El sistema en un xip és un xip petit amb tots els components i circuits electrònics necessaris. A la literatura anglesa, s'utilitza el terme SoC (system-on-a-chip). El sistema del dispositiu de detecció de so pot incloure un ADC, un receptor d'àudio, una memòria, un microprocessador i un control lògic d'E/S d'usuari en un sol xip.
En medicina, un sistema SoC basat en nano-robots pot actuar com a anticossos programables per retardar les mal alties primerenques. Els dispositius de vídeo basats en xips poden ajudar les persones cegues permetent-los rebre una imatge, i els dispositius d'àudio SoC poden fer que les persones sordes escoltin. El sistema en un xip està evolucionant juntament amb altres tecnologies com SOI (silici sobre aïllant).
Definicions de termes
El sistema SoC combina els circuits electrònics necessaris de diversos components informàtics en un sol xip integrat (IC). Un SoC és un sistema electrònic de substrat complet que pot contenir analògic,Funcions digitals, mixtes o RF. Els seus components solen incloure una unitat de processament gràfic (GPU), una unitat de processament central (CPU), que pot ser multinucli i memòria del sistema (RAM).
Com que el sistema en un xip inclou tant maquinari com programari, consumeix menys energia, té un millor rendiment, requereix menys espai i és més fiable que els sistemes multixip. La majoria dels xips del sistema s'inclouen avui en dispositius mòbils com ara telèfons intel·ligents i tauletes.
El System-on-a-Chip està dissenyat específicament per complir els estàndards per incorporar els circuits electrònics necessaris de nombrosos components d'ordinador en un sol xip integrat. En lloc d'un sistema que reuneix diversos xips i components en una PCB, un SoC crea tots els circuits necessaris en un sol dispositiu.
Els reptes de SoC inclouen costos més elevats de prototipat, arquitectura i depuració més complexa. Els CI no són rendibles. Tanmateix, això pot canviar a mesura que avança la tecnologia.
Paràmetres de microxip necessaris
Els System on Chip SoC són dispositius molt complexos. Per exemple, el sistema Snapdragon 600 de Qualcomm en un xip és el SoC que s'utilitzava a l'antic telèfon intel·ligent Samsung Galaxy.
La gent vol poder utilitzar els seus telèfons intel·ligents per navegar per Internet, escoltar música, veure vídeos, utilitzar la navegació GPS, fer fotos i vídeos, jugar, accedir a les xarxes socials. Totes aquestes característiquesdisposen no només d'un bon processador, sinó també d'un potent xip de gràfics System on Chip SoC, un chipset Bluetooth sense fil ràpid i suport per connectar-se a xarxes 4G. Tot això hauria de funcionar amb el menor consum d'energia.
La solució és miniaturitzar tot el que es pot instal·lar. Els dispositius han d'estar tan comprimits com sigui possible i col·locats de manera compacta sobre una superfície més petita. La conseqüència d'això és una major potència de processament i un menor consum d'energia. Això és exactament el que ofereix SoC.
Disseny de sistema en xip
Conceptualment, hi ha tres nivells d'estratègia de disseny per a xips funcionals. El primer nivell és la simetria del grup de punts. Dicta la presència o absència d'una determinada resposta física i anisotropia del cristall. Per tant, es pot utilitzar per cercar i protegir nous cristalls funcionals.
La simetria del grup de punts és un requisit necessari, però no una condició suficient per a un cristall funcional. Perquè un sistema SNK en un xip mostri una propietat concreta, s'ha de complementar amb un segon nivell d'estratègia de disseny: estructura o simetria de grups espacials..
Finalment, per millorar o optimitzar la resposta, hi ha un tercer nivell d'estratègia de disseny d'enginyeria molecular que implica afinar les estructures electròniques o magnètiques dels blocs de construcció d'àtoms, molècules i cúmuls de cristalls.
Componentsdispositius mòbils
Un sistema SoC en un xip pot tenir diversos elements, depenent de la seva finalitat. Com que la gran majoria dels SoC s'utilitzen en telèfons intel·ligents, oferim una llista dels components més comuns d'aquests dispositius:
- CPU és el nucli dins del SoC. Aquesta és la part que s'encarrega de fer la majoria de càlculs i decisions. Rep inputs d' altres components de maquinari i programari i proporciona respostes de sortida adequades. Sense la CPU, no hi hauria SoC. La majoria dels processadors actuals tenen dos, quatre o vuit nuclis a l'interior.
- GPU: escurçat per al mòdul de processament de gràfics. També s'anomena xip de vídeo. La GPU és responsable dels jocs en 3D, així com de les transicions visuals ordenades que són visibles a la interfície de qualsevol dispositiu que utilitzi un sistema d'un sol xip.
- Memòria RAM: tots els dispositius informàtics necessiten memòria per funcionar. Per poder executar aplicacions i dades de programari, les heu d'utilitzar. Per fer-ho, el sistema en un xip ha de tenir RAM.
- ROM: qualsevol dispositiu ha de tenir memòria ROM per emmagatzemar programari com ara el microprogramari o el sistema operatiu en què s'executa.
- Mòdem: un telèfon intel·ligent no serà un telèfon si no es pot connectar a xarxes de ràdio. Els mòdems s'encarreguen de la xarxa o la connexió mòbil.
A més de la CPU i la memòria, altres SoC poden incloure interfícies PCIe dissenyades perconnectar transceptors de ràdio, interfícies SATA o dispositius USB.
Disseny de xip
Els sistemes en un xip han de tenir blocs de memòria de semiconductors per realitzar els seus càlculs. Depenent de l'aplicació del SoC, la memòria pot formar una jerarquia de memòria i memòria cau. Això és comú al mercat de la informàtica mòbil, però no és necessari en molts microcontroladors integrats de baix consum.
Les tecnologies de memòria per als SoC inclouen memòria de només lectura (ROM), memòria d'accés aleatori (RAM), ROM programable esborrable elèctricament (EEPROM) i memòria flash. Igual que amb altres sistemes informàtics, la memòria RAM es pot dividir en la RAM estàtica (SRAM) relativament més ràpida però més cara i la RAM dinàmica (DRAM) més lenta però econòmica, com el sistema en xip que es mostra en aquest article.
Interfícies externes
Els SoC inclouen interfícies externes, normalment per a protocols de comunicació. Sovint es basen en estàndards de la indústria com USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C i molt més. També es poden admetre protocols de xarxa sense fil, com ara Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN i comunicació de camp proper.
Si cal, els SoC inclouen interfícies analògiques per al processament del senyal. Poden interactuar amb diversos tipus de sensors o actuadors, inclosos els convertidors intel·ligents. També poden contactar específicsaplicacions de mòduls o ser interns al SoC, per exemple, si hi ha un sensor analògic integrat al SoC i les seves lectures s'han de convertir en senyals digitals per al processament matemàtic.
Processadors de senyal digital
Els processadors de senyal digital (DSP) sovint s'inclouen als sistemes en un xip. Realitzen el processament del senyal d'operació per a sensors, actuadors, adquisició de dades, anàlisi de dades i processament multimèdia. Els nuclis DSP solen tenir una paraula d'instrucció molt llarga (VLIW) i una arquitectura de conjunt d'instruccions unidireccional, de manera que són susceptibles d'explotar el paral·lelisme.
Els nuclis 4DSP sovint contenen instruccions específiques de l'aplicació i són els processadors del conjunt de manuals específics de l'aplicació ASIP. Aquestes instruccions corresponen a unitats funcionals especialitzades.
Les instruccions DSP típiques inclouen acumulació múltiple, transformació ràpida de Fourier, multiplicació suau i convolució. Igual que amb altres sistemes informàtics, els SoC requereixen fonts de rellotge per generar senyals de rellotge, controlar l'execució de funcions i proporcionar context de temporització a les aplicacions de processament de senyals si cal..
Les fonts de temps populars són oscil·ladors de cristall i bucles bloquejats en fase. Els SoC també inclouen reguladors de tensió i circuits de gestió d'energia.
La diferència entre SoC i CPU
Hi havia una vegada, molta gent pensava que la CPU estava completament aïllada del monitor. Ara molts entenen que la CPU és només una petita part,i un ordinador està format per moltes parts.
System on a xip és una placa de circuit electrònic que integra tots els components necessaris en un ordinador i altres sistemes electrònics. Aquests inclouen la GPU, la CPU, la memòria, els circuits de gestió d'energia, el controlador USB, les ràdios sense fil i molt més. Aquests components estan soldats a la placa base, que és diferent dels ordinadors convencionals, parts dels quals es poden substituir en qualsevol moment.
Podríeu dir que un sistema en un xip (SoC) és el que passa quan Vector de Despicable Me utilitza la "compressió del feix" en un ordinador complet. Amb el poder de la miniaturització, el System on a Chip és un ordinador funcional que s'ha comprimit per adaptar-se a un sol xip de silici.
On s'utilitzen les fitxes
SoC normalment és petit i no ocupa gaire espai dins d'un dispositiu electrònic, el que el fa ideal per a dispositius més petits. Combina moltes peces diferents en un sol xip, la qual cosa significa que el seu fabricant no ha de gastar temps, diners i recursos per establir peces físiques importants i construir circuits llargs, cosa que al seu torn significa una producció i costos més baixos. Els sistemes en un xip són molt més eficients que els que tenen components individuals dedicats, com ara un ordinador d'escriptori o un ordinador portàtil. El SoC pot funcionar amb piles durant més temps.
Els enfocaments tradicionals de l'electrònica han consistit a crear sistemes que funcionin individualmentparts independents. Alguns exemples són els ordinadors i els portàtils. Tanmateix, la constant miniaturització de tot el que l'envolta fa que cada cop depenguin de sistemes més petits i més eficients energèticament en un xip. Els telèfons intel·ligents, les tauletes i fins i tot els dispositius IoT (Internet de les coses) estan demostrant que els sistemes amb xips són una part important del futur de tota l'electrònica.
Dispositiu Intel Pentium N3710
El Pentium N3710 és un sistema de quatre nuclis en un xip de 64 bits dissenyat per Intel i introduït a principis de 2015 com a número de peça 3710. Basat en la microarquitectura Airmont. Aquest xip funciona a 1,6 GHz amb un mode de fins a 2,57 GHz. El SoC inclou la GPU HD Graphics 405 que té 16 unitats d'execució i funciona a 400 MHz
Detalls de l'arquitectura del sistema en xip N3710:
- Dissenyador - Intel.
- Fabricant - Intel.
- Número de model - N3710.
- Número de peça: FH8066501715927
- Àmbit - mòbil.
- número - març de 2015
- Pentium sèrie N3000.
- Freqüència - 1600 MHz.
- Velocitat - 2567 MHz (1 nucli).
- Tipus de bus - IDI CPUID 406C4.
- Microarquitectura – Airmont.
- El nom principal és Braswell.
- Tecnologia - CMOS.
- Mida de la paraula: 64 bits.
- Processadors màxims: uniprocessador.
- La memòria màxima és de 8 G.
- Temperatura PP 0 C - 90 C.
- IntegratInformació gràfica de la GPU - HD Graphics 405.
- La freqüència màxima és de 700 MHz.
Avantatges dels sistemes de xips
L'objectiu principal d'utilitzar SOC en el disseny inclou els passos que formen els avantatges del dispositiu:
- SOC és petit però inclou moltes funcions.
- Flexibilitat. Pel que fa a la mida del xip, la potència i el factor de forma, aquests sistemes són molt difícils de superar per altres dispositius.
- Eficiència de costos, especialment per a aplicacions de SoC específiques, com ara el codi de vídeo.
- El sistema en xip és innombrable. Per als productes d' alta capacitat, simplifiquen la protecció dels recursos i els costos d'enginyeria.
No obstant això, un dispositiu tan excel·lent té els seus inconvenients:
- Gran inversió de temps. El procés de disseny de SoC pot trigar entre 6 i 12 mesos.
- Recursos limitats.
- Si s'està desenvolupant un producte de baix volum, caldrà equipament de gamma alta. Pot ser millor utilitzar maquinari de tercers, dedicar temps i recursos al programari d'aplicacions.
Els sistemes en un xip tenen el gran inconvenient que no es poden adaptar en absolut. En altres paraules, no es poden actualitzar. Un sistema en un xip sol morir igual que es va crear. No hi canvia res durant tota la vida útil. Si alguna cosa es trenca internament a l'instrument, només aquesta peça no es pot reparar ni canviar. Cal substituir tot el SoC.
Els majors productorsxips mòbils
Oferim una breu visió general dels sistemes en un xip dels principals fabricants: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA i Broadcom. Qualcomm, NVIDIA i MediaTek fabriquen i venen principalment SoC mòbils perquè les empreses de maquinari els utilitzin en els dispositius que fabriquen. Broadcom fa SoC que s'utilitzen en encaminadors i dispositius de xarxa, i Samsung i Huawei no només fabriquen SoC, sinó que són les dues empreses més grans del món a utilitzar-los.
No pots dir quin sistema en un xip és el millor. El disseny i desenvolupament de sistemes en un xip s'està movent tan ràpid que en el moment de la comparació, l'opció ja estarà obsoleta. Tanmateix, cal recordar que el millor SoC pot no ser el millor per als processadors o les transferències sense fil més ràpides.
