Системата на чип е малък чип с всички необходими електронни компоненти и схеми. В английската литература се използва терминът SoC (system-on-a-chip). Системата в устройството за откриване на звук може да включва ADC, аудио приемник, памет, микропроцесор и потребителски I/O логическо управление на един чип.
В медицината SoC система, базирана на нанороботи, може да действа като програмируеми антитела за забавяне на ранните заболявания. Видео устройствата, базирани на чип, могат да помогнат на незрящите хора, като им позволяват да получат изображение, а SoC аудио устройствата могат да накарат глухите да чуят. Системата върху чип се развива заедно с други технологии като SOI (силиций върху изолатор).
Дефиниции на термини
SoC системата комбинира необходимите електронни схеми от различни компютърни компоненти на един интегриран чип (IC). SoC е цялостна субстратна електронна система, която може да съдържа аналогови,цифрови, смесени или RF функции. Неговите компоненти обикновено включват графичен процесор (GPU), централен процесор (CPU), който може да бъде многоядрен, и системна памет (RAM).
Тъй като системата-на-чип включва както хардуер, така и софтуер, тя консумира по-малко енергия, има по-добра производителност, изисква по-малко място и е по-надеждна от многочиповите системи. Повечето системни чипове са включени в мобилни устройства като смартфони и таблети днес.
Системата-на-чип е специално проектирана да отговаря на стандартите за включване на необходимите електронни схеми от множество компютърни компоненти в един интегриран чип. Вместо система, която сглобява множество чипове и компоненти върху печатна платка, SoC създава всички необходими схеми в едно устройство.
SoC предизвикателствата включват по-високи разходи за прототипиране, архитектура и по-сложно отстраняване на грешки. ИС не са рентабилни. Това обаче може да се промени с напредването на технологиите.
Необходими параметри за микрочип
System on Chip SoCs са много сложни устройства. Например, системата Snapdragon 600 на Qualcomm на чип е SoC, който е бил използван в стария смартфон Samsung Galaxy.
Хората искат да могат да използват смартфоните си, за да сърфират в интернет, да слушат музика, да гледат видеоклипове, да използват GPS навигация, да правят снимки и видеоклипове, да играят игри, да имат достъп до социални мрежи. Всички тези характеристикиса осигурени не само с добър процесор, но и с мощен SoC графичен чип System on Chip, бърз безжичен Bluetooth чипсет и поддръжка за свързване към 4G мрежи. Всичко това трябва да работи с най-малка консумация на енергия.
Решението е да се миниатюризира всичко, което може да бъде инсталирано. Устройствата трябва да бъдат възможно най-компресирани и поставени компактно върху по-малка повърхност. Последствието от това е по-висока процесорна мощност и по-ниска консумация на енергия. Точно това предлага SoC.
Дизайн на система на чип
Концептуално има три нива на дизайнерска стратегия за функционални чипове. Първото ниво е симетрията на точковата група. Той диктува наличието или отсъствието на определен физически отговор и анизотропия на кристала. Следователно, той може да се използва за търсене и защита на нови функционални кристали.
Точковата групова симетрия е необходимо изискване, но не и достатъчно условие за функционален кристал. За да може една SNK система върху чип да проявява определено свойство, тя трябва да бъде допълнена от второ ниво на стратегия за проектиране - структура или симетрия на космическата група.
Накрая, за да се подобри или оптимизира реакцията, има трето ниво на стратегия за проектиране на молекулярно инженерство, което включва фина настройка на електронните или магнитните структури на градивните елементи от атоми, молекули и кристални клъстери.
Компонентимобилни устройства
SoC система-на-чип може да има различни елементи, в зависимост от предназначението си. Тъй като по-голямата част от SoC се използват на смартфони, ние предлагаме списък с най-често срещаните компоненти на такива устройства:
- CPU е ядрото в SoC. Това е частта, която е отговорна за вземането на повечето изчисления и решения. Той получава вход от други хардуерни компоненти и софтуер и предоставя подходящи изходни отговори. Без CPU нямаше да има SoC. Повечето процесори днес имат две, четири или осем ядра вътре.
- GPU - съкратено за модул за обработка на графики. Нарича се още видеочип. Графичният процесор е отговорен за 3D игрите, както и за чистите визуални преходи, които се виждат в интерфейса на всяко устройство, използващо система с един чип.
- RAM памет - всички изчислителни устройства се нуждаят от памет, за да работят. За да можете да стартирате приложения и софтуерни данни, трябва да ги използвате. За да направите това, системата-на-чип трябва да има RAM.
- ROM - Всяко устройство трябва да има ROM памет, за да съхранява софтуер като фърмуер или операционна система, на която работи.
- Модем - смартфонът няма да бъде телефон, ако не може да се свърже с радио мрежи. Модемите се грижат за мрежата или клетъчната връзка.
В допълнение към процесора и паметта, други SoC могат да включват PCIe интерфейси, предназначени засвързване на радиопредаватели, SATA интерфейси или USB устройства.
Дизайн на чипове
Системите на чип трябва да имат блокове с полупроводникова памет, за да извършват своите изчисления. В зависимост от приложението на SoC паметта може да образува йерархия от памет и кеш памет. Това е често срещано на пазара на мобилни компютри, но не се изисква в много вградени микроконтролери с ниска мощност.
Технологиите за памет за SoC включват памет само за четене (ROM), памет с произволен достъп (RAM), електрически изтриваем програмируем ROM (EEPROM) и флаш памет. Както при другите компютърни системи, RAM може да бъде разделена на относително по-бърза, но по-скъпа статична RAM (SRAM) и по-бавна, но по-евтина динамична RAM (DRAM), като системата-на-чип, изобразена в тази статия.
Външни интерфейси
SoC включват външни интерфейси, обикновено за комуникационни протоколи. Те често се основават на индустриални стандарти като USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C и др. Може също да се поддържат безжични мрежови протоколи като Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN и комуникация в близко поле.
Ако е необходимо, SoC включват аналогови интерфейси за обработка на сигнали. Те могат да взаимодействат с различни видове сензори или задвижващи механизми, включително интелигентни преобразуватели. Те могат също да се свържат със специфичнимодулни приложения или да бъдат вътрешни за SoC, например, ако аналогов сензор е вграден в SoC и неговите показания трябва да бъдат преобразувани в цифрови сигнали за математическа обработка.
Цифрови сигнални процесори
Цифровите сигнални процесори (DSP) често са включени в системи на чип. Те извършват обработка на оперативни сигнали за сензори, задвижващи механизми, събиране на данни, анализ на данни и обработка на мултимедия. DSP ядрата обикновено имат много дълга инструктивна дума (VLIW) и еднопосочна архитектура на набора от инструкции, така че те могат да използват паралелизъм.
4DSP ядрата най-често съдържат специфични за приложението инструкции и са процесорите на ръчния набор за специфични приложения за ASIP. Такива инструкции съответстват на специализирани функционални единици.
Типичните DSP инструкции включват множествено натрупване, бързо преобразуване на Фурие, плавно умножение и навиване. Както при другите компютърни системи, SoC изискват източници на часовник, за да генерират часовникови сигнали, да контролират изпълнението на функциите и да предоставят контекст на времето за приложения за обработка на сигнали, ако е необходимо.
Популярните източници на време са кристални осцилатори и цикли с фазово заключване. SoC също включват регулатори на напрежението и вериги за управление на мощността.
Разликата между SoC и CPU
Имало време много хора смятаха, че процесорът е напълно изолиран от монитора. Сега мнозина разбират, че процесорът е само малка част,и компютърът се състои от много части.
Система на чип е електронна платка, която интегрира всички необходими компоненти в компютър и други електронни системи. Те включват GPU, CPU, памет, схеми за управление на захранването, USB контролер, безжични радиостанции и други. Тези компоненти са запоени на дънната платка, която е различна от конвенционалните компютри, части от които могат да бъдат заменени по всяко време.
Можете да кажете, че система на чип (SoC) е това, което се случва, когато Vector от Despicable Me използва "компресия на лъча" на пълноправен компютър. Със силата на миниатюризацията System on a Chip е функционален компютър, който е компресиран, за да се побере на един силициев чип.
Къде се използват чиповете
SoC обикновено е малък и не заема много място в електронното устройство, което го прави идеален за по-малки устройства. Той комбинира много различни части на един чип, което означава, че неговият производител не трябва да харчи време, пари и ресурси за поставяне на значителни физически части и изграждане на дълги вериги, което от своя страна означава по-ниско производство и разходи. Системите на чип са много по-ефективни от тези със специални отделни компоненти като настолен компютър или лаптоп. SoC може да работи на батерии за по-дълго време.
Традиционните подходи към електрониката са свързани със създаването на системи, които работят на индивидуалнонезависими части. Примери са компютри и лаптопи. Въпреки това, постоянното миниатюризиране на всичко наоколо означава, че те все повече разчитат на по-малки, по-енергийно ефективни системи на чип. Смартфони, таблети и дори IoT (Интернет на нещата) устройства доказват, че системите на чипове са важна част от бъдещето на цялата електроника.
Устройство Intel Pentium N3710
Pentium N3710 е 64-битова четириядрена система на чип, проектирана от Intel и представена в началото на 2015 г. като част номер 3710. Базирана на микроархитектурата на Airmont. Този чип работи на 1.6GHz с режим до 2.57GHz. SoC включва HD Graphics 405 GPU, който има 16 изпълнителни единици и работи на 400 MHz
N3710 детайли за архитектурата на системата върху чип:
- Дизайнер - Intel.
- Производител - Intel.
- Номер на модела - N3710.
- Номер на част - FH8066501715927
- Обхват - мобилен.
- Издание - март 2015 г.
- Pentium N3000 series.
- Честота - 1600 MHz.
- Скорост - 2567 MHz (1 ядро).
- Тип автобус - IDI CPUID 406C4.
- Микроархитектура – Airmont.
- Основното име е Брасуел.
- Технология - CMOS.
- Размер на думата - 64-битов.
- Максимален брой процесори - еднопроцесор.
- Максималната памет е 8 G.
- PP температура 0 C - 90 C.
- ИнтегриранГрафична информация за GPU - HD Graphics 405.
- Максималната честота е 700 MHz.
Предимства на чип системи
Основната цел на използването на SOC в дизайна включва стъпките, които формират предимствата на устройството:
- SOC е малък по размер, но включва много функции.
- Гъвкавост. По отношение на размера на чипа, мощността и форм-фактора, тези системи са много трудни за надминаване от други устройства.
- Разходна ефективност, особено за специфични SoC приложения, като видео код.
- Системата върху чип е безброй. За продукти с висок капацитет те опростяват защитата на ресурсите и инженерните разходи.
Въпреки това, такова отлично устройство има своите недостатъци:
- Голяма инвестиция във времето. Процесът на проектиране на SoC може да отнеме от 6 до 12 месеца.
- Ограничени ресурси.
- Ако се разработва продукт с малък обем, ще е необходимо оборудване от висок клас. Може да е по-добре да използвате хардуер на трета страна, да отделите време и ресурси за приложния софтуер.
Системите на чип имат големия недостатък, че изобщо не могат да се адаптират. С други думи, те не могат да бъдат надграждани. Системата на чип обикновено умира по същия начин, както е създадена. Нищо не се променя в него през целия експлоатационен живот. Ако нещо се счупи вътрешно в инструмента, само тази част не може да бъде поправена или сменена. Трябва да се смени целия SoC.
Най-големите производителимобилни чипове
Предлагаме кратък преглед на системите на чип от големи производители: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA и Broadcom. Qualcomm, NVIDIA и MediaTek произвеждат и продават предимно мобилни SoC за хардуерни компании, които да използват в устройства, които произвеждат. Broadcom произвежда SoC, които се използват в рутери и мрежови устройства, а Samsung и Huawei не само произвеждат SoC, но са двете най-големи компании в света в използването им.
Не можете да кажете коя система на чипа е най-добрата. Проектирането и разработването на системи-на-чип се движат толкова бързо, че към момента на сравнението опцията вече ще бъде остаряла. Трябва обаче да запомните, че най-добрият SoC може да не е най-добрият за процесори или най-бързи безжични трансфери.
