System på en chip er en lille chip med alle nødvendige elektroniske komponenter og kredsløb. I engelsk litteratur bruges begrebet SoC (system-on-a-chip). Systemet i lyddetekteringsindretningen kan omfatte en ADC, en lydmodtager, en hukommelse, en mikroprocessor og en bruger-I/O logisk kontrol på en enkelt chip.
I medicin kan et SoC-system baseret på nano-robotter fungere som programmerbare antistoffer til at forsinke tidlige sygdomme. Chip-baserede videoenheder kan hjælpe blinde mennesker ved at give dem mulighed for at modtage et billede, og SoC-lydenheder kan få døve til at høre. System-on-a-chip udvikler sig sammen med andre teknologier såsom SOI (silicium på isolator).
Definitioner af termer
SoC-systemet kombinerer de nødvendige elektroniske kredsløb fra forskellige computerkomponenter på en enkelt integreret chip (IC). En SoC er et komplet elektronisk substratsystem, der kan indeholde analoge,digitale, blandede eller RF-funktioner. Dens komponenter omfatter typisk en grafikprocessor (GPU), en central processing unit (CPU), som kan være multi-core, og systemhukommelse (RAM).
Fordi systemet-på-en-chip inkluderer både hardware og software, bruger det mindre strøm, har bedre ydeevne, kræver mindre plads og er mere pålideligt end multi-chip-systemer. De fleste systemchips er inkluderet i mobile enheder såsom smartphones og tablets i dag.
System-on-a-Chip er specifikt designet til at opfylde standarderne for inkorporering af det nødvendige elektroniske kredsløb af adskillige computerkomponenter på en enkelt integreret chip. I stedet for et system, der samler flere chips og komponenter på et printkort, skaber en SoC alle de nødvendige kredsløb i en enkelt enhed.
SoC-udfordringer omfatter højere prototypeomkostninger, arkitektur og mere kompleks debugging. IC'er er ikke omkostningseffektive. Dette kan dog ændre sig, efterhånden som teknologien udvikler sig.
Påkrævede mikrochipningsparametre
System on Chip SoC'er er meget komplekse enheder. For eksempel er Qualcomms Snapdragon 600-system-på-en-chip den SoC, der blev brugt i den gamle Samsung Galaxy-smartphone.
Folk ønsker at kunne bruge deres smartphones til at surfe på internettet, lytte til musik, se videoer, bruge GPS-navigation, tage billeder og videoer, spille spil, få adgang til sociale netværk. Alle disse funktionerer forsynet ikke kun med en god processor, men også med en kraftfuld System on Chip SoC-grafikchip, et hurtigt trådløst Bluetooth-chipsæt og understøttelse af tilslutning til 4G-netværk. Alt dette burde fungere med det mindste energiforbrug.
Løsningen er at miniaturisere alt, hvad der kan installeres. Enheder skal være så komprimerede som muligt og placeres kompakt på en mindre overflade. Konsekvensen af dette er højere processorkraft og lavere strømforbrug. Det er præcis, hvad SoC tilbyder.
System-on-Chip-design
Begrebsmæssigt er der tre niveauer af designstrategi for funktionelle chips. Det første niveau er symmetrien af punktgruppen. Det dikterer tilstedeværelsen eller fraværet af en bestemt fysisk reaktion og anisotropi af krystallen. Derfor kan den bruges til at søge efter og afskærme nye funktionelle krystaller.
Punktgruppesymmetri er et nødvendigt krav, men ikke en tilstrækkelig betingelse for en funktionel krystal. For at et SNK-system-på-en-chip kan udvise en bestemt egenskab, skal det suppleres med et andet niveau af designstrategi – rumgruppestruktur eller symmetri.
Til sidst, for at forbedre eller optimere responsen, er der et tredje niveau af molekylær ingeniørdesignstrategi, der involverer finjustering af de elektroniske eller magnetiske strukturer af byggestenene i atomer, molekyler og krystalklynger.
Komponentermobilenheder
Et SoC-system-på-en-chip kan have forskellige elementer, afhængigt af dets formål. Da langt de fleste SoC'er bruges på smartphones, tilbyder vi en liste over de mest almindelige komponenter i sådanne enheder:
- CPU er kernen i SoC. Det er den del, der er ansvarlig for at foretage de fleste beregninger og beslutninger. Den modtager input fra andre hardwarekomponenter og software og giver passende outputsvar. Uden CPU'en ville der ikke være nogen SoC. De fleste processorer i dag har to, fire eller otte kerner indeni.
- GPU - forkortet til grafikbehandlingsmodul. Det kaldes også en videochip. GPU'en er ansvarlig for 3D-spil såvel som de pæne visuelle overgange, der er synlige i grænsefladen på enhver enhed, der bruger et enkelt-chip-system.
- RAM-hukommelse - alle computerenheder har brug for hukommelse for at fungere. For at kunne køre applikationer og softwaredata skal du bruge dem. For at gøre dette skal systemet-på-en-chippen have RAM.
- ROM - Enhver enhed skal have ROM-hukommelse for at gemme software såsom firmware eller det operativsystem, den kører på.
- Modem - en smartphone vil ikke være en telefon, hvis den ikke kan oprette forbindelse til radionetværk. Modemer tager sig af netværket eller mobilforbindelsen.
Ud over CPU og hukommelse kan andre SoC'er inkludere PCIe-grænseflader designet tiltilslutning af radiotransceivere, SATA-grænseflader eller USB-enheder.
chipdesign
Systemer på en chip skal have halvlederhukommelsesblokke for at udføre deres beregninger. Afhængigt af anvendelsen af SoC'en kan hukommelsen danne et hierarki af hukommelse og cache. Dette er almindeligt på markedet for mobile computere, men er ikke påkrævet i mange indlejrede mikrocontrollere med lav effekt.
Hukommelsesteknologier til SoC'er inkluderer skrivebeskyttet hukommelse (ROM), random access memory (RAM), elektrisk sletbar programmerbar ROM (EEPROM) og flashhukommelse. Som med andre computersystemer kan RAM opdeles i den relativt hurtigere, men dyrere statiske RAM (SRAM) og den langsommere, men billigere dynamiske RAM (DRAM) som systemet-på-en-chip afbilledet i denne artikel.
Eksterne grænseflader
SoC'er inkluderer eksterne grænseflader, typisk til kommunikationsprotokoller. De er ofte baseret på industristandarder som USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C og mere. Trådløse netværksprotokoller såsom Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN og nærfeltskommunikation understøttes muligvis også.
Hvis det er nødvendigt, inkluderer SoC'er analoge grænseflader til signalbehandling. De kan interagere med forskellige typer sensorer eller aktuatorer, herunder smarte omformere. De kan også kontakte specifikkemodulapplikationer eller være intern i SoC, for eksempel, hvis en analog sensor er indbygget i SoC, og dens aflæsninger skal konverteres til digitale signaler til matematisk behandling.
Digitale signalprocessorer
Digitale signalprocessorer (DSP'er) er ofte inkluderet i systemer på en chip. De udfører operationssignalbehandling for sensorer, aktuatorer, dataindsamling, dataanalyse og multimediebehandling. DSP-kerner har typisk et meget langt instruktionsord (VLIW) og ensrettet instruktionssætarkitektur, så de er egnede til at udnytte parallelitet.
4DSP-kerner indeholder oftest applikationsspecifikke instruktioner og er processorerne i det ASIP-applikationsspecifikke manualsæt. Sådanne instruktioner svarer til specialiserede funktionelle enheder.
Typiske DSP-instruktioner inkluderer multipel akkumulering, hurtig Fourier-transformation, jævn multiplikation og foldning. Som med andre computersystemer kræver SoC'er clock-kilder til at generere clock-signaler, styre udførelsen af funktioner og give timing-kontekst til signalbehandlingsapplikationer, hvis det er nødvendigt.
Populære tidskilder er krystaloscillatorer og faselåste sløjfer. SoC'er omfatter også spændingsregulatorer og strømstyringskredsløb.
Forskellen mellem SoC og CPU
Engang troede mange, at CPU'en var fuldstændig isoleret fra skærmen. Nu forstår mange, at CPU'en kun er en lille del,og en computer består af mange dele.
System på en chip er et elektronisk printkort, der integrerer alle de nødvendige komponenter i en computer og andre elektroniske systemer. Disse inkluderer GPU, CPU, hukommelse, strømstyringskredsløb, USB-controller, trådløse radioer og mere. Disse komponenter er loddet på bundkortet, hvilket er forskelligt fra konventionelle computere, hvoraf dele kan udskiftes til enhver tid.
Man kan sige, at et system på en chip (SoC) er det, der sker, når Vector fra Despicable Me bruger "beam compression" på en fuldgyldig computer. Med kraften i miniaturisering er System on a Chip en funktionel computer, der er blevet komprimeret til at passe på en enkelt siliciumchip.
Hvor chipsene bruges
SoC er typisk lille og fylder ikke meget inde i en elektronisk enhed, hvilket gør den ideel til mindre enheder. Den kombinerer mange forskellige dele på en enkelt chip, hvilket betyder, at dens producent ikke skal bruge tid, penge og ressourcer på at nedlægge væsentlige fysiske dele og bygge lange kredsløb, hvilket igen betyder lavere produktion og omkostninger. Systemer på en chip er meget mere effektive end dem med dedikerede individuelle komponenter såsom en stationær pc eller bærbar. SoC kan køre på batterier i længere tid.
Traditionelle tilgange til elektronik har handlet om at skabe systemer, der kører på individuelleselvstændige dele. Eksempler er computere og bærbare computere. Men den konstante miniaturisering af alt omkring betyder, at de i stigende grad er afhængige af mindre, mere energieffektive systemer på en chip. Smartphones, tablets og endda IoT-enheder (Internet of Things) beviser, at systemer på chips er en vigtig del af fremtiden for al elektronik.
Intel Pentium N3710-enhed
Pentium N3710 er et 64-bit quad-core system-på-en-chip designet af Intel og introduceret i begyndelsen af 2015 som varenummer 3710. Baseret på Airmont-mikroarkitekturen. Denne chip fungerer ved 1,6 GHz med tilstand op til 2,57 GHz. SoC inkluderer HD Graphics 405 GPU, som har 16 eksekveringsenheder og kører ved 400 MHz
N3710 system-på-chip-arkitekturdetaljer:
- Designer - Intel.
- Producent - Intel.
- Modelnummer - N3710.
- delnummer - FH8066501715927
- Omfang – mobil.
- Udgave - marts 2015
- Pentium N3000-serien.
- Frekvens - 1600 MHz.
- Hastighed - 2567 MHz (1 kerne).
- Bustype - IDI CPUID 406C4.
- Microarchitecture – Airmont.
- Hovednavnet er Braswell.
- Teknologi – CMOS.
- Ordstørrelse - 64-bit.
- Maksim alt antal processorer - uniprocessor.
- Maksimal hukommelse er 8 G.
- PP temperatur 0 C - 90 C.
- IntegreretGPU-grafikoplysninger - HD Graphics 405.
- Maksimal frekvens er 700 MHz.
Fordele ved chipsystemer
Hovedformålet med at bruge SOC i design involverer de trin, der udgør fordelene ved enheden:
- SOC er lille i størrelse, men indeholder mange funktioner.
- Fleksibilitet. Med hensyn til chipstørrelse, kraft og formfaktor er disse systemer meget svære at slå af andre enheder.
- Omkostningseffektivitet, især til specifikke SoC-applikationer såsom videokode.
- System-på-chippen er utallige. For produkter med høj kapacitet forenkler de ressourcebeskyttelse og tekniske omkostninger.
Men sådan en fremragende enhed har sine ulemper:
- Stor tidsinvestering. SoC-designprocessen kan tage alt fra 6 til 12 måneder.
- Begrænsede ressourcer.
- Hvis der udvikles et lavvolumen-produkt, kræves high-end udstyr. Det kan være bedre at bruge tredjeparts hardware, bruge tid og ressourcer på applikationssoftware.
Systemer på en chip har den store ulempe, at de slet ikke kan tilpasses. De kan med andre ord ikke opgraderes. Et system på en chip dør norm alt på samme måde, som det blev oprettet. Intet ændrer sig i det i hele levetiden. Hvis noget går i stykker internt i instrumentet, kan kun den del ikke repareres eller ændres. Er nødt til at udskifte hele SoC.
De største producentermobilchips
Vi tilbyder en kort oversigt over systemer på en chip fra store producenter: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA og Broadcom. Qualcomm, NVIDIA og MediaTek fremstiller og sælger primært mobile SoC'er, som hardwarevirksomheder kan bruge i enheder, de fremstiller. Broadcom laver SoC'er, der bruges i routere og netværksenheder, og Samsung og Huawei laver ikke kun SoC'er, men er de to største virksomheder i verden i at bruge dem.
Du kan ikke sige, hvilket system på en chip der er det bedste. Designet og udviklingen af system-on-a-chip går så hurtigt, at muligheden allerede vil være forældet ved sammenligningstidspunktet. Man skal dog huske, at den bedste SoC måske ikke er den bedste til processorer eller de hurtigste trådløse overførsler.
