Sistemi në një çip është një çip i vogël me të gjithë komponentët dhe qarqet e nevojshme elektronike. Në literaturën angleze përdoret termi SoC (system-on-a-chip). Sistemi në pajisjen e zbulimit të zërit mund të përfshijë një ADC, një marrës audio, një memorie, një mikroprocesor dhe një kontroll logjik I/O përdoruesi në një çip të vetëm.
Në mjekësi, një sistem SoC i bazuar në nano-robotët mund të veprojë si antitrupa të programueshëm për të vonuar sëmundjet e hershme. Pajisjet video të bazuara në çip mund të ndihmojnë njerëzit e verbër duke i lejuar ata të marrin një imazh, dhe pajisjet audio SoC mund t'i bëjnë njerëzit e shurdhër të dëgjojnë. Sistemi-në-një-çip po zhvillohet së bashku me teknologjitë e tjera si SOI (silikoni në izolues).
Përkufizime të termave
Sistemi SoC kombinon qarqet e nevojshme elektronike të komponentëve të ndryshëm të kompjuterit në një çip të vetëm të integruar (IC). Një SoC është një sistem elektronik i plotë i substratit që mund të përmbajë analoge,funksionet dixhitale, të përziera ose RF. Komponentët e tij zakonisht përfshijnë një njësi përpunimi grafik (GPU), një njësi përpunimi qendror (CPU), e cila mund të jetë me shumë bërthama dhe memorie të sistemit (RAM).
Për shkak se sistemi-në-një-çip përfshin si harduerin ashtu edhe softuerin, ai konsumon më pak energji, ka performancë më të mirë, kërkon më pak hapësirë dhe është më i besueshëm se sistemet me shumë çipa. Shumica e çipave të sistemit përfshihen sot në pajisjet celulare si smartfonët dhe tabletët.
Sistemi-në-një-Chip është projektuar posaçërisht për të përmbushur standardet për inkorporimin e qarkut elektronik të kërkuar të komponentëve të shumtë të kompjuterit në një çip të vetëm të integruar. Në vend të një sistemi që mbledh çipa dhe përbërës të shumtë në një PCB, një SoC krijon të gjithë qarkun e nevojshëm në një pajisje të vetme.
Sfidat SoC përfshijnë kosto më të larta të prototipit, arkitekturë dhe korrigjime më komplekse. IC-të nuk janë me kosto efektive. Megjithatë, kjo mund të ndryshojë ndërsa teknologjia përparon.
Parametrat e kërkuar të mikroçipit
Sistemi në Chip SoC-të janë pajisje shumë komplekse. Për shembull, sistemi-në-një-çip Snapdragon 600 i Qualcomm është SoC që është përdorur në smartfonin e vjetër Samsung Galaxy.
Njerëzit duan të jenë në gjendje të përdorin telefonat inteligjentë për të lundruar në internet, për të dëgjuar muzikë, për të parë video, për të përdorur navigimin GPS, për të bërë foto dhe video, për të luajtur lojëra, për të hyrë në rrjetet sociale. Të gjitha këto veçorijanë të pajisura jo vetëm me një procesor të mirë, por edhe me një çip grafik të fuqishëm System on Chip SoC, një çip të shpejtë Bluetooth wireless dhe mbështetje për t'u lidhur me rrjetet 4G. E gjithë kjo duhet të funksionojë me konsumin më të vogël të energjisë.
Zgjidhja është të minimizoni gjithçka që mund të instalohet. Pajisjet duhet të jenë sa më të ngjeshura dhe të vendosen kompakt në një sipërfaqe më të vogël. Pasoja e kësaj është fuqia më e lartë përpunuese dhe konsumi më i ulët i energjisë. Kjo është pikërisht ajo që ofron SoC.
Dizajni i sistemit në çip
Konceptualisht, ekzistojnë tre nivele të strategjisë së projektimit për çipat funksionalë. Niveli i parë është simetria e grupit të pikave. Ai dikton praninë ose mungesën e një përgjigjeje të caktuar fizike dhe anizotropisë së kristalit. Prandaj, mund të përdoret për të kërkuar dhe mbrojtur kristale të reja funksionale.
Simetria e grupit të pikave është një kërkesë e nevojshme, por jo një kusht i mjaftueshëm për një kristal funksional. Që një sistem SNK-në-një-çip të shfaqë një veçori të caktuar, ai duhet të plotësohet nga një nivel i dytë i strategjisë së projektimit-struktura ose simetria e grupit hapësinor.
Më në fund, për të përmirësuar ose optimizuar përgjigjen, ekziston një nivel i tretë i strategjisë së projektimit inxhinierik molekular që përfshin rregullimin e saktë të strukturave elektronike ose magnetike të blloqeve të ndërtimit të atomeve, molekulave dhe grupimeve kristalore.
Përbërësitpajisje celulare
Një sistem SoC-në-një-çip mund të ketë elementë të ndryshëm, në varësi të qëllimit të tij. Meqenëse shumica dërrmuese e SoC-ve përdoren në telefonat inteligjentë, ne ofrojmë një listë të komponentëve më të zakonshëm të pajisjeve të tilla:
- CPU është thelbi brenda SoC. Kjo është pjesa që është përgjegjëse për marrjen e shumicës së llogaritjeve dhe vendimeve. Ai merr të dhëna nga komponentë të tjerë harduerikë dhe softuer dhe ofron përgjigje të përshtatshme në dalje. Pa CPU, nuk do të kishte SoC. Shumica e procesorëve sot kanë dy, katër ose tetë bërthama brenda.
- GPU - i shkurtuar për modulin e përpunimit grafik. Quhet gjithashtu një çip video. GPU është përgjegjëse për lojërat 3D, si dhe për tranzicionet vizuale të rregullta që janë të dukshme në ndërfaqen e çdo pajisjeje duke përdorur një sistem me një çip.
- Memoria RAM - të gjitha pajisjet kompjuterike kanë nevojë për memorie për të punuar. Për të qenë në gjendje të ekzekutoni aplikacione dhe të dhëna softuerike, duhet t'i përdorni ato. Për ta bërë këtë, sistemi-në-një-çip duhet të ketë RAM.
- ROM - Çdo pajisje duhet të ketë memorie ROM për të ruajtur softuer të tillë si firmware ose sistemin operativ në të cilin funksionon.
- Modem - një smartphone nuk do të jetë telefon nëse nuk mund të lidhet me rrjetet radio. Modemët kujdesen për rrjetin ose lidhjen celulare.
Përveç CPU-së dhe kujtesës, SoC-të e tjerë mund të përfshijnë ndërfaqe PCIe të krijuara përlidhja e transmetuesve të radios, ndërfaqeve SATA ose pajisjeve USB.
Dizajn i çipit
Sistemet në një çip duhet të kenë blloqe memorie gjysmëpërçuese për të kryer llogaritjet e tyre. Në varësi të aplikimit të SoC, memoria mund të formojë një hierarki të memories dhe cache. Kjo është e zakonshme në tregun e kompjuterave celularë, por nuk kërkohet në shumë mikrokontrollues të integruar me fuqi të ulët.
Teknologjitë e memories për SoC përfshijnë memorie vetëm për lexim (ROM), memorie me akses të rastësishëm (RAM), ROM të programueshëm të fshirë elektrike (EEPROM) dhe memorie flash. Ashtu si me sistemet e tjera kompjuterike, RAM-i mund të ndahet në RAM-in statik relativisht më të shpejtë, por më të shtrenjtë (SRAM) dhe RAM-in dinamik më të ngad altë por më të lirë (DRAM) si sistemi-në-një-çip i paraqitur në këtë artikull.
ndërfaqet e jashtme
SoC-të përfshijnë ndërfaqe të jashtme, zakonisht për protokollet e komunikimit. Ato shpesh bazohen në standardet e industrisë si USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C dhe më shumë. Mund të mbështeten gjithashtu protokollet e rrjetit me valë si Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN dhe komunikimi në terren.
Nëse kërkohet, SoC-të përfshijnë ndërfaqe analoge për përpunimin e sinjalit. Ata mund të ndërveprojnë me lloje të ndryshme sensorësh ose aktivizuesish, duke përfshirë konvertuesit inteligjentë. Ata gjithashtu mund të kontaktojnë specifikaplikacionet e modulit ose të jenë të brendshme të SoC, për shembull, nëse një sensor analog është i integruar në SoC dhe leximet e tij duhet të konvertohen në sinjale dixhitale për përpunim matematikor.
Përpunuesit e sinjaleve dixhitale
Përpunuesit e sinjalit dixhital (DSP) shpesh përfshihen në sistemet në një çip. Ata kryejnë përpunimin e sinjalit të funksionimit për sensorët, aktivizuesit, marrjen e të dhënave, analizën e të dhënave dhe përpunimin multimedial. Bërthamat DSP zakonisht kanë një fjalë udhëzuese shumë të gjatë (VLIW) dhe arkitekturë të grupit të instruksioneve me një drejtim, kështu që ato janë të përshtatshme për të shfrytëzuar paralelizmin.
Bërthamat 4DSP më së shpeshti përmbajnë udhëzime specifike për aplikacionin dhe janë procesorë të grupit manual specifik të aplikacionit ASIP. Udhëzime të tilla korrespondojnë me njësi funksionale të specializuara.
Udhëzimet tipike të DSP përfshijnë akumulimin e shumëfishtë, transformimin e shpejtë të Furierit, shumëzimin e qetë dhe konvolucionin. Ashtu si me sistemet e tjera kompjuterike, SoC-të kërkojnë burime të orës për të gjeneruar sinjale të orës, për të kontrolluar ekzekutimin e funksioneve dhe për të siguruar kontekstin e kohës për aplikacionet e përpunimit të sinjalit nëse është e nevojshme.
Burimet e njohura të kohës janë oshilatorët kristal dhe unazat e mbyllura me fazë. SoC-të përfshijnë gjithashtu rregullatorët e tensionit dhe qarqet e menaxhimit të energjisë.
Dallimi midis SoC dhe CPU
Një herë e një kohë, shumë njerëz mendonin se CPU ishte plotësisht i izoluar nga monitori. Tani shumë e kuptojnë se CPU është vetëm një pjesë e vogël,dhe një kompjuter përbëhet nga shumë pjesë.
Sistemi në një çip është një tabelë qark elektronik që integron të gjithë komponentët e nevojshëm në një kompjuter dhe sisteme të tjera elektronike. Këto përfshijnë GPU, CPU, kujtesën, qarkun e menaxhimit të energjisë, kontrolluesin USB, radiot me valë dhe më shumë. Këta komponentë janë ngjitur në motherboard, i cili është i ndryshëm nga kompjuterët konvencionalë, pjesët e të cilit mund të zëvendësohen në çdo kohë.
Mund të thuash se një sistem në një çip (SoC) është ajo që ndodh kur Vector from Despicable Me përdor "kompresimin e rrezeve" në një kompjuter të plotë. Me fuqinë e miniaturizimit, Sistemi në një Çip është një kompjuter funksional që është ngjeshur për t'u përshtatur në një çip të vetëm silikoni.
Ku përdoren patatet e skuqura
SoC është zakonisht i vogël dhe nuk zë shumë hapësirë brenda një pajisjeje elektronike, duke e bërë atë ideale për pajisje më të vogla. Ai kombinon shumë pjesë të ndryshme në një çip të vetëm, që do të thotë se prodhuesi i tij nuk duhet të shpenzojë kohë, para dhe burime për të vendosur pjesë të rëndësishme fizike dhe për të ndërtuar qarqe të gjata, që nga ana tjetër do të thotë prodhim dhe kosto më të ulëta. Sistemet në një çip janë shumë më efikas se ato me komponentë individualë të dedikuar si PC desktop ose laptop. SoC mund të funksionojë me bateri për një kohë më të gjatë.
Qasjet tradicionale ndaj elektronikës kanë të bëjnë me krijimin e sistemeve që funksionojnë individualishtpjesë të pavarura. Shembuj janë kompjuterët dhe laptopët. Megjithatë, miniaturizimi i vazhdueshëm i gjithçkaje përreth do të thotë se ata po mbështeten gjithnjë e më shumë në sisteme më të vogla, më efikase në energji në një çip. Telefonat inteligjentë, tabletët dhe madje edhe pajisjet IoT (Interneti i Gjërave) po dëshmojnë se sistemet në çipa janë një pjesë e rëndësishme e së ardhmes së të gjithë elektronikës.
Pajisja Intel Pentium N3710
Pentium N3710 është një sistem me katër bërthama 64-bitësh-në-një-çip i krijuar nga Intel dhe i prezantuar në fillim të 2015 si numri i pjesës 3710. Bazuar në mikroarkitekturën Airmont. Ky çip funksionon në 1.6 GHz me modalitet deri në 2.57 GHz. SoC përfshin HD Graphics 405 GPU e cila ka 16 njësi ekzekutimi dhe funksionon në 400 MHz
N3710 Detajet e arkitekturës sistem-në-çip:
- Designer - Intel.
- Prodhuesi - Intel.
- Numri i modelit - N3710.
- Numri i pjesës - FH8066501715927
- Scope - celular.
- Numri - Mars 2015
- Seria Pentium N3000.
- Frekuenca - 1600 MHz.
- Shpejtësia - 2567 MHz (1 bërthamë).
- Lloji i autobusit - IDI CPUID 406C4.
- Mikroarkitekturë – Airmont.
- Emri kryesor është Braswell.
- Teknologji - CMOS.
- Madhësia e fjalës - 64-bit.
- Procesorët maksimal - njëprocesor.
- Kujtesa maksimale është 8 G.
- PP temperatura 0 C - 90 C.
- I integruarInformacion mbi grafikën GPU - HD Graphics 405.
- Frekuenca maksimale është 700 MHz.
Përparësitë e sistemeve me çipa
Qëllimi kryesor i përdorimit të SOC në dizajn përfshin hapat që formojnë përfitimet e pajisjes:
- SOC është i vogël në madhësi, por përfshin shumë veçori.
- Fleksibilitet. Për sa i përket madhësisë së çipit, fuqisë dhe faktorit të formës, këto sisteme janë shumë të vështira për t'u mposhtur nga pajisjet e tjera.
- Efiçenca e kostos, veçanërisht për aplikacione specifike SoC si kodi i videos.
- Sistemi në çip është i panumërt. Për produktet me kapacitet të lartë, ato thjeshtojnë mbrojtjen e burimeve dhe kostot inxhinierike.
Megjithatë, një pajisje kaq e shkëlqyer ka të metat e saj:
- Investim i madh në kohë. Procesi i projektimit SoC mund të zgjasë nga 6 deri në 12 muaj.
- Burime të kufizuara.
- Nëse po zhvillohet një produkt me volum të ulët, do të kërkohen pajisje të nivelit të lartë. Mund të jetë më mirë të përdorni pajisje të palëve të treta, të shpenzoni kohë dhe burime në programet e aplikacionit.
Sistemet në një çip kanë disavantazhin e madh se nuk mund të përshtaten fare. Me fjalë të tjera, ato nuk mund të përmirësohen. Një sistem në një çip zakonisht vdes njësoj siç u krijua. Asgjë nuk ndryshon në të gjatë gjithë jetës së shërbimit. Nëse diçka prishet nga brenda në instrument, vetëm ajo pjesë nuk mund të riparohet ose ndryshohet. Duhet të zëvendësohet i gjithë SoC.
Prodhuesit më të mëdhenjçipa celulare
Ne ofrojmë një përmbledhje të shkurtër të sistemeve në një çip nga prodhuesit kryesorë: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA dhe Broadcom. Qualcomm, NVIDIA dhe MediaTek prodhojnë dhe shesin kryesisht SoC celularë për kompanitë e harduerit për t'i përdorur në pajisjet që prodhojnë. Broadcom prodhon SoC që përdoren në ruterë dhe pajisje rrjeti, dhe Samsung dhe Huawei jo vetëm që prodhojnë SoC, por janë dy kompanitë më të mëdha në botë në përdorimin e tyre.
Nuk mund të thuash se cili sistem në një çip është më i miri. Dizajni dhe zhvillimi i sistemeve-në-një-çip po ecën aq shpejt sa që në kohën e krahasimit, opsioni tashmë do të jetë i vjetëruar. Megjithatë, duhet mbajtur mend se SoC-ja më e mirë mund të mos jetë më e mira për procesorët ose transferimet më të shpejta me valë.
