Sustav na čipu je mali čip sa svim potrebnim elektroničkim komponentama i sklopovima. U engleskoj literaturi koristi se izraz SoC (system-on-a-chip). Sustav u uređaju za detekciju zvuka može uključivati ADC, audio prijemnik, memoriju, mikroprocesor i korisničku I/O logičku kontrolu na jednom čipu.
U medicini, SoC sustav baziran na nano-robotima može djelovati kao programabilna antitijela za odgađanje ranih bolesti. Video uređaji bazirani na čipu mogu pomoći slijepim osobama dopuštajući im da prime sliku, a SoC audio uređaji mogu učiniti da gluhe osobe čuju. Sustav-na-čipu se razvija zajedno s drugim tehnologijama kao što je SOI (silicij na izolatoru).
Definicije pojmova
SoC sustav kombinira potrebne elektroničke sklopove različitih računalnih komponenti na jednom integriranom čipu (IC). SoC je potpuni elektronički sustav supstrata koji može sadržavati analogne,digitalne, mješovite ili RF funkcije. Njegove komponente obično uključuju grafičku procesorsku jedinicu (GPU), središnju procesorsku jedinicu (CPU), koja može biti višejezgrena, i sistemsku memoriju (RAM).
Budući da sustav-na-čipu uključuje i hardver i softver, troši manje energije, ima bolje performanse, zahtijeva manje prostora i pouzdaniji je od sustava s više čipova. Većina sistemskih čipova danas je uključena u mobilne uređaje kao što su pametni telefoni i tableti.
Sustav-na-čipu posebno je dizajniran da zadovolji standarde za ugradnju potrebnih elektroničkih sklopova brojnih računalnih komponenti na jedan integrirani čip. Umjesto sustava koji sastavlja više čipova i komponenti na PCB, SoC stvara sve potrebne sklopove u jednom uređaju.
SoC izazovi uključuju veće troškove izrade prototipa, arhitekture i složenijeg otklanjanja pogrešaka. IC-ovi nisu isplativi. Međutim, to se može promijeniti kako tehnologija napreduje.
Potrebni parametri mikročipiranja
System on Chip SoC-i su vrlo složeni uređaji. Na primjer, Qualcommov Snapdragon 600 sustav-na-čipu je SoC koji je korišten u starom Samsung Galaxy pametnom telefonu.
Ljudi žele moći koristiti svoje pametne telefone za surfanje internetom, slušanje glazbe, gledanje videa, korištenje GPS navigacije, snimanje fotografija i videa, igranje igrica, pristup društvenim mrežama. Sve ove značajkeopremljeni ne samo dobrim procesorom, već i snažnim grafičkim čipom System on Chip SoC, brzim bežičnim Bluetooth čipsetom i podrškom za povezivanje s 4G mrežama. Sve bi to trebalo raditi uz najmanju potrošnju energije.
Rješenje je minijaturizirati sve što se može instalirati. Uređaji trebaju biti što je moguće komprimirani i kompaktno postavljeni na manju površinu. Posljedica toga je veća procesorska snaga i manja potrošnja energije. To je upravo ono što SoC nudi.
Dizajn sustava na čipu
Konceptualno, postoje tri razine strategije dizajna za funkcionalne čipove. Prva razina je simetrija skupine točaka. To diktira prisutnost ili odsutnost određenog fizičkog odgovora i anizotropije kristala. Stoga se može koristiti za traženje i zaštitu novih funkcionalnih kristala.
Simetrija skupine točaka je nužan uvjet, ali ne i dovoljan uvjet za funkcionalni kristal. Da bi SNK sustav-na-čipu pokazao određeno svojstvo, ono mora biti nadopunjeno drugom razinom strategije dizajna - strukturom ili simetrijom prostorne grupe.
Konačno, kako bi se poboljšao ili optimizirao odgovor, postoji treća razina strategije dizajna molekularnog inženjeringa koja uključuje fino podešavanje elektroničkih ili magnetskih struktura građevnih blokova atoma, molekula i kristalnih klastera.
Komponentemobilni uređaji
SoC sustav-na-čipu može imati različite elemente, ovisno o svojoj namjeni. Budući da se velika većina SoC-a koristi na pametnim telefonima, nudimo popis najčešćih komponenti takvih uređaja:
- CPU je jezgra unutar SoC-a. To je dio koji je odgovoran za većinu izračuna i odluka. Prima ulaz od drugih hardverskih komponenti i softvera i daje odgovarajuće izlazne odgovore. Bez CPU-a ne bi bilo SoC-a. Većina današnjih procesora ima dvije, četiri ili osam jezgri unutra.
- GPU - skraćeno za modul za obradu grafike. Naziva se i video čipom. GPU je odgovoran za 3D igranje kao i za uredne vizualne prijelaze koji su vidljivi u sučelju bilo kojeg uređaja koji koristi sustav s jednim čipom.
- RAM memorija - svim računalnim uređajima potrebna je memorija za rad. Da biste mogli pokretati aplikacije i softverske podatke, morate ih koristiti. Da biste to učinili, sustav-na-čipu mora imati RAM.
- ROM - Svaki uređaj mora imati ROM memoriju za pohranjivanje softvera kao što je firmware ili operativni sustav na kojem radi.
- Modem - pametni telefon neće biti telefon ako se ne može povezati na radio mreže. Modemi se brinu za mrežnu ili mobilnu vezu.
Osim CPU-a i memorije, drugi SoC-ovi mogu uključivati PCIe sučelja dizajnirana zapovezivanje radio primopredajnika, SATA sučelja ili USB uređaja.
Dizajn čipsa
Sustavi na čipu moraju imati poluvodičke memorijske blokove da bi izvršili svoje izračune. Ovisno o primjeni SoC-a, memorija može formirati hijerarhiju memorije i predmemorije. To je uobičajeno na tržištu mobilnih računala, ali nije potrebno u mnogim ugrađenim mikrokontrolerima male snage.
Memorijske tehnologije za SoC-ove uključuju memoriju samo za čitanje (ROM), memoriju s slučajnim pristupom (RAM), električno izbrisiv programabilni ROM (EEPROM) i flash memoriju. Kao i kod drugih računalnih sustava, RAM se može podijeliti na relativno brži, ali skuplji statički RAM (SRAM) i sporiji, ali jeftiniji dinamički RAM (DRAM) poput sustava na čipu prikazanog u ovom članku.
Vanjska sučelja
SoC-ovi uključuju vanjska sučelja, tipično za komunikacijske protokole. Često se temelje na industrijskim standardima kao što su USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C i još mnogo toga. Protokoli bežične mreže kao što su Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN i komunikacija bliskog polja također mogu biti podržani.
Ako je potrebno, SoC-ovi uključuju analogna sučelja za obradu signala. Mogu komunicirati s različitim vrstama senzora ili aktuatora, uključujući pametne pretvarače. Oni također mogu kontaktirati određenemodulske aplikacije ili biti interni za SoC, na primjer, ako je analogni senzor ugrađen u SoC i njegova očitanja moraju se pretvoriti u digitalne signale za matematičku obradu.
Digitalni signalni procesori
Digitalni signalni procesori (DSP) često su uključeni u sustave na čipu. Izvode obradu signala rada za senzore, aktuatore, prikupljanje podataka, analizu podataka i multimedijsku obradu. DSP jezgre obično imaju vrlo dugu instrukcijsku riječ (VLIW) i jednosmjernu arhitekturu skupa instrukcija, tako da su podložne iskorištavanju paralelizma.
4DSP jezgre najčešće sadrže upute specifične za aplikaciju i procesori su ručnog skupa za ASIP specifične aplikacije. Takve upute odgovaraju specijaliziranim funkcionalnim jedinicama.
Tipične DSP upute uključuju višestruku akumulaciju, brzu Fourierovu transformaciju, glatko množenje i konvoluciju. Kao i kod drugih računalnih sustava, SoC zahtijevaju izvore takta za generiranje signala sata, kontrolu izvršavanja funkcija i pružanje vremenskog konteksta aplikacijama za obradu signala ako je potrebno.
Popularni izvori vremena su kristalni oscilatori i fazno zaključane petlje. SoC-ovi također uključuju regulatore napona i sklopove za upravljanje napajanjem.
Razlika između SoC-a i CPU-a
Nekoć davno mnogi su mislili da je CPU potpuno izoliran od monitora. Sada mnogi razumiju da je CPU samo mali dio,a računalo se sastoji od mnogo dijelova.
Sustav na čipu je elektronička ploča koja integrira sve potrebne komponente u računalu i drugim elektroničkim sustavima. To uključuje GPU, CPU, memoriju, sklop za upravljanje napajanjem, USB kontroler, bežični radio i još mnogo toga. Ove komponente su zalemljene na matičnoj ploči, što se razlikuje od konvencionalnih računala, čiji se dijelovi mogu zamijeniti u bilo kojem trenutku.
Moglo bi se reći da je sustav na čipu (SoC) ono što se događa kada Vector iz Despicable Me koristi "kompresiju zraka" na punopravnom računalu. Uz snagu minijaturizacije, Sustav na čipu je funkcionalno računalo koje je komprimirano da stane na jedan silikonski čip.
Gdje se koristi čips
SoC je obično malen i ne zauzima puno prostora unutar elektroničkog uređaja, što ga čini idealnim za manje uređaje. Kombinira mnogo različitih dijelova na jednom čipu, što znači da njegov proizvođač ne mora trošiti vrijeme, novac i resurse na postavljanje značajnih fizičkih dijelova i izgradnju dugih sklopova, što zauzvrat znači nižu proizvodnju i troškove. Sustavi na čipu puno su učinkovitiji od onih s namjenskim pojedinačnim komponentama kao što su stolno računalo ili prijenosno računalo. SoC može raditi na baterije dulje vrijeme.
Tradicionalni pristupi elektronici bili su u stvaranju sustava koji rade na pojedincunezavisni dijelovi. Primjeri su računala i prijenosna računala. Međutim, stalna minijaturizacija svega okolo znači da se sve više oslanjaju na manje, energetski učinkovitije sustave na čipu. Pametni telefoni, tableti, pa čak i IoT (Internet of Things) uređaji dokazuju da su sustavi na čipovima važan dio budućnosti sve elektronike.
Intel Pentium N3710 uređaj
Pentium N3710 je 64-bitni četverojezgreni sustav na čipu koji je dizajnirao Intel i predstavljen početkom 2015. kao dio broj 3710. Temeljen na Airmont mikroarhitekturi. Ovaj čip radi na 1,6 GHz s načinom rada do 2,57 GHz. SoC uključuje HD Graphics 405 GPU koji ima 16 izvršnih jedinica i radi na 400 MHz
N3710 detalji o arhitekturi sustava na čipu:
- Dizajner - Intel.
- Proizvođač - Intel.
- Broj modela - N3710.
- Broj dijela - FH8066501715927
- Scope - mobilni.
- Izdanje - ožujak 2015.
- Pentium N3000 serija.
- Frekvencija - 1600 MHz.
- Brzina - 2567 MHz (1 jezgra).
- Vrsta sabirnice - IDI CPUID 406C4.
- Mikroarhitektura – Airmont.
- Glavno ime je Braswell.
- Tehnologija - CMOS.
- Veličina riječi - 64-bit.
- Maksimalni procesori - jednoprocesor.
- Maksimalna memorija je 8 G.
- PP temperatura 0 C - 90 C.
- IntegriranoGPU grafičke informacije - HD Graphics 405.
- Maksimalna frekvencija je 700 MHz.
Prednosti čip sustava
Glavna svrha korištenja SOC-a u dizajnu uključuje korake koji čine prednosti uređaja:
- SOC je male veličine, ali uključuje mnoge značajke.
- Fleksibilnost. U pogledu veličine čipa, snage i faktora oblika, ove sustave je vrlo teško nadmašiti drugim uređajima.
- Učinkovitost troškova, posebno za specifične SoC aplikacije kao što je video kod.
- Sustav na čipu je bezbroj. Za proizvode visokog kapaciteta, pojednostavljuju zaštitu resursa i troškove inženjeringa.
Međutim, tako izvrstan uređaj ima svoje nedostatke:
- Veliko ulaganje vremena. Proces dizajna SoC-a može potrajati od 6 do 12 mjeseci.
- Ograničeni resursi.
- Ako se razvija proizvod male količine, bit će potrebna vrhunska oprema. Možda bi bilo bolje koristiti hardver treće strane, trošiti vrijeme i resurse na aplikacijski softver.
Sustavi na čipu imaju veliki nedostatak što se uopće ne mogu prilagoditi. Drugim riječima, ne mogu se nadograditi. Sustav na čipu obično umire isti kao što je i stvoren. U njemu se ništa ne mijenja tijekom cijelog radnog vijeka. Ako se unutar instrumenta nešto pokvari, samo se taj dio ne može popraviti ili promijeniti. Moram zamijeniti cijeli SoC.
Najveći proizvođačimobilni čips
Nudimo kratak pregled sustava na čipu velikih proizvođača: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA i Broadcom. Qualcomm, NVIDIA i MediaTek proizvode i prodaju prvenstveno mobilne SoC-ove za hardverske tvrtke za korištenje u uređajima koje proizvode. Broadcom proizvodi SoC-ove koji se koriste u usmjerivačima i mrežnim uređajima, a Samsung i Huawei ne samo da proizvode SoC-ove, već su i dvije najveće tvrtke na svijetu koje ih koriste.
Ne možete reći koji je sustav na čipu najbolji. Dizajn i razvoj sustava na čipu ide tako brzo da će u trenutku usporedbe ta opcija već biti zastarjela. Međutim, morate imati na umu da najbolji SoC možda nije najbolji za procesore ili najbrže bežične prijenose.
