摘要
对于工业产品而言，在“芯片级设计”与“系统级模块”（SOM）之间做出选择，实际上是一项涉及产品生命周期的风险决策，而不仅仅是物料清单的比较。在长达10年甚至更长的产品生命周期内，安全义务、合规风险、供应链稳定性、上市后的支持成本以及产品上市时间都是需要考虑的重要因素。 对于大多数中等产量的工业产品而言，采用基于Digi ConnectCore 等平台的SOM方案既能降低风险，又能加快产品上市速度。而“芯片级”设计通常仅在以下情况下才具有合理性：产量极高、面临极端的尺寸或功耗限制，或者拥有成熟的专用硬件和安全团队。
在设计和构建嵌入式系统时，“自研还是采购”的决策已不再仅仅关乎组装嵌入式硬件并让原型机运行起来。对于工业产品而言，“从芯片开始设计”与“采用系统级模块（SOM）”的抉择，将决定您未来10到15年的安全态势、合规风险、元器件短缺风险以及技术支持成本。 这对产品上市时间也至关重要。应选择能最好地管控这些风险的起点，而不仅仅是材料清单成本最低的那种方案。
Digi ConnectCore 模块,
TrustFence 安全性, Digi Embedded Yocto，以及
ConnectCore 云 和
安保服务 旨在承担其中大部分风险。真正的回报在于能够更早地进入市场。
“自建还是采购”的决策已发生变化
多年来，关于是围绕处理器进行定制PCB设计（芯片级设计），还是以系统级模块（SOM）为起点，这一问题一直被框定为工程投入与单位成本的权衡。但这种框架对于工业嵌入式产品而言已不再适用。
工业设备在现场的使用寿命可达十年或更久。它们部署在至关重要的网络中：工厂车间、能源基础设施、医疗环境、交通系统。如今，这些设备必须遵守许多团队上次选择平台时尚不存在的法规。而过去几年的情况表明，单个组件的不可用会以多快的速度导致整条生产线停滞。
因此，真正的问题是：在整个产品生命周期内，哪个起点能带来最低的总风险和总成本？这个问题与工程师、产品经理、项目负责人以及财务人员都息息相关，而每个群体看到的答案都各不相同。
这是一个光谱，而不是非此即彼的选择
大多数团队会考虑两种方案，但实际上共有三个出发点：
| 起点 |
你的财产 |
最合适 |
| 芯片向下 |
所有内容：原理图、布局、BSP、安全、认证、采购 |
产量极高、成本或尺寸限制极为严苛、拥有深厚的内部专业知识 |
| 系统级模块（SOM） |
载板、应用软件、产品级合规性 |
需要快速响应和长期支持的差异化工业产品 |
| 单板计算机（SBC） |
外壳、应用、集成 |
快速原型制作、小批量产品、概念验证 |
做出决定前需要回答的五个问题
1. 您是否拥有开发基于芯片级产品的工程资源，且这些资源是否确实可用？
在联网嵌入式产品开发中，项目范围几乎总是比构思阶段预期的要大。请客观评估：团队是否曾开发过此类产品，其他项目是否真的可以搁置，以及你们是否在那些不太引人注目的领域拥有深厚的专业知识，例如高速布局、电源管理、射频设计、安全启动和长期的 Linux 维护。 如果团队缺乏核心射频工程技能，仅射频设计的复杂性就可能成为项目的致命障碍。“从芯片开始”意味着必须配备所有这些设计、制造和测试方面的专业人才，而不仅仅是你自己感兴趣的领域。
Digi 如何提供帮助： ConnectCore SOM出厂时，其处理器、内存、电源管理以及（无线版本中的）无线电模块均已通过预认证、集成并经过测试；此外，Digi Embedded Yocto 从第一天起就提供经过验证的 Linux 板级支持包。您的团队可以专注于应用程序和载板开发，而非计算子系统。当您需要更深入的工程支持时，我们还提供专业的技术支持和Particle 设计服务。
2. 你的时间表到底是什么样的？
没有明确时间表的嵌入式系统设计项目往往成本最高，因为团队需要全职投入，且工作效率无法达到峰值，而这种状态持续的时间远超必要。预集成、预测试的模块能够切实缩短项目周期：软件开发可以在第一天就在目标平台上启动，应用板设计可以遵循经过验证的参考设计，硬件和软件工作也可以并行进行，而非依次进行。
Digi 如何提供帮助： 开发套件和单板计算机使软件团队能够在定制载板仍在设计阶段时，就直接在真实的目标硬件上开始开发。Digi 还为其参考板提供了原理图、Gerber 文件和物料清单，因此载板设计可以基于经过验证的方案展开，而非从零开始。
3. 您是否对总体拥有成本进行了建模，而不仅仅是物料清单？
从理论上看，芯片向下设计可能具有更低的单位成本。通过纳入以下内容，对这一假设进行验证：
- 硬件、软件和测试开发的非经常性工程费用
- 原型进行旋转和重新旋转
- 认证和合规成本，例如无线电、安全及其他行业特定要求
- 制造测试开发与良率提升
- 在产品生命周期内持续进行软件维护和安全补丁更新
- 产品淘汰管理与重新设计风险
- 产品推迟上市的每个月，您将因此损失的收入（见下文）
在产量适中且生命周期较长的情况下，该模块较高的单件成本往往会被节省下来的工程和生命周期成本所抵消。
Digi 的优势：无线系统级模块（SOM）上预认证的 Wi-Fi 和蓝牙功能，大大减轻了无线电认证的工作量。ConnectCore 云服务提供“基础版”和“高级版”两个等级，并支持订阅制和按量付费两种模式，因此持续的管理成本可预测，且能随设备数量的增加而灵活扩展。
4. 您能否在产品的整个生命周期内履行安全与合规义务？
这正是门槛变化最大的地方。在联网工业产品的开发中，安全性不再是产品上市前才需要添加的一项功能，而是一项持续的责任——从嵌入式设计和原型制作开始，一直延续到产品在实际使用中的整个生命周期。
影响联网产品的法规，例如 《欧盟网络弹性法案》、欧盟《无线电设备指令》中的网络安全要求，以及工业自动化领域的行业标准（如IEC 62443）等法规，均要求制造商承担责任，确保产品安全可靠，追踪并披露漏洞，并在整个支持周期内提供安全更新。
对于IoT 的产品开发团队而言，这意味着具体的工作：
- 安全且经过身份验证的启动、加密存储和受保护的接口
- 一种值得信赖的、经过签名的空中更新机制
- 软件物料清单（SBOM）以及用于监控您发布的每个开源组件中新增漏洞的流程
- 漏洞处理与披露流程
- 基于硬件的设备身份识别与密钥管理
在基于定制芯片的整体设计中，内部构建并维持所有这些内容，是一项重大且持久的承诺。
Digi 的解决方案：安全防护涵盖三个层面：具备硬件安全基础的恩智浦（NXP）和意法半导体（STMicroelectronics）芯片、Digi TrustFence 框架（安全启动、加密文件系统、身份验证访问和安全固件更新），以及ConnectCore 安全服务（SBOM、漏洞扫描和 CVE 报告），并配合云服务实现安全的空中补丁更新。Digi 认为这一组合符合《CRA 附件 I》的要求。各层面的具体说明如下。
5. 贵公司的供应链能否为该产品提供长达10年或更长时间的支持？
近年来出现的短缺现象，导致许多团队手头有材料却无法生产产品。对于工业产品而言，供应链的稳定性必须成为选型标准，而非事后才考虑的因素。
在选择任何平台供应商时应提出的问题，以及在决定采用芯片级设计还是SOM设计时应自问的问题：
- 处理器和模块的承诺可用时间窗口是多少？
- 该处理器是否来自提供工业级长寿命计划的供应商？
- 如何处理产品停产通知？“最后一次购买”流程是怎样的？
- 是否有明确的迁移路径，可迁移至具有引脚兼容或软件兼容选项的替代器件？
- 多渠道采购和组件层面的风险由谁来管理：是你，还是你的供应商？
采用SOM方案时，大部分元器件采购、停产追踪和生命周期规划的工作将转移给一家以这些业务为核心的供应商。而采用“芯片级”方案时，电路板上的每个电容器、存储器和电源IC都由您负责。
Digi 如何提供帮助：Digi 设计的ConnectCore SOM 模块专为工业级长寿命而打造，基于恩智浦（NXP）和意法半导体（STMicroelectronics）的处理器系列——这些系列均定位于长期工业级供货；同时，Digi 负责管理模块级元器件采购、最后一次采购沟通以及后续产品规划，让您无需为此操心。这些模块经过专门设计和验证，可满足工业环境的要求，包括宽温范围，并已通过 IEC 60068 和 HALT 等可靠性测试（针对当前设计）。
上线后的成本
许多团队在开发阶段会精心制定预算，却低估了后续工作。产品上线后，您仍需负责以下事项：
- 固件更新
- 安全补丁
- 错误修复和内核更新
- 应对第三方组件中发现的新漏洞
- 车队部署管理
- 监控与远程更新
- 在不影响认证的情况下处理组件变更
在长达10年的生命周期内，这些成本可能与最初的开发投资相当，甚至超过后者。产品经理应从一开始就要求提供这种生命周期视角，因为这是商业案例中最常被忽略的部分。
这也是平台化策略能发挥最大效益的领域。更新、漏洞追踪和车队管理并非一次性工程任务，而是持续性的服务。Digi 正是将这些服务打包为持续性服务，具体如下所述。
收入方面：更快的上线速度能带来多少价值
大多数关于系统级芯片（SOM）与自下而上（chip-down）设计方案的分析都侧重于成本比较。但这忽略了商业案例中最重要的数字：根据产品何时交付给客户，您将获得或错失的收入和利润。产品经理和财务负责人应将这一点与工程估算放在同等重要的位置。
每推迟一个月都要付出代价。一个简单的表述方式是：每月延迟成本 = 稳态下的预期月毛利，并根据销售额增长速度进行调整。
在推出嵌入式解决方案时，速度的重要性源于以下几个方面：
- 提前实现收入。当市场窗口的截止日期已确定（例如竞争对手的发布、客户项目的日期或监管截止日期）时，每提前一个月启动，就意味着多获得一个月原本无法挽回的销售额。
- 竞争地位。工业客户会对供应商进行资质审核，且往往会长期与之合作。率先进入市场往往意味着能赢得产品设计采用，并由此获得后续的安装基数。
- 定价权。在市场初期，你受到跟风者带来的价格压力的影响较小。
- 学习速度更快。更早的实地部署能获得真实的客户反馈，从而指导下一版本的开发。
- 工程能力。那些无需忙于重建计算平台的工程师，便可以专注于开发能让您的产品脱颖而出的功能，或者着手开发下一款产品。
- 市场准入。对于销往受监管市场的产品，若错过合规截止日期，不仅会导致收入延迟，甚至可能完全无法获得收入。
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深入了解“芯片级”与“SOM”开发模式的区别
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SOM 与 Chip Down 设计对比的示例说明
| 假设还是结果 |
假设值 |
| 年销量 |
20,000 单位 |
| 该产品的预期稳态毛利 |
每月20万美元 |
| 基于模块的方法实现发射加速 |
6个月前 |
| 因提前上市带来的增量毛利（市场窗口固定，不考虑产能爬坡） |
120万美元 |
| 避免了非重复性工程费用（计算子系统硬件、BSP、安全调试） |
约100万美元 |
| 避免了认证和重新开发的成本 |
$150,000 |
| 避免了Linux和安全维护的持续开支（1个全职员工，年薪20万美元×10年） |
约200万美元 |
| 总避免成本 |
约435万美元 |
| 10年成本分析 |
假设值 |
| 模块成本溢价与芯片级BOM的对比 |
每套15美元，即每年30万美元，10年内共计300万美元 |
| 德尔塔成本（避免成本 – 成本溢价） |
约135万美元 |
在这个假设案例中，模块成本溢价在十年内总计约为300万美元，但提前上市、节省的工程和认证工作以及节省的持续维护工作所带来的价值约为435万美元。只有当年产量超过约29,000台时，天平才会向“芯片级”方案倾斜。 您的具体数据可能会有所不同，但这一方法仍然适用：应将生命周期成本溢价与生命周期节省成本加上产品上市时间的价值进行比较，而不是单纯比较物料清单（BOM）成本。
各团队还应如实模拟芯片价格下跌的情况。当产量非常高且市场窗口期较长且稳定时，单价溢价可能更为重要。
在什么情况下采用“芯片向下”设计才是合理的？
模块化方法并不总是最佳解决方案。在以下情况下，采用“从芯片开始”的产品开发方式是合理的：
- 销量非常大，单位成本是商业案例中的关键因素
- 现有模块无法满足尺寸、功耗或外形尺寸方面的要求
- 贵公司拥有一支成熟、敬业的硬件和安全团队，并已建立完善的流程
- 您已经维护了一个针对该处理器的长期运行的软件平台
即便如此，许多团队仍会先采用系统级模块（SoM）而非芯片级设计来制作原型，甚至直接基于模块设计进行产品发布。 这样做使他们能够在投入定制设计之前，先对产品和市场进行验证。由于Digi Embedded Yocto和TrustFence框架可在ConnectCore系列上运行，并且基于NXP和意法半导体（STMicroelectronics）的标准芯片构建，因此，即使您日后转用定制电路板，在系统级模块（SOM）上完成的软件和安全工作仍可直接沿用。