Bir çip üzerindeki sistem, gerekli tüm elektronik bileşenlere ve devrelere sahip küçük bir çiptir. İngiliz literatüründe SoC (chip-on-a-chip) terimi kullanılır. Ses algılama cihazındaki sistem, tek bir çip üzerinde bir ADC, bir ses alıcısı, bir bellek, bir mikroişlemci ve bir kullanıcı I/O mantık kontrolü içerebilir.
Tıpta, nano robotlara dayalı bir SoC sistemi, erken hastalıkları geciktirmek için programlanabilir antikorlar gibi davranabilir. Çip tabanlı video cihazları, görme engelli kişilerin bir görüntü almalarına izin vererek yardımcı olabilir ve SoC ses cihazları sağır kişilerin duymasını sağlayabilir. Çip üzerinde sistem, SOI (yalıtkan üzerinde silikon) gibi diğer teknolojilerle birlikte gelişiyor.
Terimlerin tanımları
SoC sistemi, çeşitli bilgisayar bileşenlerinin gerekli elektronik devrelerini tek bir entegre çipte (IC) birleştirir. Bir SoC, analog,dijital, karışık veya RF işlevleri. Bileşenleri tipik olarak bir grafik işleme birimi (GPU), çok çekirdekli olabilen bir merkezi işlem birimi (CPU) ve sistem belleğini (RAM) içerir.
Çipte sistem hem donanım hem de yazılım içerdiğinden, daha az güç tüketir, daha iyi performansa sahiptir, daha az yer gerektirir ve çok çipli sistemlerden daha güvenilirdir. Çoğu sistem yongası günümüzde akıllı telefonlar ve tabletler gibi mobil cihazlarda bulunmaktadır.
Çip Üzerinde Sistem, çok sayıda bilgisayar bileşeninin gerekli elektronik devrelerini tek bir entegre çipte birleştirmeye yönelik standartları karşılamak üzere özel olarak tasarlanmıştır. Bir PCB üzerine birden fazla yonga ve bileşeni birleştiren bir sistem yerine, bir SoC, gerekli tüm devreleri tek bir cihazda oluşturur.
SoC zorlukları arasında daha yüksek prototip oluşturma maliyetleri, mimari ve daha karmaşık hata ayıklama yer alır. IC'ler uygun maliyetli değildir. Ancak bu, teknoloji ilerledikçe değişebilir.
Gerekli mikroçip parametreleri
Çip SoC'lerinde Sistem çok karmaşık cihazlardır. Örneğin, Qualcomm'un çip üzerinde Snapdragon 600 sistemi, eski Samsung Galaxy akıllı telefonunda kullanılan SoC'dir.
İnsanlar akıllı telefonlarını internette gezinmek, müzik dinlemek, video izlemek, GPS navigasyonunu kullanmak, fotoğraf ve video çekmek, oyun oynamak, sosyal ağlara erişmek için kullanabilmek istiyor. Tüm bu özellikleryalnızca iyi bir işlemci ile değil, aynı zamanda güçlü bir System on Chip SoC grafik yongası, hızlı bir kablosuz Bluetooth yonga seti ve 4G ağlarına bağlanma desteği ile sağlanır. Tüm bunlar en az enerji tüketimiyle çalışmalıdır.
Çözüm, kurulabilecek her şeyi küçültmektir. Cihazlar mümkün olduğunca sıkıştırılmalı ve daha küçük bir yüzeye kompakt bir şekilde yerleştirilmelidir. Bunun sonucu, daha yüksek işlem gücü ve daha düşük güç tüketimidir. Bu tam olarak SoC'nin sunduğu şeydir.
Çip Üzerinde Sistem Tasarımı
Kavramsal olarak, işlevsel yongalar için üç tasarım stratejisi düzeyi vardır. İlk seviye nokta grubunun simetrisidir. Kristalin belirli bir fiziksel tepkisinin ve anizotropinin varlığını veya yokluğunu belirler. Bu nedenle, yeni fonksiyonel kristalleri aramak ve korumak için kullanılabilir.
Nokta grubu simetrisi gerekli bir gerekliliktir, ancak işlevsel bir kristal için yeterli bir koşul değildir. Bir çip üzerinde SNK sisteminin belirli bir özelliği sergilemesi için, ikinci bir tasarım stratejisi düzeyiyle (uzay grubu yapısı veya simetri) tamamlanması gerekir.
Son olarak, yanıtı geliştirmek veya optimize etmek için, atomların, moleküllerin ve kristal kümelerin yapı taşlarının elektronik veya manyetik yapılarının ince ayarını içeren üçüncü bir moleküler mühendislik tasarım stratejisi vardır.
Bileşenlermobil cihazlar
Çip üzerinde bir SoC sistemi, amacına bağlı olarak çeşitli öğelere sahip olabilir. SoC'lerin büyük çoğunluğu akıllı telefonlarda kullanıldığından, bu tür cihazların en yaygın bileşenlerinin bir listesini sunuyoruz:
- CPU, SoC'nin içindeki çekirdektir. Bu, hesaplamaların ve kararların çoğunun yapılmasından sorumlu olan kısımdır. Diğer donanım bileşenlerinden ve yazılımlardan girdi alır ve uygun çıktı yanıtları sağlar. CPU olmadan, SoC olmazdı. Günümüzde çoğu işlemcinin içinde iki, dört veya sekiz çekirdek bulunur.
- GPU - grafik işleme modülü için kıs altılmıştır. Video çipi olarak da adlandırılır. GPU, 3D oyun oynamanın yanı sıra tek çipli bir sistem kullanan herhangi bir cihazın arayüzünde görülebilen düzgün görsel geçişlerden sorumludur.
- RAM Bellek - tüm bilgi işlem cihazlarının çalışması için belleğe ihtiyacı vardır. Uygulamaları ve yazılım verilerini çalıştırabilmek için bunları kullanmanız gerekir. Bunu yapmak için, çipte sistem RAM'e sahip olmalıdır.
- ROM - Aygıt yazılımı veya üzerinde çalıştığı işletim sistemi gibi yazılımları depolamak için herhangi bir aygıtın ROM belleği olmalıdır.
- Modem - bir akıllı telefon, radyo ağlarına bağlanamıyorsa telefon olmaz. Modemler ağ veya hücresel bağlantıyla ilgilenir.
CPU ve belleğe ek olarak, diğer SoC'lerde şunlar için tasarlanmış PCIe arabirimleri bulunabilir:radyo alıcı-vericilerini, SATA arabirimlerini veya USB aygıtlarını bağlama.
Çip tasarımı
Bir çip üzerindeki sistemler, hesaplamalarını gerçekleştirmek için yarı iletken bellek bloklarına sahip olmalıdır. SoC uygulamasına bağlı olarak, bellek bir bellek ve önbellek hiyerarşisi oluşturabilir. Bu, mobil bilgi işlem pazarında yaygındır, ancak birçok düşük güçlü gömülü mikro denetleyicide gerekli değildir.
SoC'ler için bellek teknolojileri arasında s alt okunur bellek (ROM), rastgele erişimli bellek (RAM), elektrikle silinebilir programlanabilir ROM (EEPROM) ve flash bellek bulunur. Diğer bilgisayar sistemlerinde olduğu gibi, RAM, bu makalede resmedilen çip üzerinde sistem gibi nispeten daha hızlı ancak daha pahalı statik RAM (SRAM) ve daha yavaş ama daha ucuz dinamik RAM (DRAM) olarak ayrılabilir.
Harici arayüzler
SoC'ler, genellikle iletişim protokolleri için harici arabirimler içerir. Genellikle USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C ve daha fazlası gibi endüstri standartlarına dayanırlar. Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN ve yakın alan iletişimi gibi kablosuz ağ protokolleri de desteklenebilir.
Gerekirse, SoC'ler sinyal işleme için analog arayüzler içerir. Akıllı dönüştürücüler de dahil olmak üzere çeşitli sensör veya aktüatör türleri ile etkileşime girebilirler. Ayrıca belirli kişilerle iletişime geçebilirler.modül uygulamaları veya SoC'ye dahili olabilir, örneğin, SoC'ye bir analog sensör yerleşikse ve okumaları matematiksel işleme için dijital sinyallere dönüştürülmelidir.
Dijital Sinyal İşlemcileri
Dijital sinyal işlemcileri (DSP'ler) genellikle bir çip üzerindeki sistemlere dahil edilir. Sensörler, aktüatörler, veri toplama, veri analizi ve multimedya işleme için operasyon sinyali işleme gerçekleştirirler. DSP çekirdekleri tipik olarak çok uzun bir talimat kelimesine (VLIW) ve tek yönlü talimat seti mimarisine sahiptir, bu nedenle paralellikten yararlanmaya müsaittirler.
4DSP çekirdekleri genellikle uygulamaya özel yönergeler içerir ve ASIP uygulamasına özel kılavuz setinin işlemcileridir. Bu tür talimatlar özel işlevsel birimlere karşılık gelir.
Tipik DSP talimatları, çoklu toplama, hızlı Fourier dönüşümü, düzgün çarpma ve evrişimi içerir. Diğer bilgisayar sistemlerinde olduğu gibi, SoC'ler, saat sinyalleri oluşturmak, işlevlerin yürütülmesini kontrol etmek ve gerekirse sinyal işleme uygulamalarına zamanlama bağlamı sağlamak için saat kaynaklarına ihtiyaç duyar.
Popüler zaman kaynakları kristal osilatörler ve faz kilitli döngülerdir. SoC'ler ayrıca voltaj düzenleyicileri ve güç yönetimi devrelerini de içerir.
SoC ve CPU arasındaki fark
Bir zamanlar birçok insan CPU'nun monitörden tamamen izole olduğunu düşünüyordu. Artık çoğu kişi CPU'nun sadece küçük bir parçası olduğunu anlıyor,ve bir bilgisayar birçok parçadan oluşur.
Çip üzerindeki sistem, bir bilgisayardaki ve diğer elektronik sistemlerdeki gerekli tüm bileşenleri entegre eden bir elektronik devre kartıdır. Bunlara GPU, CPU, bellek, güç yönetimi devresi, USB denetleyicisi, kablosuz radyolar ve daha fazlası dahildir. Bu bileşenler, parçaları her zaman değiştirilebilen geleneksel bilgisayarlardan farklı olarak anakart üzerine lehimlenmiştir.
Çılgın Hırsız'dan Vector, tam teşekküllü bir bilgisayarda "ışın sıkıştırması" kullandığında bir çip (SoC) üzerindeki bir sistemin meydana geldiğini söyleyebilirsiniz. Minyatürleştirmenin gücüyle, Yonga Üzerindeki Sistem, tek bir silikon çipe sığacak şekilde sıkıştırılmış işlevsel bir bilgisayardır.
Çiplerin kullanıldığı yer
SoC genellikle küçüktür ve elektronik bir cihazın içinde fazla yer kaplamaz, bu da onu daha küçük cihazlar için ideal hale getirir. Birçok farklı parçayı tek bir çip üzerinde birleştirir, bu da üreticisinin önemli fiziksel parçalar yerleştirmek ve uzun devreler oluşturmak için zaman, para ve kaynak harcaması gerekmediği anlamına gelir, bu da daha düşük üretim ve maliyet anlamına gelir. Bir çip üzerindeki sistemler, masaüstü PC veya dizüstü bilgisayar gibi özel olarak ayrılmış bileşenlere sahip olanlardan çok daha verimlidir. SoC, pillerle daha uzun süre çalışabilir.
Elektronikle ilgili geleneksel yaklaşımlar, bireysel olarak çalışan sistemler oluşturmakla ilgilidir.bağımsız parçalar. Örnekler bilgisayarlar ve dizüstü bilgisayarlardır. Bununla birlikte, etrafındaki her şeyin sürekli minyatürleştirilmesi, bir çip üzerinde daha küçük, daha enerji verimli sistemlere giderek daha fazla güvenmeleri anlamına geliyor. Akıllı telefonlar, tabletler ve hatta IoT (Nesnelerin İnterneti) cihazları, çiplerdeki sistemlerin tüm elektroniklerin geleceğinin önemli bir parçası olduğunu kanıtlıyor.
Intel Pentium N3710 Cihazı
Pentium N3710, Intel tarafından tasarlanan ve 2015'in başlarında 3710 parça numarası olarak tanıtılan 64 bit dört çekirdekli bir çip üzerinde sistemdir. Airmont mikro mimarisine dayanmaktadır. Bu çip, 2,57 GHz'e kadar mod ile 1,6 GHz'de çalışır. SoC, 16 yürütme birimine sahip ve 400 MHz hızında çalışan HD Graphics 405 GPU içerir
N3710 çip üzerinde sistem mimarisi ayrıntıları:
- Tasarımcı - Intel.
- Üretici - Intel.
- Model numarası - N3710.
- Parça numarası - FH8066501715927
- Kapsam - mobil.
- Sayı - Mart 2015
- Pentium N3000 serisi.
- Frekans - 1600 MHz.
- Hız - 2567 MHz (1 çekirdek).
- Bus tipi - IDI CPUID 406C4.
- Mikromimari – Airmont.
- Ana adı Braswell.
- Teknoloji - CMOS.
- Kelime boyutu - 64 bit.
- Maksimum işlemciler - tek işlemci.
- Maksimum bellek 8 G'dir.
- PP sıcaklığı 0 C - 90 C.
- EntegreGPU grafik bilgileri - HD Graphics 405.
- Maksimum frekans 700 MHz'dir.
Çip sistemlerinin avantajları
SOC'yi tasarımda kullanmanın temel amacı, cihazın faydalarını oluşturan adımları içerir:
- SOC boyut olarak küçüktür ancak birçok özellik içerir.
- Esneklik. Çip boyutu, güç ve form faktörü açısından bu sistemlerin diğer cihazlar tarafından yenilmesi çok zordur.
- Özellikle video kodu gibi belirli SoC uygulamaları için maliyet verimliliği.
- Çipte sistem sayısızdır. Yüksek kapasiteli ürünler için kaynak korumayı ve mühendislik maliyetlerini basitleştirirler.
Ancak, böyle mükemmel bir cihazın dezavantajları vardır:
- Büyük zaman yatırımı. SoC tasarım süreci 6 ila 12 ay arasında sürebilir.
- Sınırlı kaynaklar.
- Düşük hacimli bir ürün geliştiriliyorsa, üst düzey ekipman gerekli olacaktır. Üçüncü taraf donanım kullanmak, uygulama yazılımına zaman ve kaynak harcamak daha iyi olabilir.
Çip üzerindeki sistemlerin büyük dezavantajı, hiç uyarlanamaz olmalarıdır. Başka bir deyişle, yükseltilemezler. Çip üzerindeki bir sistem genellikle yaratıldığı gibi ölür. Tüm hizmet ömrü boyunca hiçbir şey değişmez. Enstrümanda dahili olarak bir şey kırılırsa, sadece o parça tamir edilemez veya değiştirilemez. Tüm SoC'yi değiştirmeniz gerekiyor.
En büyük üreticilermobil çipler
Büyük üreticilerin bir çip üzerindeki sistemlerine kısa bir genel bakış sunuyoruz: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA ve Broadcom. Qualcomm, NVIDIA ve MediaTek, donanım şirketlerinin ürettikleri cihazlarda kullanmaları için öncelikle mobil SoC'leri üretir ve satar. Broadcom, yönlendiricilerde ve ağ cihazlarında kullanılan SoC'leri üretir ve Samsung ve Huawei yalnızca SoC'leri yapmakla kalmaz, aynı zamanda bunları kullanan dünyanın en büyük iki şirketidir.
Bir çipteki hangi sistemin en iyi olduğunu söyleyemezsiniz. Çip üzerinde sistemlerin tasarımı ve geliştirilmesi o kadar hızlı ilerliyor ki, karşılaştırma zamanı geldiğinde seçenek zaten geçersiz olacak. Ancak, en iyi SoC'nin işlemciler veya en hızlı kablosuz aktarımlar için en iyisi olmayabileceği unutulmamalıdır.
