Sistem na čipu je mali čip sa svim potrebnim elektronskim komponentama i kolima. U engleskoj literaturi se koristi termin SoC (system-on-a-chip). Sistem u uređaju za detekciju zvuka može uključivati ADC, audio prijemnik, memoriju, mikroprocesor i korisničku I/O logičku kontrolu na jednom čipu.
U medicini, SoC sistem zasnovan na nano-robotima može delovati kao programabilna antitela za odlaganje ranih bolesti. Video uređaji zasnovani na čipu mogu pomoći slijepim osobama dozvoljavajući im da prime sliku, a SoC audio uređaji mogu učiniti da gluvi ljudi čuju. Sistem-na-čipu se razvija zajedno sa drugim tehnologijama kao što je SOI (silicijum na izolatoru).
Definicije pojmova
SoC sistem kombinuje potrebna elektronska kola različitih kompjuterskih komponenti na jednom integrisanom čipu (IC). SoC je kompletan supstratni elektronski sistem koji može sadržati analogne,digitalne, mješovite ili RF funkcije. Njegove komponente obično uključuju grafičku procesorsku jedinicu (GPU), centralnu procesorsku jedinicu (CPU), koja može biti višejezgarna, i sistemsku memoriju (RAM).
Zato što sistem na čipu uključuje i hardver i softver, troši manje energije, ima bolje performanse, zahtijeva manje prostora i pouzdaniji je od sistema sa više čipova. Većina sistemskih čipova danas je uključena u mobilne uređaje kao što su pametni telefoni i tableti.
Sistem-na-čipu je posebno dizajniran da zadovolji standarde za ugradnju potrebnih elektronskih kola brojnih kompjuterskih komponenti na jedan integrisani čip. Umjesto sistema koji sastavlja više čipova i komponenti na PCB, SoC stvara sva potrebna kola u jednom uređaju.
SoC izazovi uključuju veće troškove izrade prototipa, arhitekturu i složenije otklanjanje grešaka. IC-ovi nisu isplativi. Međutim, ovo se može promijeniti kako tehnologija napreduje.
Potrebni parametri mikročipiranja
Sistem na čipovima SoC-i su vrlo složeni uređaji. Na primjer, Qualcommov Snapdragon 600 sistem-na-čipu je SoC koji je korišten u starom Samsung Galaxy pametnom telefonu.
Ljudi žele da mogu da koriste svoje pametne telefone za surfovanje internetom, slušanje muzike, gledanje video zapisa, korišćenje GPS navigacije, snimanje fotografija i video zapisa, igranje igrica, pristup društvenim mrežama. Sve ove karakteristikeopremljeni su ne samo dobrim procesorom, već i moćnim grafičkim čipom System on Chip SoC, brzim bežičnim Bluetooth čipsetom i podrškom za povezivanje na 4G mreže. Sve ovo treba da radi uz najmanju potrošnju energije.
Rješenje je minijaturizacija svega 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 sistema na čipu
Konceptualno, postoje tri nivoa strategije dizajna za funkcionalne čipove. Prvi nivo je simetrija grupe tačaka. To diktira prisustvo ili odsustvo određenog fizičkog odgovora i anizotropije kristala. Stoga se može koristiti za traženje i zaštitu novih funkcionalnih kristala.
Simetrija grupe tačaka je neophodan uslov, ali ne i dovoljan uslov za funkcionalni kristal. Da bi SNK sistem-na-čipu pokazao određeno svojstvo, ono mora biti dopunjeno drugim nivoom strategije dizajna - strukturom ili simetrijom prostorne grupe.
Konačno, da bi se poboljšao ili optimizirao odgovor, postoji treći nivo strategije dizajna molekularnog inženjeringa koji uključuje fino podešavanje elektronskih ili magnetskih struktura građevnih blokova atoma, molekula i kristalnih klastera.
Komponentemobilni uređaji
SoC sistem-na-čipu može imati različite elemente, ovisno o svojoj namjeni. Budući da se velika većina SoC-a koristi na pametnim telefonima, nudimo listu najčešćih komponenti takvih uređaja:
- CPU je jezgro unutar SoC-a. Ovo je dio koji je odgovoran za donošenje većine kalkulacija i odluka. On 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 dva, četiri ili osam jezgara unutra.
- GPU - skraćeno za modul za obradu grafike. Naziva se i video čipom. GPU je odgovoran za 3D igranje igara kao i za uredne vizuelne prelaze koji su vidljivi u interfejsu bilo kog uređaja koji koristi sistem sa jednim čipom.
- RAM memorija - svim računarskim uređajima je potrebna memorija da bi radili. Da biste mogli pokrenuti aplikacije i softverske podatke, morate ih koristiti. Da biste to uradili, sistem-na-čipu mora imati RAM.
- ROM - Svaki uređaj mora imati ROM memoriju za pohranjivanje softvera kao što je firmver ili operativni sistem na kojem radi.
- Modem - pametni telefon neće biti telefon ako se ne može povezati na radio mreže. Modemi se brinu za mrežu ili mobilnu vezu.
Pored CPU-a i memorije, drugi SoC-ovi mogu uključivati PCIe interfejse dizajnirane zapovezivanje radio primopredajnika, SATA interfejsa ili USB uređaja.
Dizajn čipova
Sistemi na čipu moraju imati poluvodičke memorijske blokove da bi izvršili svoje proračune. Ovisno o primjeni SoC-a, memorija može formirati hijerarhiju memorije i keša. Ovo je uobičajeno na tržištu mobilnih računara, ali nije potrebno u mnogim ugrađenim mikrokontrolerima male snage.
Memorijske tehnologije za SoC uključuju memoriju samo za čitanje (ROM), memoriju sa slučajnim pristupom (RAM), električno izbrisivi programabilni ROM (EEPROM) i fleš memoriju. Kao i kod drugih računarskih sistema, RAM se može podeliti na relativno bržu ali skuplju statičku RAM memoriju (SRAM) i sporiju, ali jeftiniju dinamičku RAM memoriju (DRAM) kao što je sistem na čipu prikazan u ovom članku.
Spoljni interfejsi
SoC-ovi uključuju eksterna sučelja, tipično za komunikacijske protokole. Često su zasnovani 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 analogne interfejse za obradu signala. Mogu komunicirati s različitim tipovima 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 biti pretvorena u digitalne signale radi matematičke obrade.
Digitalni signalni procesori
Digitalni signalni procesori (DSP) su često uključeni u sisteme na čipu. Oni obavljaju obradu signala rada za senzore, aktuatore, prikupljanje podataka, analizu podataka i multimedijsku obradu. DSP jezgra obično imaju vrlo dugu instrukcijsku riječ (VLIW) i jednosmjernu arhitekturu skupa instrukcija, tako da su podložne iskorišćavanju paralelizma.
4DSP jezgra najčešće sadrže instrukcije specifične za aplikaciju i procesori su ASIP ručnog seta specifičnog za aplikaciju. Ovakva uputstva odgovaraju specijalizovanim funkcionalnim jedinicama.
Tipične DSP instrukcije uključuju višestruku akumulaciju, brzu Fourierovu transformaciju, glatko množenje i konvoluciju. Kao i kod drugih računarskih sistema, SoC zahtevaju izvore takta za generisanje signala sata, kontrolu izvršavanja funkcija i obezbeđivanje konteksta vremena za aplikacije za obradu signala ako je potrebno.
Popularni izvori vremena su kristalni oscilatori i fazno zaključane petlje. SoC takođe uključuju regulatore napona i kola za upravljanje napajanjem.
Razlika između SoC-a i CPU-a
Jednom davno mnogi su mislili da je CPU potpuno izolovan od monitora. Sada mnogi razumiju da je CPU samo mali dio,a kompjuter se sastoji od mnogo dijelova.
Sistem na čipu je elektronska ploča koja integriše sve potrebne komponente u računar i druge elektronske sisteme. To uključuje GPU, CPU, memoriju, kola za upravljanje napajanjem, USB kontroler, bežične radio stanice i još mnogo toga. Ove komponente su zalemljene na matičnoj ploči, što se razlikuje od konvencionalnih računara, čiji se dijelovi mogu zamijeniti u bilo kojem trenutku.
Moglo bi se reći da je sistem na čipu (SoC) ono što se dešava kada Vector iz Despicable Me koristi "kompresiju zraka" na punom računaru. Sa snagom minijaturizacije, Sistem na čipu je funkcionalan računar koji je komprimovan da stane na jedan silikonski čip.
Gdje se koriste čipovi
SoC je obično sićušan i ne zauzima puno prostora unutar elektronskog 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 kola, što zauzvrat znači nižu proizvodnju i troškove. Sistemi na čipu su mnogo efikasniji od onih sa namenskim pojedinačnim komponentama kao što su desktop računar ili laptop. SoC može raditi na baterije duže vrijeme.
Tradicionalni pristupi elektronici su bili stvaranje sistema koji rade na individualnomnezavisnih delova. Primjeri su računari i laptopi. Međutim, stalna minijaturizacija svega okolo znači da se sve više oslanjaju na manje, energetski efikasnije sisteme na čipu. Pametni telefoni, tableti, pa čak i IoT (Internet of Things) uređaji dokazuju da su sistemi na čipovima važan dio budućnosti sve elektronike.
Intel Pentium N3710 uređaj
Pentium N3710 je 64-bitni četvorojezgarni sistem na čipu koji je dizajnirao Intel i predstavljen početkom 2015. pod brojem 3710. Baziran na Airmont mikroarhitekturi. Ovaj čip radi na 1.6GHz sa režimom do 2.57GHz. SoC uključuje HD Graphics 405 GPU koji ima 16 izvršnih jedinica i radi na 400 MHz
N3710 detalji o arhitekturi sistema na čipu:
- Dizajner - Intel.
- Proizvođač - Intel.
- Broj modela - N3710.
- Broj dijela - FH8066501715927
- Scope - mobile.
- Izdanje - mart 2015.
- Pentium N3000 serija.
- Frekvencija - 1600 MHz.
- Brzina - 2567 MHz (1 jezgra).
- Tip 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.
- IntegrisanoGPU grafičke informacije - HD Graphics 405.
- Maksimalna frekvencija je 700 MHz.
Prednosti čip sistema
Glavna svrha upotrebe SOC-a u dizajnu uključuje korake koji čine prednosti uređaja:
- SOC je male veličine, ali uključuje mnoge funkcije.
- Fleksibilnost. U pogledu veličine čipa, snage i faktora forme, ove sisteme je veoma teško nadmašiti drugim uređajima.
- Efikasnost troškova, posebno za specifične SoC aplikacije kao što je video kod.
- Sistem na čipu je bezbroj. Za proizvode visokog kapaciteta, oni pojednostavljuju zaštitu resursa i troškove inženjeringa.
Međutim, tako odličan uređaj ima svoje nedostatke:
- Veliko ulaganje vremena. Proces dizajna SoC-a može trajati 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 aplikativni softver.
Sistemi na čipu imaju veliki nedostatak što se uopće ne mogu prilagoditi. Drugim riječima, ne mogu se nadograditi. Sistem na čipu obično umire isti kao što je i stvoren. U njemu se ništa ne menja tokom celog radnog veka. Ako se nešto pokvari iznutra u instrumentu, samo se taj dio ne može popraviti ili promijeniti. Moram zamijeniti cijeli SoC.
Najveći proizvođačimobilni čips
Nudimo kratak pregled sistema na čipu velikih proizvođača: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA i Broadcom. Qualcomm, NVIDIA i MediaTek proizvode i prodaju prvenstveno mobilne SoC-ove za hardverske kompanije za korištenje u uređajima koje proizvode. Broadcom proizvodi SoC-ove koji se koriste u ruterima i mrežnim uređajima, a Samsung i Huawei ne samo da proizvode SoC-ove, već su i dvije najveće kompanije na svijetu koje ih koriste.
Ne možete reći koji sistem na čipu je najbolji. Dizajn i razvoj sistema-na-čipu se odvija toliko brzo da će u trenutku poređenja ta opcija već biti zastarjela. Međutim, morate imati na umu da najbolji SoC možda nije najbolji za procesore ili najbrže bežične prijenose.
