Sistem na čipu je majhen čip z vsemi potrebnimi elektronskimi komponentami in vezji. V angleški literaturi se uporablja izraz SoC (system-on-a-chip). Sistem v napravi za zaznavanje zvoka lahko vključuje ADC, avdio sprejemnik, pomnilnik, mikroprocesor in uporabniški V/I logični nadzor na enem samem čipu.
V medicini lahko sistem SoC, ki temelji na nano-robotih, deluje kot programabilna protitelesa za odložitev zgodnjih bolezni. Video naprave, ki temeljijo na čipih, lahko pomagajo slepim ljudem, tako da jim omogočijo prejemanje slike, avdio naprave SoC pa lahko gluhe osebe slišijo. Sistem na čipu se razvija skupaj z drugimi tehnologijami, kot je SOI (silicij na izolatorju).
Definicije izrazov
Sistem SoC združuje zahtevana elektronska vezja različnih računalniških komponent na enem samem integriranem čipu (IC). SoC je popoln elektronski sistem, ki lahko vsebuje analogne,digitalne, mešane ali RF funkcije. Njegove komponente običajno vključujejo grafično procesno enoto (GPU), centralno procesno enoto (CPU), ki je lahko večjedrna, in sistemski pomnilnik (RAM).
Ker sistem na čipu vključuje strojno in programsko opremo, porabi manj energije, ima boljšo zmogljivost, zahteva manj prostora in je bolj zanesljiv kot sistemi z več čipi. Večina sistemskih čipov je danes vključenih v mobilne naprave, kot so pametni telefoni in tablični računalniki.
Sistem na čipu je posebej zasnovan tako, da izpolnjuje standarde za vključitev zahtevanega elektronskega vezja številnih računalniških komponent na en sam integriran čip. Namesto sistema, ki sestavlja več čipov in komponent na PCB, SoC ustvari vsa potrebna vezja v eni napravi.
SoC izzivi vključujejo višje stroške izdelave prototipov, arhitekturo in bolj zapleteno odpravljanje napak. IC niso stroškovno učinkoviti. Vendar se to lahko spremeni z napredkom tehnologije.
Zahtevani parametri mikročipiranja
Sistem na čipih SoC so zelo zapletene naprave. Na primer, Qualcommov sistem Snapdragon 600 na čipu je SoC, ki je bil uporabljen v starem pametnem telefonu Samsung Galaxy.
Ljudje želijo uporabljati svoje pametne telefone za brskanje po internetu, poslušanje glasbe, gledanje videoposnetkov, uporabo GPS navigacije, snemanje fotografij in videoposnetkov, igranje iger, dostop do družbenih omrežij. Vse te lastnostiso opremljeni ne le z dobrim procesorjem, temveč tudi z zmogljivim grafičnim čipom System on Chip SoC, hitrim brezžičnim naborom čipov Bluetooth in podporo za povezovanje z omrežji 4G. Vse to bi moralo delovati z najmanjšo porabo energije.
Rešitev je miniaturizacija vsega, kar je mogoče namestiti. Naprave naj bodo čim bolj stisnjene in kompaktno nameščene na manjši površini. Posledica tega je večja procesorska moč in manjša poraba energije. Točno to ponuja SoC.
System-on-Chip Design
Konceptualno obstajajo tri ravni strategije oblikovanja funkcionalnih čipov. Prva raven je simetrija skupine točk. Narekuje prisotnost ali odsotnost določenega fizičnega odziva in anizotropije kristala. Zato se lahko uporablja za iskanje in zaščito novih funkcionalnih kristalov.
Simetrija točkovne skupine je nujna zahteva, vendar ne zadosten pogoj za funkcionalni kristal. Da bi sistem SNK-na-čipu pokazal določeno lastnost, ga mora dopolnjevati druga raven strategije oblikovanja – struktura ali simetrija prostorske skupine.
Nazadnje, da bi izboljšali ali optimizirali odziv, obstaja tretja raven strategije načrtovanja molekularnega inženiringa, ki vključuje fino nastavitev elektronskih ali magnetnih struktur gradnikov atomov, molekul in kristalnih grozdov.
Komponentemobilne naprave
Sistem SoC-na-čipu ima lahko različne elemente, odvisno od namena. Ker se velika večina SoC-jev uporablja na pametnih telefonih, ponujamo seznam najpogostejših komponent takšnih naprav:
- CPU je jedro znotraj SoC. To je del, ki je odgovoren za večino izračunov in odločitev. Prejema vhod od drugih komponent strojne in programske opreme ter zagotavlja ustrezne izhodne odzive. Brez CPU-ja ne bi bilo SoC-ja. Večina današnjih procesorjev ima v sebi dve, štiri ali osem jeder.
- GPU - skrajšano za modul za obdelavo grafike. Imenuje se tudi video čip. GPU je odgovoren za 3D igranje iger, pa tudi za urejene vizualne prehode, ki so vidni v vmesniku katere koli naprave, ki uporablja sistem z enim čipom.
- RAM Pomnilnik - vse računalniške naprave potrebujejo pomnilnik za delovanje. Če želite zagnati aplikacije in podatke programske opreme, jih morate uporabiti. Za to mora imeti sistem na čipu RAM.
- ROM - Vsaka naprava mora imeti pomnilnik ROM za shranjevanje programske opreme, kot je strojna programska oprema ali operacijski sistem, na katerem deluje.
- Modem - pametni telefon ne bo telefon, če se ne more povezati z radijskimi omrežji. Modemi skrbijo za omrežno ali mobilno povezavo.
Poleg CPE in pomnilnika lahko drugi SoC vključujejo vmesnike PCIe, zasnovane zapovezovanje radijskih oddajnikov, vmesnikov SATA ali naprav USB.
zasnova žetonov
Sistemi na čipu morajo imeti za izvajanje svojih izračunov polprevodniške pomnilniške bloke. Glede na uporabo SoC lahko pomnilnik tvori hierarhijo pomnilnika in predpomnilnika. To je običajno na trgu mobilnega računalništva, vendar ni potrebno v številnih vgrajenih mikrokrmilniških napravah z nizko porabo.
Pomnilniške tehnologije za SoC vključujejo pomnilnik samo za branje (ROM), pomnilnik z naključnim dostopom (RAM), električno izbrisljiv programabilni ROM (EEPROM) in bliskovni pomnilnik. Tako kot pri drugih računalniških sistemih lahko RAM razdelimo na relativno hitrejši, a dražji statični RAM (SRAM) in počasnejši, a cenejši dinamični RAM (DRAM), kot je sistem na čipu, prikazan v tem članku.
Zunanji vmesniki
SoC vključujejo zunanje vmesnike, običajno za komunikacijske protokole. Pogosto temeljijo na industrijskih standardih, kot so USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C in drugo. Podprti so lahko tudi protokoli brezžičnega omrežja, kot so Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN in komunikacija blizu polja.
Če je potrebno, SoC vključujejo analogne vmesnike za obdelavo signala. Lahko komunicirajo z različnimi tipi senzorjev ali aktuatorjev, vključno s pametnimi pretvorniki. Lahko se obrnejo tudi na določenemodulske aplikacije ali so interni v SoC, na primer, če je analogni senzor vgrajen v SoC in je treba njegove odčitke pretvoriti v digitalne signale za matematično obdelavo.
Digitalni signalni procesorji
Digitalni signalni procesorji (DSP) so pogosto vključeni v sisteme na čipu. Izvajajo obdelavo operacijskih signalov za senzorje, aktuatorje, zajem podatkov, analizo podatkov in obdelavo večpredstavnosti. Jedra DSP imajo običajno zelo dolgo ukazno besedo (VLIW) in arhitekturo enosmernega nabora ukazov, tako da so primerna za izkoriščanje vzporednosti.
4DSP jedra najpogosteje vsebujejo navodila za specifične aplikacije in so procesorji ročnega niza ASIP za specifične aplikacije. Takšna navodila ustrezajo specializiranim funkcionalnim enotam.
Tipična navodila DSP vključujejo večkratno kopičenje, hitro Fourierjevo transformacijo, gladko množenje in konvolucijo. Kot pri drugih računalniških sistemih, SoC zahtevajo vire ur za ustvarjanje signalov ure, nadzor izvajanja funkcij in zagotavljanje časovnega konteksta aplikacijam za obdelavo signalov, če je potrebno.
Priljubljeni časovni viri so kristalni oscilatorji in fazno zaklenjene zanke. SoC vključujejo tudi regulatorje napetosti in vezja za upravljanje moči.
Razlika med SoC in CPU
Nekoč je marsikdo mislil, da je CPE popolnoma izoliran od monitorja. Zdaj mnogi razumejo, da je CPU le majhen del,in računalnik je sestavljen iz številnih delov.
Sistem na čipu je elektronsko vezje, ki združuje vse potrebne komponente v računalniku in drugih elektronskih sistemih. Ti vključujejo GPU, CPE, pomnilnik, vezje za upravljanje porabe, krmilnik USB, brezžični radijski sprejemnik in drugo. Te komponente so spajkane na matično ploščo, ki se razlikuje od običajnih računalnikov, katerih dele je mogoče kadar koli zamenjati.
Lahko bi rekli, da je sistem na čipu (SoC) tisto, kar se zgodi, ko Vector iz Despicable Me uporabi "stiskanje žarka" na polnopravnem računalniku. Z močjo miniaturizacije je sistem na čipu funkcionalen računalnik, ki je bil stisnjen, da se prilega enemu silicijevemu čipu.
Kje se uporabljajo žetoni
SoC je običajno majhen in ne zavzame veliko prostora v elektronski napravi, zaradi česar je idealen za manjše naprave. Združuje veliko različnih delov na enem samem čipu, kar pomeni, da njegovemu proizvajalcu ni treba porabiti časa, denarja in virov za polaganje pomembnih fizičnih delov in gradnjo dolgih vezij, kar posledično pomeni nižjo proizvodnjo in stroške. Sistemi na čipu so veliko učinkovitejši od tistih z namenskimi posameznimi komponentami, kot je namizni računalnik ali prenosnik. SoC lahko deluje na baterije dlje časa.
Tradicionalni pristopi k elektroniki so bili ustvarjanje sistemov, ki delujejo na posameznikuneodvisni deli. Primeri so računalniki in prenosni računalniki. Vendar pa stalna miniaturizacija vsega okoli pomeni, da se vse bolj zanašajo na manjše, energetsko učinkovitejše sisteme na čipu. Pametni telefoni, tablični računalniki in celo naprave IoT (Internet of Things) dokazujejo, da so sistemi na čipih pomemben del prihodnosti vse elektronike.
Naprava Intel Pentium N3710
Pentium N3710 je 64-bitni štirijedrni sistem na čipu, ki ga je zasnoval Intel in je bil predstavljen v začetku leta 2015 pod številko dela 3710. Temelji na mikroarhitekturi Airmont. Ta čip deluje pri 1,6 GHz z načinom do 2,57 GHz. SoC vključuje HD Graphics 405 GPU, ki ima 16 izvedbenih enot in deluje pri 400 MHz
N3710 podrobnosti o arhitekturi sistema na čipu:
- Oblikovalec - Intel.
- Proizvajalec - Intel.
- Številka modela - N3710.
- Številka dela - FH8066501715927
- Scope - mobilni.
- Izdaja - marec 2015
- Pentium N3000 series.
- Frekvenca - 1600 MHz.
- Hitrost - 2567 MHz (1 jedro).
- Vrsta vodila - IDI CPUID 406C4.
- Mikroarhitektura – Airmont.
- Glavno ime je Braswell.
- Tehnologija - CMOS.
- Velikost besede - 64-bit.
- Maksimalno število procesorjev - enoprocesor.
- Največji pomnilnik je 8 G.
- PP temperatura 0 C - 90 C.
- IntegriranoGrafični podatki GPU - HD Graphics 405.
- Največja frekvenca je 700 MHz.
Prednosti sistemov čipov
Glavni namen uporabe SOC pri oblikovanju vključuje korake, ki tvorijo prednosti naprave:
- SOC je majhen, vendar vključuje veliko funkcij.
- Fleksibilnost. Kar zadeva velikost čipa, moč in oblikovni faktor, so te sisteme zelo težko premagati drugim napravam.
- Stroškovna učinkovitost, zlasti za posebne aplikacije SoC, kot je video koda.
- Sistem na čipu je nešteto. Za izdelke z visoko zmogljivostjo poenostavljajo zaščito virov in stroške inženiringa.
Vendar pa ima tako odlična naprava svoje pomanjkljivosti:
- Velika časovna naložba. Proces načrtovanja SoC lahko traja od 6 do 12 mesecev.
- Omejeni viri.
- Če se razvija izdelek z majhno količino, bo potrebna vrhunska oprema. Morda bi bilo bolje uporabiti strojno opremo tretjih oseb, porabiti čas in vire za aplikacijsko programsko opremo.
Sistemi na čipu imajo veliko pomanjkljivost, da jih sploh ni mogoče prilagoditi. Z drugimi besedami, ni jih mogoče nadgraditi. Sistem na čipu običajno umre enako, kot je bil ustvarjen. V njem se v celotni življenjski dobi nič ne spremeni. Če se znotraj instrumenta kaj pokvari, samo tega dela ni mogoče popraviti ali zamenjati. Zamenjati je treba celoten SoC.
Največji proizvajalcimobilni žetoni
Nudimo kratek pregled sistemov na čipu večjih proizvajalcev: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA in Broadcom. Qualcomm, NVIDIA in MediaTek proizvajajo in prodajajo predvsem mobilne SoC za podjetja strojne opreme, ki jih uporabljajo v napravah, ki jih proizvajajo. Broadcom izdeluje SoC-je, ki se uporabljajo v usmerjevalnikih in omrežnih napravah, Samsung in Huawei pa ne izdelujeta samo SoC-jev, ampak sta dve največji podjetji na svetu, ki jih uporabljata.
Ne morete reči, kateri sistem na čipu je najboljši. Zasnova in razvoj sistemov na čipu poteka tako hitro, da bo v času primerjave ta možnost že zastarela. Vendar se je treba spomniti, da najboljši SoC morda ni najboljši za procesorje ali najhitrejše brezžične prenose.
