Il sistema su un chip è un piccolo chip con tutti i componenti elettronici e i circuiti necessari. Nella letteratura inglese viene utilizzato il termine SoC (system-on-a-chip). Il sistema nel dispositivo di rilevamento del suono può includere un ADC, un ricevitore audio, una memoria, un microprocessore e un controllo logico I/O utente su un singolo chip.
In medicina, un sistema SoC basato su nano-robot può agire come anticorpi programmabili per ritardare le malattie precoci. I dispositivi video basati su chip possono aiutare le persone non vedenti consentendo loro di ricevere un'immagine e i dispositivi audio SoC possono far sentire le persone sorde. Il sistema su chip si sta evolvendo insieme ad altre tecnologie come SOI (silicon on insulator).
Definizioni dei termini
Il sistema SoC combina i circuiti elettronici richiesti di vari componenti del computer su un unico chip integrato (IC). Un SoC è un sistema elettronico di substrato completo che può contenere analogico,funzioni digitali, miste o RF. I suoi componenti includono tipicamente un'unità di elaborazione grafica (GPU), un'unità di elaborazione centrale (CPU), che può essere multi-core, e una memoria di sistema (RAM).
Poiché il sistema su chip include hardware e software, consuma meno energia, ha prestazioni migliori, richiede meno spazio ed è più affidabile dei sistemi multi-chip. La maggior parte dei chip di sistema sono oggi inclusi nei dispositivi mobili come smartphone e tablet.
Il System-on-a-Chip è specificamente progettato per soddisfare gli standard per incorporare i circuiti elettronici richiesti di numerosi componenti del computer su un singolo chip integrato. Invece di un sistema che assembla più chip e componenti su un PCB, un SoC crea tutti i circuiti necessari in un unico dispositivo.
Le sfide del SoC includono costi di prototipazione più elevati, architettura e debugging più complesso. I circuiti integrati non sono convenienti. Tuttavia, questo potrebbe cambiare con l'avanzare della tecnologia.
Parametri di microchipping richiesti
I SoC System on Chip sono dispositivi molto complessi. Ad esempio, il sistema su chip Snapdragon 600 di Qualcomm è il SoC utilizzato nel vecchio smartphone Samsung Galaxy.
Le persone vogliono essere in grado di utilizzare i propri smartphone per navigare in Internet, ascoltare musica, guardare video, utilizzare la navigazione GPS, scattare foto e video, giocare, accedere ai social network. Tutte queste caratteristichesono forniti non solo di un buon processore, ma anche di un potente chip grafico SoC System on Chip, di un veloce chipset Bluetooth wireless e del supporto per la connessione a reti 4G. Tutto questo dovrebbe funzionare con il minor consumo di energia.
La soluzione è miniaturizzare tutto ciò che può essere installato. I dispositivi dovrebbero essere il più compressi possibile e posizionati in modo compatto su una superficie più piccola. La conseguenza di ciò è una maggiore potenza di elaborazione e un minor consumo energetico. Questo è esattamente ciò che offre SoC.
Design System-on-Chip
Concettualmente, ci sono tre livelli di strategia di progettazione per i chip funzionali. Il primo livello è la simmetria del gruppo di punti. Detta la presenza o l'assenza di una certa risposta fisica e anisotropia del cristallo. Pertanto, può essere utilizzato per cercare e proteggere nuovi cristalli funzionali.
La simmetria del gruppo di punti è un requisito necessario, ma non una condizione sufficiente per un cristallo funzionale. Affinché un sistema SNK su chip mostri una proprietà particolare, deve essere integrato da un secondo livello di strategia di progettazione: struttura o simmetria del gruppo spaziale.
Infine, per migliorare o ottimizzare la risposta, esiste un terzo livello di strategia di progettazione dell'ingegneria molecolare che prevede la messa a punto delle strutture elettroniche o magnetiche degli elementi costitutivi di atomi, molecole e ammassi di cristalli.
Componentidispositivi mobili
Un SoC system-on-a-chip può avere vari elementi, a seconda del suo scopo. Poiché la stragrande maggioranza dei SoC viene utilizzata su smartphone, offriamo un elenco dei componenti più comuni di tali dispositivi:
- CPU è il core all'interno del SoC. Questa è la parte responsabile della maggior parte dei calcoli e delle decisioni. Riceve input da altri componenti hardware e software e fornisce risposte di output appropriate. Senza la CPU, non ci sarebbe SoC. La maggior parte dei processori oggi ha due, quattro o otto core all'interno.
- GPU - abbreviato per modulo di elaborazione grafica. Viene anche chiamato chip video. La GPU è responsabile del gioco 3D e delle ordinate transizioni visive visibili nell'interfaccia di qualsiasi dispositivo che utilizza un sistema a chip singolo.
- Memoria RAM: tutti i dispositivi informatici necessitano di memoria per funzionare. Per poter eseguire applicazioni e dati software, è necessario utilizzarli. Per fare ciò, il sistema su chip deve disporre di RAM.
- ROM - Qualsiasi dispositivo deve disporre di memoria ROM per archiviare software come firmware o il sistema operativo su cui è in esecuzione.
- Modem - uno smartphone non sarà un telefono se non è in grado di connettersi alle reti radio. I modem si occupano della rete o della connessione cellulare.
Oltre a CPU e memoria, altri SoC possono includere interfacce PCIe progettate percollegamento di ricetrasmettitori radio, interfacce SATA o dispositivi USB.
Chip design
I sistemi su un chip devono avere blocchi di memoria a semiconduttore per eseguire i loro calcoli. A seconda dell'applicazione del SoC, la memoria può formare una gerarchia di memoria e cache. Questo è comune nel mercato del mobile computing, ma non è richiesto in molti microcontrollori embedded a bassa potenza.
Le tecnologie di memoria per SoC includono memoria di sola lettura (ROM), memoria ad accesso casuale (RAM), ROM programmabile cancellabile elettricamente (EEPROM) e memoria flash. Come con altri sistemi di computer, la RAM può essere suddivisa in RAM statica (SRAM) relativamente più veloce ma più costosa e RAM dinamica (DRAM) più lenta ma più economica come il sistema su chip illustrato in questo articolo.
Interfacce esterne
I SoC includono interfacce esterne, in genere per protocolli di comunicazione. Sono spesso basati su standard di settore come USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C e altro. Possono essere supportati anche i protocolli di rete wireless come Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN e Near Field Communication.
Se necessario, i SoC includono interfacce analogiche per l'elaborazione del segnale. Possono interagire con vari tipi di sensori o attuatori, compresi i convertitori intelligenti. Possono anche contattare specificiapplicazioni del modulo o essere interni al SoC, ad esempio, se un sensore analogico è integrato nel SoC e le sue letture devono essere convertite in segnali digitali per l'elaborazione matematica.
Processori di segnali digitali
I processori di segnale digitale (DSP) sono spesso inclusi nei sistemi su un chip. Svolgono l'elaborazione del segnale operativo per sensori, attuatori, acquisizione dati, analisi dati ed elaborazione multimediale. I core DSP in genere hanno una parola di istruzione molto lunga (VLIW) e un'architettura unidirezionale del set di istruzioni, quindi sono suscettibili di sfruttare il parallelismo.
4I core DSP contengono spesso istruzioni specifiche dell'applicazione e sono i processori del set di manuali ASIP specifico dell'applicazione. Tali istruzioni corrispondono a unità funzionali specializzate.
Le istruzioni DSP tipiche includono accumulazione multipla, trasformata di Fourier veloce, moltiplicazione regolare e convoluzione. Come con altri sistemi informatici, i SoC richiedono sorgenti di clock per generare segnali di clock, controllare l'esecuzione delle funzioni e fornire un contesto di temporizzazione alle applicazioni di elaborazione del segnale, se necessario.
Le sorgenti temporali più diffuse sono gli oscillatori a cristallo e gli anelli ad aggancio di fase. I SoC includono anche regolatori di tensione e circuiti di gestione dell'alimentazione.
La differenza tra SoC e CPU
Una volta, molte persone pensavano che la CPU fosse completamente isolata dal monitor. Ora molti capiscono che la CPU è solo una piccola parte,e un computer è composto da molte parti.
Il sistema su un chip è un circuito elettronico che integra tutti i componenti necessari in un computer e altri sistemi elettronici. Questi includono GPU, CPU, memoria, circuiti di gestione dell'alimentazione, controller USB, radio wireless e altro ancora. Questi componenti sono saldati sulla scheda madre, che è diversa dai computer convenzionali, le cui parti possono essere sostituite in qualsiasi momento.
Si potrebbe dire che un sistema su un chip (SoC) è ciò che accade quando Vector from Cattivissimo Me usa la "compressione del raggio" su un computer a tutti gli effetti. Con il potere della miniaturizzazione, System on a Chip è un computer funzionale che è stato compresso per adattarsi a un singolo chip di silicio.
Dove vengono utilizzate le fiches
Il SoC è in genere minuscolo e non occupa molto spazio all'interno di un dispositivo elettronico, il che lo rende ideale per i dispositivi più piccoli. Combina molte parti diverse su un unico chip, il che significa che il suo produttore non deve spendere tempo, denaro e risorse per creare parti fisiche significative e costruire circuiti lunghi, il che a sua volta significa una riduzione della produzione e dei costi. I sistemi su un chip sono molto più efficienti di quelli con singoli componenti dedicati come un PC desktop o un laptop. Il SoC può funzionare a batterie per un tempo più lungo.
Gli approcci tradizionali all'elettronica riguardano la creazione di sistemi che funzionano su individuiparti indipendenti. Esempi sono computer e laptop. Tuttavia, la costante miniaturizzazione di tutto ciò che li circonda significa che fanno sempre più affidamento su sistemi più piccoli e più efficienti dal punto di vista energetico su un chip. Smartphone, tablet e persino dispositivi IoT (Internet of Things) stanno dimostrando che i sistemi su chip sono una parte importante del futuro di tutta l'elettronica.
Dispositivo Intel Pentium N3710
Il Pentium N3710 è un sistema su chip quad-core a 64 bit progettato da Intel e introdotto all'inizio del 2015 come numero di parte 3710. Basato sulla microarchitettura Airmont. Questo chip funziona a 1,6 GHz con modalità fino a 2,57 GHz. Il SoC include la GPU HD Graphics 405 che ha 16 unità di esecuzione e funziona a 400 MHz
Dettagli dell'architettura system-on-chip N3710:
- Designer - Intel.
- Produttore - Intel.
- Numero modello - N3710.
- Numero parte - FH8066501715927
- Scope - mobile.
- Pubblicazione - marzo 2015
- Serie Pentium N3000.
- Frequenza - 1600 MHz.
- Velocità - 2567 MHz (1 core).
- Tipo di bus - ID CPU IDI 406C4.
- Microarchitettura – Airmont.
- Il nome principale è Braswell.
- Tecnologia - CMOS.
- Dimensione parola - 64 bit.
- Processori massimi - monoprocessore.
- La memoria massima è 8 G.
- Temperatura PP 0 C - 90 C.
- IntegratoInformazioni grafiche GPU - Grafica HD 405.
- La frequenza massima è 700 MHz.
Vantaggi dei sistemi a chip
Lo scopo principale dell'utilizzo di SOC nella progettazione riguarda i passaggi che costituiscono i vantaggi del dispositivo:
- SOC è di piccole dimensioni ma include molte funzioni.
- Flessibilità. In termini di dimensioni del chip, potenza e fattore di forma, questi sistemi sono molto difficili da battere da altri dispositivi.
- Efficienza dei costi, in particolare per applicazioni SoC specifiche come il codice video.
- Il sistema su chip è infinito. Per i prodotti ad alta capacità, semplificano la protezione delle risorse e i costi di progettazione.
Tuttavia, un dispositivo così eccellente ha i suoi svantaggi:
- Grande investimento di tempo. Il processo di progettazione del SoC può richiedere da 6 a 12 mesi.
- Risorse limitate.
- Se si sta sviluppando un prodotto a basso volume, saranno necessarie apparecchiature di fascia alta. Potrebbe essere meglio utilizzare hardware di terze parti, dedicare tempo e risorse al software applicativo.
I sistemi su un chip hanno il grande svantaggio di non potersi adattare affatto. In altre parole, non possono essere aggiornati. Un sistema su un chip di solito muore nello stesso modo in cui è stato creato. Non cambia nulla durante l'intera vita di servizio. Se qualcosa si rompe all'interno dello strumento, solo quella parte non può essere riparata o modificata. Devo sostituire l'intero SoC.
I maggiori produttorichip mobili
Offriamo una breve panoramica dei sistemi su un chip dei principali produttori: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA e Broadcom. Qualcomm, NVIDIA e MediaTek producono e vendono principalmente SoC mobili per le aziende di hardware da utilizzare nei dispositivi che producono. Broadcom produce SoC che vengono utilizzati nei router e nei dispositivi di rete e Samsung e Huawei non solo producono SoC, ma sono le due più grandi aziende al mondo che li utilizzano.
Non puoi dire quale sistema su un chip sia il migliore. La progettazione e lo sviluppo di sistemi su chip si stanno muovendo così velocemente che al momento del confronto l'opzione sarà già obsoleta. Tuttavia, bisogna ricordare che il miglior SoC potrebbe non essere il migliore per i processori o per i trasferimenti wireless più veloci.
