System på ett chip är ett litet chip med alla nödvändiga elektroniska komponenter och kretsar. I engelsk litteratur används termen SoC (system-on-a-chip). Systemet i ljuddetekteringsanordningen kan innefatta en ADC, en ljudmottagare, ett minne, en mikroprocessor och en logikstyrning för användar-I/O på ett enda chip.
Inom medicin kan ett SoC-system baserat på nanorobotar fungera som programmerbara antikroppar för att fördröja tidiga sjukdomar. Chipbaserade videoenheter kan hjälpa blinda människor genom att låta dem ta emot en bild, och SoC-ljudenheter kan få döva att höra. Systemet-på-ett-chipet utvecklas tillsammans med andra teknologier som SOI (kisel på isolator).
Definitioner av termer
SoC-systemet kombinerar de elektroniska kretsarna som krävs för olika datorkomponenter på ett enda integrerat chip (IC). En SoC är ett komplett elektroniskt substratsystem som kan innehålla analoga,digitala, blandade eller RF-funktioner. Dess komponenter inkluderar vanligtvis en grafikprocessorenhet (GPU), en centralprocessorenhet (CPU), som kan vara flerkärnig, och systemminne (RAM).
Eftersom systemet-på-ett-chipset innehåller både hårdvara och mjukvara, förbrukar det mindre ström, har bättre prestanda, kräver mindre utrymme och är mer tillförlitligt än system med flera chip. De flesta systemchips ingår i mobila enheter som smartphones och surfplattor idag.
System-on-a-Chip är speciellt utformat för att uppfylla standarderna för att integrera de elektroniska kretsarna som krävs för många datorkomponenter på ett enda integrerat chip. Istället för ett system som sätter ihop flera chips och komponenter på ett kretskort skapar en SoC alla nödvändiga kretsar i en enda enhet.
SoC-utmaningar inkluderar högre prototypkostnader, arkitektur och mer komplex felsökning. IC:er är inte kostnadseffektiva. Detta kan dock ändras i takt med att tekniken utvecklas.
Obligatoriska mikrochipparametrar
System on Chip SoCs är mycket komplexa enheter. Till exempel är Qualcomms Snapdragon 600 system-on-a-chip SoC som användes i den gamla Samsung Galaxy-smarttelefonen.
Människor vill kunna använda sina smartphones för att surfa på Internet, lyssna på musik, titta på videor, använda GPS-navigering, ta foton och filma, spela spel, komma åt sociala nätverk. Alla dessa funktionerär försedda inte bara med en bra processor, utan också med ett kraftfullt System on Chip SoC-grafikchip, en snabb trådlös Bluetooth-kretsuppsättning och stöd för anslutning till 4G-nätverk. Allt detta bör fungera med minsta möjliga energiförbrukning.
Lösningen är att miniatyrisera allt som kan installeras. Enheter bör vara så komprimerade som möjligt och placeras kompakt på en mindre yta. Konsekvensen av detta är högre processorkraft och lägre energiförbrukning. Detta är precis vad SoC erbjuder.
System-på-chip-design
Begreppsmässigt finns det tre nivåer av designstrategi för funktionella chips. Den första nivån är symmetrin för punktgruppen. Det dikterar närvaron eller frånvaron av ett visst fysiskt svar och anisotropi av kristallen. Därför kan den användas för att söka efter och skydda nya funktionella kristaller.
Punktgruppssymmetri är ett nödvändigt krav, men inte ett tillräckligt villkor för en funktionell kristall. För att ett SNK-system-på-ett-chip ska uppvisa en viss egenskap måste det kompletteras med en andra nivå av designstrategi – rymdgruppstruktur eller symmetri.
Slutligen, för att förbättra eller optimera responsen, finns det en tredje nivå av molekylär ingenjörsdesignstrategi som involverar finjustering av de elektroniska eller magnetiska strukturerna i byggstenarna i atomer, molekyler och kristallkluster.
Komponentermobila enheter
Ett SoC-system-på-ett-chip kan ha olika element, beroende på dess syfte. Eftersom de allra flesta SoCs används på smartphones erbjuder vi en lista över de vanligaste komponenterna i sådana enheter:
- CPU är kärnan i SoC. Det är den del som är ansvarig för att göra de flesta beräkningar och beslut. Den tar emot input från andra hårdvarukomponenter och mjukvara och ger lämpliga utdatasvar. Utan CPU skulle det inte finnas någon SoC. De flesta processorer idag har två, fyra eller åtta kärnor inuti.
- GPU - förkortad för grafikbearbetningsmodul. Det kallas också ett videochip. GPU:n är ansvarig för 3D-spel samt de snygga visuella övergångarna som är synliga i gränssnittet på alla enheter som använder ett system med ett chip.
- RAM-minne - alla datorenheter behöver minne för att fungera. För att kunna köra applikationer och mjukvarudata måste du använda dem. För att göra detta måste systemet-på-ett-chipet ha RAM-minne.
- ROM - Alla enheter måste ha ROM-minne för att lagra programvara som firmware eller operativsystemet den körs på.
- Modem – en smartphone kommer inte att vara en telefon om den inte kan ansluta till radionätverk. Modem tar hand om nätverket eller mobilanslutningen.
Förutom CPU och minne kan andra SoC:er innehålla PCIe-gränssnitt designade föransluter radiosändtagare, SATA-gränssnitt eller USB-enheter.
Chip design
System på ett chip måste ha halvledarminnesblock för att kunna utföra sina beräkningar. Beroende på tillämpningen av SoC kan minnet bilda en hierarki av minne och cache. Detta är vanligt på marknaden för mobila datorer, men krävs inte i många inbyggda mikrokontroller med låg effekt.
Minnesteknologier för SoCs inkluderar läsminne (ROM), random access memory (RAM), elektriskt raderbart programmerbart ROM (EEPROM) och flashminne. Precis som med andra datorsystem kan RAM-minne delas upp i det relativt snabbare men dyrare statiska RAM-minnet (SRAM) och det långsammare men billigare dynamiska RAM-minnet (DRAM) som systemet-på-ett-chipset som visas i den här artikeln.
Externa gränssnitt
SoCs inkluderar externa gränssnitt, vanligtvis för kommunikationsprotokoll. De är ofta baserade på industristandarder som USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C och mer. Trådlösa nätverksprotokoll som Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN och närfältskommunikation kan också stödjas.
Om det behövs inkluderar SoC:er analoga gränssnitt för signalbehandling. De kan interagera med olika typer av sensorer eller ställdon, inklusive smarta omvandlare. De kan också kontakta specifikamodulapplikationer eller vara intern i SoC, till exempel om en analog sensor är inbyggd i SoC och dess avläsningar måste konverteras till digitala signaler för matematisk bearbetning.
Digitala signalprocessorer
Digitala signalprocessorer (DSP) ingår ofta i system på ett chip. De utför operationssignalbehandling för sensorer, ställdon, datainsamling, dataanalys och multimediabehandling. DSP-kärnor har vanligtvis ett mycket långt instruktionsord (VLIW) och enkelriktad instruktionsuppsättningsarkitektur, så de är mottagliga för att utnyttja parallellism.
4DSP-kärnor innehåller oftast applikationsspecifika instruktioner och är processorerna för den ASIP-applikationsspecifika manuella uppsättningen. Sådana instruktioner motsvarar specialiserade funktionella enheter.
Typiska DSP-instruktioner inkluderar multipel ackumulering, snabb Fourier-transform, jämn multiplikation och f altning. Som med andra datorsystem kräver SoCs klockkällor för att generera klocksignaler, styra exekveringen av funktioner och tillhandahålla timingkontext till signalbehandlingsapplikationer om det behövs.
Populära tidskällor är kristalloscillatorer och faslåsta loopar. SoCs inkluderar även spänningsregulatorer och strömhanteringskretsar.
Skillnaden mellan SoC och CPU
En gång i tiden trodde många att processorn var helt isolerad från monitorn. Nu förstår många att CPU:n bara är en liten del,och en dator består av många delar.
System på ett chip är ett elektroniskt kretskort som integrerar alla nödvändiga komponenter i en dator och andra elektroniska system. Dessa inkluderar GPU, CPU, minne, strömhanteringskretsar, USB-kontroller, trådlösa radioapparater och mer. Dessa komponenter är fastlödda på moderkortet, vilket skiljer sig från vanliga datorer, vars delar kan bytas ut när som helst.
Man kan säga att ett system på ett chip (SoC) är vad som händer när Vector från Despicable Me använder "beam compression" på en fullfjädrad dator. Med kraften i miniatyrisering är System on a Chip en funktionell dator som har komprimerats för att passa på ett enda silikonchip.
Där markerna används
SoC är vanligtvis liten och tar inte upp mycket utrymme inuti en elektronisk enhet, vilket gör den idealisk för mindre enheter. Den kombinerar många olika delar på ett enda chip, vilket innebär att dess tillverkare inte behöver lägga tid, pengar och resurser på att lägga ner betydande fysiska delar och bygga långa kretsar, vilket i sin tur innebär lägre produktion och kostnader. System på ett chip är mycket effektivare än de med dedikerade individuella komponenter som en stationär PC eller bärbar dator. SoC kan köras på batterier under en längre tid.
Traditionella metoder för elektronik har handlat om att skapa system som körs på individuellaoberoende delar. Exempel är datorer och bärbara datorer. Men den ständiga miniatyriseringen av allt runt omkring betyder att de i allt högre grad förlitar sig på mindre, mer energieffektiva system på ett chip. Smartphones, surfplattor och till och med IoT-enheter (Internet of Things) bevisar att system på chips är en viktig del av framtiden för all elektronik.
Intel Pentium N3710-enhet
Pentium N3710 är ett 64-bitars fyrkärnigt system-på-ett-chip designat av Intel och introducerades i början av 2015 som artikelnummer 3710. Baserat på Airmonts mikroarkitektur. Detta chip arbetar på 1,6 GHz med läge upp till 2,57 GHz. SoC inkluderar HD Graphics 405 GPU som har 16 exekveringsenheter och körs på 400 MHz
N3710 system-på-chip-arkitekturdetaljer:
- Designer – Intel.
- Tillverkare – Intel.
- Modellnummer - N3710.
- Artikelnummer - FH8066501715927
- Omfattning – mobil.
- nummer – mars 2015
- Pentium N3000-serien.
- Frekvens - 1600 MHz.
- Hastighet - 2567 MHz (1 kärna).
- Busstyp - IDI CPUID 406C4.
- Microarchitecture – Airmont.
- Huvudnamnet är Braswell.
- Teknik – CMOS.
- Ordstorlek - 64-bitars.
- Maximum processorer – enprocessor.
- Maxim alt minne är 8 G.
- PP temperatur 0 C - 90 C.
- IntegreradGPU-grafikinformation - HD Graphics 405.
- Maximala frekvensen är 700 MHz.
Fördelar med chipsystem
Huvudsyftet med att använda SOC i design innefattar stegen som utgör fördelarna med enheten:
- SOC är liten i storleken men innehåller många funktioner.
- Flexibilitet. När det gäller chipstorlek, kraft och formfaktor är dessa system mycket svåra att slå av andra enheter.
- Kostnadseffektivitet, särskilt för specifika SoC-applikationer som videokod.
- Systemet-på-chipet är otaligt. För produkter med hög kapacitet förenklar de resursskydd och tekniska kostnader.
Men en sådan utmärkt enhet har sina nackdelar:
- Stor tidsinvestering. SoC-designprocessen kan ta allt från 6 till 12 månader.
- Begränsade resurser.
- Om en produkt med låg volym utvecklas, kommer avancerad utrustning att krävas. Det kan vara bättre att använda hårdvara från tredje part, lägga tid och resurser på applikationsprogramvara.
System på ett chip har den stora nackdelen att de inte kan anpassas alls. De kan med andra ord inte uppgraderas. Ett system på ett chip dör vanligtvis på samma sätt som det skapades. Ingenting förändras i den under hela livslängden. Om något går sönder internt i instrumentet kan endast den delen inte repareras eller ändras. Måste byta ut hela SoC.
De största tillverkarnamobilmarker
Vi erbjuder en kort översikt över system på ett chip från stora tillverkare: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA och Broadcom. Qualcomm, NVIDIA och MediaTek tillverkar och säljer främst mobila SoC:er för hårdvaruföretag att använda i enheter de tillverkar. Broadcom tillverkar SoCs som används i routrar och nätverksenheter, och Samsung och Huawei tillverkar inte bara SoCs, utan är de två största företagen i världen när det gäller att använda dem.
Du kan inte säga vilket system på ett chip som är bäst. Utformningen och utvecklingen av system-on-a-chip går så snabbt att alternativet redan kommer att vara föråldrat vid jämförelsetillfället. Man måste dock komma ihåg att den bästa SoC kanske inte är den bästa för processorer eller de snabbaste trådlösa överföringarna.
