913
中文引用格式： 李超，李宾，王艳. 多核异构通用控制计算机模块设计与实现[J]. 电子技术应用，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，李宾，王艳. 多核异构通用控制计算机模块设计与实现[J]. 电子技术应用，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
针对当前电子系统的核心关键元器件和计算机等部组件小型化、低成本和快速研制的迫切需求，在已有国产技术基础上，如何快速提升电子系统的技术成熟度，大幅度降低电子产品体积、重量、成本，建立适用于通用化和批量化需求的元器件与部组件“短、平、快”研制流程，缩短研制和交付周期，是当前亟需解决的核心关键技术攻关课题。采用系统级封装（System in Package，SiP）[1-3]技术是当前解决系统微小型化和有效提升产品可靠性的一条有效途径，该技术更能满足集成电路向更高集成度、更高性能、更高工作频率发展的要求。目前国内也有不少单位和研究机构基于SiP技术进行了相关产品设计和可靠性研究工作[4-6]。
本文提出了一种基于全国产化裸芯级封装的SiP小型化通用计算控制模块研制方法，通过将四核DSP、FPGA、SDRAM和Flash等器件进行系统集成和封装，使产品的构造趋向模块化、集成化，实现接口灵活扩展、高速通信、程序存储及数据运算等功能。该模块具有体积小、功耗低、处理性能高、通用性强、使用灵活等特点。该模块相比传统的由DSP和FPGA等单芯片组成的系统，可极大缩小系统占用面积和系统功耗，大幅降低产品成本，缩短研制周期，对电子系统的发展、提高产品竞争力具有巨大促进作用。
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作者信息：
李超，李宾，王艳
（北京轩宇空间科技有限公司，北京 100190）
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