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[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[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。采用系統級封裝（System in Package，SiP）[1-3]技術是當前解決系統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等器件進行系統集成和封裝，使產品的構造趨向模塊化、集成化，實現接口靈活擴展、高速通信、程序存儲及數據運算等功能。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。該模塊相比傳統的由DSP和FPGA等單芯片組成的系統，可極大縮小系統占用面積和系統功耗，大幅降低產品成本，縮短研制周期，對電子系統的發展、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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