Sistema em um chip é um pequeno chip com todos os componentes e circuitos eletrônicos necessários. Na literatura inglesa, o termo SoC (system-on-a-chip) é usado. O sistema no dispositivo de detecção de som pode incluir um ADC, um receptor de áudio, uma memória, um microprocessador e um controle lógico de E/S do usuário em um único chip.
Na medicina, um sistema SoC baseado em nano-robôs pode atuar como anticorpos programáveis para retardar doenças precoces. Dispositivos de vídeo baseados em chip podem ajudar pessoas cegas, permitindo que elas recebam uma imagem, e dispositivos de áudio SoC podem fazer pessoas surdas ouvirem. O sistema em um chip está evoluindo junto com outras tecnologias, como SOI (silício no isolador).
Definições de termos
O sistema SoC combina os circuitos eletrônicos necessários de vários componentes do computador em um único chip integrado (IC). Um SoC é um sistema eletrônico de substrato completo que pode conterfunções digitais, mistas ou RF. Seus componentes normalmente incluem uma unidade de processamento gráfico (GPU), uma unidade de processamento central (CPU), que pode ser multi-core, e memória do sistema (RAM).
Como o sistema em um chip inclui hardware e software, ele consome menos energia, tem melhor desempenho, requer menos espaço e é mais confiável do que sistemas com vários chips. Atualmente, a maioria dos chips de sistema está incluída em dispositivos móveis, como smartphones e tablets.
O System-on-a-Chip foi projetado especificamente para atender aos padrões de incorporação dos circuitos eletrônicos necessários de vários componentes de computador em um único chip integrado. Em vez de um sistema que monta vários chips e componentes em um PCB, um SoC cria todos os circuitos necessários em um único dispositivo.
Os desafios SoC incluem custos de prototipagem mais altos, arquitetura e depuração mais complexa. CIs não são rentáveis. No entanto, isso pode mudar à medida que a tecnologia avança.
Parâmetros de microchip obrigatórios
System on Chip SoCs são dispositivos muito complexos. Por exemplo, o sistema em um chip Snapdragon 600 da Qualcomm é o SoC usado no antigo smartphone Samsung Galaxy.
As pessoas querem poder usar seus smartphones para navegar na Internet, ouvir música, assistir vídeos, usar navegação GPS, tirar fotos e vídeos, jogar, acessar redes sociais. Todos esses recursossão fornecidos não apenas com um bom processador, mas também com um poderoso chip gráfico System on Chip SoC, um chipset Bluetooth sem fio rápido e suporte para conexão a redes 4G. Tudo isso deve funcionar com o menor consumo de energia.
A solução é miniaturizar tudo o que pode ser instalado. Os dispositivos devem ser o mais compactados possível e colocados de forma compacta em uma superfície menor. A consequência disso é maior poder de processamento e menor consumo de energia. Isso é exatamente o que o SoC oferece.
Design System-on-Chip
Conceitualmente, existem três níveis de estratégia de design para chips funcionais. O primeiro nível é a simetria do grupo de pontos. Dita a presença ou ausência de uma certa resposta física e anisotropia do cristal. Portanto, pode ser usado para procurar e blindar novos cristais funcionais.
A simetria de grupo pontual é um requisito necessário, mas não uma condição suficiente para um cristal funcional. Para que um sistema em um chip SNK exiba uma propriedade específica, ele deve ser complementado por um segundo nível de estratégia de design - estrutura de grupo espacial ou simetria.
Finalmente, para melhorar ou otimizar a resposta, há um terceiro nível de estratégia de projeto de engenharia molecular que envolve o ajuste fino das estruturas eletrônicas ou magnéticas dos blocos de construção de átomos, moléculas e aglomerados de cristal.
Componentesdispositivos móveis
Um sistema SoC em um chip pode ter vários elementos, dependendo de sua finalidade. Como a grande maioria dos SoCs é usada em smartphones, oferecemos uma lista dos componentes mais comuns desses dispositivos:
- CPU é o núcleo dentro do SoC. Esta é a parte responsável por fazer a maioria dos cálculos e decisões. Ele recebe entrada de outros componentes de hardware e software e fornece respostas de saída apropriadas. Sem a CPU, não haveria SoC. A maioria dos processadores atuais tem dois, quatro ou oito núcleos internos.
- GPU - abreviado para módulo de processamento gráfico. Também é chamado de chip de vídeo. A GPU é responsável pelos jogos 3D, bem como pelas transições visuais nítidas que são visíveis na interface de qualquer dispositivo usando um sistema de chip único.
- Memória RAM - todos os dispositivos de computação precisam de memória para funcionar. Para poder executar aplicativos e dados de software, você deve usá-los. Para fazer isso, o sistema em um chip deve ter RAM.
- ROM - Qualquer dispositivo deve ter memória ROM para armazenar software como firmware ou o sistema operacional em que é executado.
- Modem - um smartphone não será um telefone se não puder se conectar a redes de rádio. Os modems cuidam da conexão de rede ou celular.
Além de CPU e memória, outros SoCs podem incluir interfaces PCIe projetadas paraconectar transceptores de rádio, interfaces SATA ou dispositivos USB.
Design de chip
Sistemas em um chip devem ter blocos de memória semicondutores para realizar seus cálculos. Dependendo da aplicação do SoC, a memória pode formar uma hierarquia de memória e cache. Isso é comum no mercado de computação móvel, mas não é necessário em muitos microcontroladores embarcados de baixa potência.
As tecnologias de memória para SoCs incluem memória somente leitura (ROM), memória de acesso aleatório (RAM), ROM programável eletricamente apagável (EEPROM) e memória flash. Assim como em outros sistemas de computador, a RAM pode ser dividida em RAM estática (SRAM) relativamente mais rápida, porém mais cara, e RAM dinâmica (DRAM), mais lenta, porém mais barata, como o sistema em um chip ilustrado neste artigo.
Interfaces externas
SoCs incluem interfaces externas, normalmente para protocolos de comunicação. Eles geralmente são baseados em padrões do setor, como USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C e muito mais. Protocolos de rede sem fio como Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN e comunicação de campo próximo também podem ser suportados.
Se necessário, os SoCs incluem interfaces analógicas para processamento de sinal. Eles podem interagir com vários tipos de sensores ou atuadores, incluindo conversores inteligentes. Eles também podem entrar em contato comaplicações do módulo ou ser interno ao SoC, por exemplo, se um sensor analógico estiver embutido no SoC e suas leituras devem ser convertidas em sinais digitais para processamento matemático.
Processadores de Sinais Digitais
Processadores de sinal digital (DSPs) são frequentemente incluídos em sistemas em um chip. Eles realizam processamento de sinal de operação para sensores, atuadores, aquisição de dados, análise de dados e processamento multimídia. Os núcleos DSP normalmente têm uma palavra de instrução muito longa (VLIW) e uma arquitetura de conjunto de instruções unidirecional, portanto, são passíveis de explorar o paralelismo.
Os núcleos 4DSP geralmente contêm instruções específicas do aplicativo e são os processadores do conjunto de manuais específicos do aplicativo ASIP. Tais instruções correspondem a unidades funcionais especializadas.
As instruções típicas de DSP incluem acumulação múltipla, transformada rápida de Fourier, multiplicação suave e convolução. Assim como em outros sistemas de computador, os SoCs exigem fontes de clock para gerar sinais de clock, controlar a execução de funções e fornecer contexto de tempo para aplicativos de processamento de sinal, se necessário.
Fontes de tempo populares são osciladores de cristal e loops de bloqueio de fase. Os SoCs também incluem reguladores de tensão e circuitos de gerenciamento de energia.
A diferença entre SoC e CPU
Era uma vez, muitas pessoas pensavam que a CPU estava completamente isolada do monitor. Agora muitos entendem que a CPU é apenas uma pequena parte,e um computador é composto de muitas partes.
System on a chip é uma placa de circuito eletrônico que integra todos os componentes necessários em um computador e outros sistemas eletrônicos. Isso inclui GPU, CPU, memória, circuitos de gerenciamento de energia, controlador USB, rádios sem fio e muito mais. Esses componentes são soldados na placa-mãe, diferente dos computadores convencionais, cujas partes podem ser substituídas a qualquer momento.
Você poderia dizer que um sistema em um chip (SoC) é o que acontece quando Vector de Meu Malvado Favorito usa "compressão de feixe" em um computador completo. Com o poder da miniaturização, o System on a Chip é um computador funcional que foi compactado para caber em um único chip de silício.
Onde as fichas são usadas
SoC é tipicamente pequeno e não ocupa muito espaço dentro de um dispositivo eletrônico, tornando-o ideal para dispositivos menores. Ele combina muitas peças diferentes em um único chip, o que significa que seu fabricante não precisa gastar tempo, dinheiro e recursos estabelecendo peças físicas significativas e construindo longos circuitos, o que, por sua vez, significa menor produção e custos. Os sistemas em um chip são muito mais eficientes do que aqueles com componentes individuais dedicados, como um PC de mesa ou laptop. O SoC pode funcionar com baterias por mais tempo.
As abordagens tradicionais da eletrônica têm sido sobre a criação de sistemas que rodam empartes independentes. Exemplos são computadores e laptops. No entanto, a constante miniaturização de tudo ao redor significa que eles dependem cada vez mais de sistemas menores e mais eficientes em termos de energia em um chip. Smartphones, tablets e até dispositivos IoT (Internet das Coisas) estão provando que sistemas em chips são uma parte importante do futuro de todos os eletrônicos.
Dispositivo Intel Pentium N3710
O Pentium N3710 é um sistema em um chip quad-core de 64 bits projetado pela Intel e lançado no início de 2015 como número de peça 3710. Baseado na microarquitetura Airmont. Este chip opera a 1,6 GHz com modo de até 2,57 GHz. SoC inclui GPU HD Graphics 405 que possui 16 unidades de execução e roda a 400 MHz
N3710 detalhes da arquitetura do sistema no chip:
- Designer - Intel.
- Fabricante - Intel.
- Número do modelo - N3710.
- Número da peça - FH8066501715927
- Escopo - celular.
- Edição - março de 2015
- Pentium N3000 series.
- Frequência - 1600 MHz.
- Velocidade - 2567 MHz (1 núcleo).
- Tipo de barramento - IDI CPUID 406C4.
- Microarquitetura – Airmont.
- O nome principal é Braswell.
- Tecnologia - CMOS.
- Tamanho da palavra - 64 bits.
- Processadores máximos - uniprocessador.
- A memória máxima é 8 G.
- PP temperatura 0 C - 90 C.
- IntegradoInformações gráficas da GPU - HD Graphics 405.
- A frequência máxima é 700 MHz.
Vantagens dos sistemas de chip
O principal objetivo de usar SOC no design envolve as etapas que formam os benefícios do dispositivo:
- SOC é pequeno em tamanho, mas inclui muitos recursos.
- Flexibilidade. Em termos de tamanho do chip, potência e fator de forma, esses sistemas são muito difíceis de serem superados por outros dispositivos.
- Eficiência de custo, especialmente para aplicativos SoC específicos, como código de vídeo.
- O sistema no chip é incontável. Para produtos de alta capacidade, eles simplificam a proteção de recursos e os custos de engenharia.
No entanto, um dispositivo tão excelente tem suas desvantagens:
- Grande investimento de tempo. O processo de design do SoC pode levar de 6 a 12 meses.
- Recursos limitados.
- Se um produto de baixo volume estiver sendo desenvolvido, equipamentos de ponta serão necessários. Pode ser melhor usar hardware de terceiros, gastar tempo e recursos em software de aplicativo.
Sistemas em um chip têm a grande desvantagem de não serem adaptáveis. Em outras palavras, eles não podem ser atualizados. Um sistema em um chip geralmente morre da mesma forma que foi criado. Nada muda nele durante toda a vida útil. Se algo quebrar internamente no instrumento, somente essa peça não poderá ser reparada ou trocada. Tem que substituir todo o SoC.
Os maiores produtoreschips móveis
Oferecemos uma breve visão geral dos sistemas em um chip dos principais fabricantes: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA e Broadcom. Qualcomm, NVIDIA e MediaTek fabricam e vendem principalmente SoCs móveis para empresas de hardware usarem em dispositivos que fabricam. A Broadcom fabrica SoCs que são usados em roteadores e dispositivos de rede, e a Samsung e a Huawei não apenas fabricam SoCs, mas são as duas maiores empresas do mundo em usá-los.
Você não pode dizer qual sistema em um chip é o melhor. O design e o desenvolvimento de sistemas em um chip estão se movendo tão rápido que, no momento da comparação, a opção já estará obsoleta. No entanto, é preciso lembrar que o melhor SoC pode não ser o melhor para processadores ou para as transferências sem fio mais rápidas.
