Sistemul pe un cip este un cip mic cu toate componentele și circuitele electronice necesare. În literatura engleză, este folosit termenul SoC (system-on-a-chip). Sistemul din dispozitivul de detectare a sunetului poate include un ADC, un receptor audio, o memorie, un microprocesor și un control logic I/O utilizator pe un singur cip.
În medicină, un sistem SoC bazat pe nano-roboți poate acționa ca anticorpi programabili pentru a întârzia bolile precoce. Dispozitivele video bazate pe cip pot ajuta persoanele nevăzătoare permițându-le să primească o imagine, iar dispozitivele audio SoC pot face persoanele surde să audă. Sistemul pe cip evoluează împreună cu alte tehnologii, cum ar fi SOI (siliciu pe izolator).
Definițiile termenilor
Sistemul SoC combină circuitele electronice necesare ale diferitelor componente ale computerului pe un singur cip integrat (IC). Un SoC este un sistem electronic de substrat complet care poate conține analog,funcții digitale, mixte sau RF. Componentele sale includ de obicei o unitate de procesare grafică (GPU), o unitate centrală de procesare (CPU), care poate fi multi-core și memorie de sistem (RAM).
Deoarece system-on-a-chip include atât hardware, cât și software, consumă mai puțină energie, are performanțe mai bune, necesită mai puțin spațiu și este mai fiabil decât sistemele cu mai multe cipuri. Majoritatea cipurilor de sistem sunt incluse astăzi în dispozitivele mobile, cum ar fi smartphone-urile și tabletele.
System-on-a-Chip este proiectat special pentru a îndeplini standardele de încorporare a circuitelor electronice necesare a numeroase componente ale computerului pe un singur cip integrat. În loc de un sistem care asambla mai multe cipuri și componente pe un PCB, un SoC creează toate circuitele necesare într-un singur dispozitiv.
Provocările SoC includ costuri mai mari de prototipare, arhitectură și depanare mai complexă. IC-urile nu sunt rentabile. Cu toate acestea, acest lucru se poate schimba pe măsură ce tehnologia avansează.
Parametrii necesari de microcipare
System on Chip SoCs sunt dispozitive foarte complexe. De exemplu, sistemul Snapdragon 600 de la Qualcomm pe cip este SoC care a fost folosit pe vechiul smartphone Samsung Galaxy.
Oamenii doresc să-și poată folosi smartphone-urile pentru a naviga pe internet, a asculta muzică, a viziona videoclipuri, a folosi navigația prin GPS, a face fotografii și videoclipuri, a juca jocuri, a accesa rețelele sociale. Toate aceste caracteristicisunt furnizate nu numai cu un procesor bun, ci și cu un cip grafic puternic System on Chip SoC, un chipset rapid Bluetooth fără fir și suport pentru conectarea la rețele 4G. Toate acestea ar trebui să funcționeze cu cel mai mic consum de energie.
Soluția este să miniaturizi tot ceea ce poate fi instalat. Dispozitivele trebuie să fie cât mai comprimate posibil și așezate compact pe o suprafață mai mică. Consecința acestui lucru este o putere de procesare mai mare și un consum mai mic de energie. Acesta este exact ceea ce oferă SoC.
Design de sistem pe cip
Din punct de vedere conceptual, există trei niveluri de strategie de proiectare pentru cipurile funcționale. Primul nivel este simetria grupului de puncte. Dictează prezența sau absența unui anumit răspuns fizic și anizotropia cristalului. Prin urmare, poate fi folosit pentru a căuta și a proteja noi cristale funcționale.
Simetria grupului de puncte este o cerință necesară, dar nu o condiție suficientă pentru un cristal funcțional. Pentru ca un sistem SNK pe un cip să prezinte o anumită proprietate, acesta trebuie să fie completat de un al doilea nivel de strategie de proiectare - structura grupului spațial sau simetria.
În sfârșit, pentru a îmbunătăți sau optimiza răspunsul, există un al treilea nivel de strategie de proiectare a ingineriei moleculare care implică reglarea fină a structurilor electronice sau magnetice ale blocurilor de construcție ale atomilor, moleculelor și clusterelor de cristale.
Componentedispozitive mobile
Un sistem SoC-on-a-chip poate avea diverse elemente, în funcție de scopul său. Deoarece marea majoritate a SoC-urilor sunt folosite pe smartphone-uri, oferim o listă cu cele mai comune componente ale unor astfel de dispozitive:
- CPU este nucleul din interiorul SoC. Aceasta este partea care este responsabilă pentru realizarea majorității calculelor și deciziilor. Acesta primește intrare de la alte componente hardware și software și oferă răspunsuri de ieșire adecvate. Fără CPU, nu ar exista SoC. Majoritatea procesoarelor de astăzi au două, patru sau opt nuclee în interior.
- GPU - prescurtat pentru modulul de procesare grafică. Se mai numește și cip video. GPU-ul este responsabil pentru jocurile 3D, precum și pentru tranzițiile vizuale îngrijite care sunt vizibile în interfața oricărui dispozitiv care utilizează un sistem cu un singur cip.
- Memorie RAM - toate dispozitivele de calcul au nevoie de memorie pentru a funcționa. Pentru a putea rula aplicații și date software, trebuie să le utilizați. Pentru a face acest lucru, sistemul pe cip trebuie să aibă RAM.
- ROM - Orice dispozitiv trebuie să aibă memorie ROM pentru a stoca software, cum ar fi firmware-ul sau sistemul de operare pe care rulează.
- Modem - un smartphone nu va fi un telefon dacă nu se poate conecta la rețele radio. Modemurile au grijă de rețea sau conexiunea celulară.
Pe lângă CPU și memorie, alte SoC-uri pot include interfețe PCIe concepute pentruconectarea unor transceiver radio, interfețe SATA sau dispozitive USB.
Design cip
Sistemele de pe un cip trebuie să aibă blocuri de memorie semiconductoare pentru a-și efectua calculele. În funcție de aplicația SoC, memoria poate forma o ierarhie de memorie și cache. Acest lucru este obișnuit pe piața de calcul mobil, dar nu este necesar pentru multe microcontrolere încorporate de putere redusă.
Tehnologiile de memorie pentru SoC includ memoria doar pentru citire (ROM), memoria cu acces aleatoriu (RAM), ROM-ul programabil șters electric (EEPROM) și memoria flash. Ca și în cazul altor sisteme informatice, memoria RAM poate fi împărțită în RAM statică (SRAM) relativ mai rapidă, dar mai scumpă, și RAM dinamică (DRAM) mai lentă, dar mai ieftină, precum sistemul pe cip din acest articol.
Interfețe externe
SoC-urile includ interfețe externe, de obicei pentru protocoalele de comunicare. Acestea se bazează adesea pe standarde industriale, cum ar fi USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C și multe altele. Protocoalele de rețea fără fir, cum ar fi Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN și comunicarea în câmp apropiat pot fi, de asemenea, acceptate.
Dacă este necesar, SoC-urile includ interfețe analogice pentru procesarea semnalului. Ele pot interacționa cu diferite tipuri de senzori sau actuatoare, inclusiv convertoare inteligente. Ei pot contacta și anumeaplicații de module sau să fie interne SoC, de exemplu, dacă un senzor analogic este încorporat în SoC și citirile acestuia trebuie convertite în semnale digitale pentru procesare matematică.
Procesoare de semnal digital
Procesoarele de semnal digital (DSP) sunt adesea incluse în sistemele pe un cip. Ei efectuează procesarea semnalului de operare pentru senzori, actuatoare, achiziție de date, analiza datelor și procesare multimedia. Nucleele DSP au, de obicei, un cuvânt de instrucțiuni foarte lung (VLIW) și o arhitectură unidirecțională a seturilor de instrucțiuni, astfel încât sunt susceptibile de a exploata paralelismul.
nucleele 4DSP conțin cel mai adesea instrucțiuni specifice aplicației și sunt procesoarele setului de manuale specifice aplicației ASIP. Astfel de instrucțiuni corespund unor unități funcționale specializate.
Instrucțiunile DSP tipice includ acumularea multiplă, transformarea Fourier rapidă, multiplicarea lină și convoluția. Ca și în cazul altor sisteme informatice, SoC-urile necesită surse de ceas pentru a genera semnale de ceas, pentru a controla execuția funcțiilor și pentru a oferi context de sincronizare aplicațiilor de procesare a semnalului, dacă este necesar.
Sursele de timp populare sunt oscilatoarele cu cristale și buclele blocate în fază. SoC-urile includ, de asemenea, regulatoare de tensiune și circuite de gestionare a energiei.
Diferența dintre SoC și CPU
Pe vremuri, mulți oameni credeau că procesorul era complet izolat de monitor. Acum mulți înțeleg că procesorul este doar o mică parte,iar un computer este format din mai multe părți.
System on a chip este o placă de circuit electronic care integrează toate componentele necesare într-un computer și alte sisteme electronice. Acestea includ GPU, procesor, memorie, circuite de gestionare a alimentării, controler USB, radiouri fără fir și multe altele. Aceste componente sunt lipite pe placa de bază, care este diferită de computerele convenționale, ale căror părți pot fi înlocuite în orice moment.
Ați putea spune că un sistem pe un cip (SoC) este ceea ce se întâmplă atunci când Vector de la Despicable Me folosește „comprimarea fasciculului” pe un computer cu drepturi depline. Cu puterea miniaturizării, System on a Chip este un computer funcțional care a fost comprimat pentru a se potrivi pe un singur cip de siliciu.
Unde sunt folosite jetoanele
SoC este de obicei mic și nu ocupă mult spațiu în interiorul unui dispozitiv electronic, ceea ce îl face ideal pentru dispozitive mai mici. Combină multe piese diferite pe un singur cip, ceea ce înseamnă că producătorul său nu trebuie să cheltuiască timp, bani și resurse pentru a stabili piese fizice semnificative și a construi circuite lungi, ceea ce înseamnă, la rândul său, producție și costuri mai mici. Sistemele de pe un cip sunt mult mai eficiente decât cele cu componente individuale dedicate, cum ar fi un PC desktop sau laptop. SoC poate funcționa cu baterii pentru o perioadă mai lungă de timp.
Abordările tradiționale ale electronicii au vizat crearea de sisteme care rulează individualpărți independente. Exemple sunt computerele și laptopurile. Cu toate acestea, miniaturizarea constantă a tot ceea ce este în jur înseamnă că aceștia se bazează din ce în ce mai mult pe sisteme mai mici, mai eficiente din punct de vedere energetic pe un cip. Smartphone-urile, tabletele și chiar dispozitivele IoT (Internet of Things) demonstrează că sistemele pe cipuri sunt o parte importantă a viitorului tuturor electronicelor.
Dispozitiv Intel Pentium N3710
Pentium N3710 este un sistem quad-core pe cip pe 64 de biți, proiectat de Intel și introdus la începutul lui 2015 ca număr de piesă 3710. Bazat pe microarhitectura Airmont. Acest cip funcționează la 1,6 GHz cu modul de până la 2,57 GHz. SoC include HD Graphics 405 GPU care are 16 unități de execuție și rulează la 400 MHz
N3710 Detalii arhitecturii sistem pe cip:
- Designer - Intel.
- Producător - Intel.
- Număr de model - N3710.
- Numărul piesei - FH8066501715927
- Domeniul de aplicare - mobil.
- Număr - martie 2015
- Seria Pentium N3000.
- Frecvență - 1600 MHz.
- Viteză - 2567 MHz (1 nucleu).
- Tip de autobuz - IDI CPUID 406C4.
- Microarhitectură – Airmont.
- Numele principal este Braswell.
- Tehnologie - CMOS.
- Dimensiunea cuvântului - 64 de biți.
- Procesoare maxime - uniprocesor.
- Memoria maximă este de 8 G.
- Temperatura PP 0 C - 90 C.
- IntegratInformații despre grafica GPU - HD Graphics 405.
- Frecvența maximă este de 700 MHz.
Avantajele sistemelor cu cip
Scopul principal al utilizării SOC în proiectare implică pașii care formează beneficiile dispozitivului:
- SOC este de dimensiuni mici, dar include multe funcții.
- Flexibilitate. În ceea ce privește dimensiunea chipului, puterea și factorul de formă, aceste sisteme sunt foarte greu de depășit de alte dispozitive.
- Eficiența costurilor, în special pentru aplicații SoC specifice, cum ar fi codul video.
- Sistemul pe cip este nenumărate. Pentru produsele de mare capacitate, acestea simplifică protecția resurselor și costurile de inginerie.
Cu toate acestea, un astfel de dispozitiv excelent are dezavantajele sale:
- Investiție mare de timp. Procesul de proiectare a SoC poate dura între 6 și 12 luni.
- Resurse limitate.
- Dacă se dezvoltă un produs de volum redus, va fi necesar un echipament de ultimă generație. Poate fi mai bine să folosiți hardware terță parte, să petreceți timp și resurse cu aplicații software.
Sistemele pe un cip au marele dezavantaj că nu pot fi deloc adaptabile. Cu alte cuvinte, nu pot fi actualizate. Un sistem pe un cip moare de obicei la fel cum a fost creat. Nu se schimbă nimic în el pe toată durata de viață. Dacă ceva se rupe în interiorul instrumentului, numai acea parte nu poate fi reparată sau schimbată. Trebuie să înlocuiți întregul SoC.
Cei mai mari producătoricipuri mobile
Oferim o scurtă prezentare generală a sistemelor pe un cip de la producători importanți: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA și Broadcom. Qualcomm, NVIDIA și MediaTek produc și vând în principal SoC-uri mobile pentru ca companiile de hardware să le utilizeze în dispozitivele pe care le produc. Broadcom produce SoC-uri care sunt folosite în routere și dispozitive de rețea, iar Samsung și Huawei nu numai că produc SoC-uri, ci sunt cele mai mari două companii din lume care le folosesc.
Nu poți spune care sistem de pe un cip este cel mai bun. Proiectarea și dezvoltarea sistemelor-pe-un-cip se mișcă atât de repede încât până la momentul comparației, opțiunea va fi deja învechită. Cu toate acestea, trebuie să vă amintiți că cel mai bun SoC poate să nu fie cel mai bun pentru procesoare sau pentru cele mai rapide transferuri wireless.
