將數個功能不同的芯片，整合成“一個”具有完整功能的芯片，再封裝成“一個”集成電路，稱為“系統級芯片（SoC：System on a Chip）”。

例如：將處理器變成“CPU 單元”，北橋芯片變成“MCH 單元”，整合在同一個光罩上，制作成一個芯片，如下圖所示，目前 Intel公司就是朝向這個方向努力，以縮小筆記本電腦的體積。

SoC芯片的優點

? 減小體積：以印刷電路板組合數個不同功能的集成電路，體積較大；如果整合成一個 SoC 芯片，體積則被縮小。

? 減少成本：需要封裝測試多顆集成電路，成本較高；如果整合成一個 SoC 芯片，只需要封裝測試一顆集成電路，成本較低。
? 降低耗電量同時提高運算速度：以印刷電路板組合數個不同功能的集成電路，電信號必須在印刷電路板上傳送較長的距離才能進行運算，耗電量較高，運算速度較慢；如果整合成一個 SoC 芯片，電信號在同一個集成電路內傳送較短的距離就能進行運算，耗電量較低，運算速度較快。

? 提升系統功能：將不同功能的集成電路整合成一個 SoC 芯片，體積較小，可以整合更多的“功能單元”，形成功能更強大的芯片。

SoC芯片的挑戰

由于 SoC 芯片的設計與驗證必須與半導體制造技術配合，再加上必須具備完整的混合信號、數字與類比、低頻與高頻、存儲器等相關的智慧財產權（IP）產業互相配合，因此系統單晶片的設計仍然有許多困難極待克服，系統單晶片的設計瓶頸包括：

? 制造瓶頸：不同功能單元的制程技術不同，要同時制作在硅芯片上非常困難，數字電路的整合比較容易，數字與模擬電路兩者要整合在一起就比較困難。? 封裝瓶頸：SoC 芯片功能強大，工作頻率增加，必定會造成線路的信號產生雜訊互相干擾，必須使用覆晶封裝、錫球封裝、 晶圓級封裝等技術加以克服。

? 測試瓶頸：測試機器必須同時具備多種數字與模擬信號的測試功能，因此必須發展多功能單一機型的測試機器，同時測試不同功能的 SoC 芯片。

為何需要SoC？智能手機的發展自 2007 年蘋果發表 iPhone 3G 后，到之后蘋果開始設計自己的 A 系列芯片，從 2010 的 A4 芯片，到現在 M2系列，性能的爆炸性增長，同時卻能維持住省電，而在同一面積下能塞的晶體管還愈來愈多。當然不能忽視的是這也是投入很多金錢即研究人員出來的成果，但可以證明 SoC 帶來的優勢，是非同小可的。

物聯網的需求

物聯網也是 SoC 其中的推力之一。蘋果 Airpod具有藍牙、音樂播放功能，Apple Watch 有 Wifi、顯示以及聲音功能。但這卻很難利用同一顆 CPU 來完成這兩種截然不同的應用，因此面對物聯網多樣化的應用需求，SoC 剛好就是很棒的解決方案。

透過整合不同的芯片，并針對不同的應用設計 SoC 芯片，再讓架構師設計適合的微架構，進行優化、測試，來解決物聯網應用的需求，如：更長的使用時間搭配更棒的音質效果、或者更棒的感測技術搭配無線功能等等。

人工智能的成長

事實上，神經網絡的概念很早就被提出，之所以近十年快速發展是因為 GPU 算力的突破性成長，讓以前要花幾個禮拜訓練的模型，如今在幾天甚至幾個小時就能完成，這也帶領世界走進大數據時代。

通過CPU 與GPU的整合，同時也推動著AI SoC 芯片的發展。

除此之外，市場需求、應用層面的擴張、額外的數據處理，也推動了SoC 的需求增加。