Stelsel op 'n skyfie is 'n klein skyfie met al die nodige elektroniese komponente en stroombane. In Engelse literatuur word die term SoC (system-on-a-chip) gebruik. Die stelsel in die klankopsporingstoestel kan 'n ADC, 'n oudio-ontvanger, 'n geheue, 'n mikroverwerker en 'n gebruiker-I/O-logikabeheer op 'n enkele skyfie insluit.
In medisyne kan 'n SoC-stelsel gebaseer op nano-robotte as programmeerbare teenliggaampies optree om vroeë siektes te vertraag. Chipgebaseerde videotoestelle kan blinde mense help deur hulle toe te laat om 'n beeld te ontvang, en SoC-oudiotoestelle kan dowe mense laat hoor. Die stelsel-op-'n-skyfie ontwikkel saam met ander tegnologieë soos SOI (silikon op isolator).
Definisies van terme
Die SoC-stelsel kombineer die vereiste elektroniese stroombane van verskeie rekenaarkomponente op 'n enkele geïntegreerde skyfie (IC). 'n SoC is 'n volledige substraat elektroniese stelsel wat analoog,digitale, gemengde of RF funksies. Die komponente daarvan sluit gewoonlik 'n grafiese verwerkingseenheid (GPU), 'n sentrale verwerkingseenheid (CPU), wat multikern kan wees, en stelselgeheue (RAM) in.
Omdat die stelsel-op-'n-skyfie beide hardeware en sagteware insluit, verbruik dit minder krag, het dit beter werkverrigting, benodig minder spasie en is dit meer betroubaar as multi-skyfie-stelsels. Die meeste stelselskyfies word vandag by mobiele toestelle soos slimfone en tablette ingesluit.
Die stelsel-op-'n-skyfie is spesifiek ontwerp om te voldoen aan die standaarde vir die inkorporering van die vereiste elektroniese stroombane van talle rekenaarkomponente op 'n enkele geïntegreerde skyfie. In plaas van 'n stelsel wat veelvuldige skyfies en komponente op 'n PCB saamstel, skep 'n SoC al die nodige stroombane in 'n enkele toestel.
SoC-uitdagings sluit hoër prototipekoste, argitektuur en meer komplekse ontfouting in. IC's is nie koste-effektief nie. Dit kan egter verander soos tegnologie vorder.
Vereiste mikroskyfieparameters
Stelsel op chip SoC's is baie komplekse toestelle. Byvoorbeeld, Qualcomm se Snapdragon 600-stelsel-op-'n-skyfie is die SoC wat in die ou Samsung Galaxy-slimfoon gebruik is.
Mense wil hul slimfone kan gebruik om op die internet te blaai, na musiek te luister, video's te kyk, GPS-navigasie te gebruik, foto's en video's te neem, speletjies te speel, toegang tot sosiale netwerke te kry. Al hierdie kenmerkeword nie net van 'n goeie verwerker voorsien nie, maar ook van 'n kragtige System on Chip SoC grafiese skyfie, 'n vinnige draadlose Bluetooth-skyfiestel en ondersteuning vir koppeling aan 4G-netwerke. Dit alles behoort te werk met die minste energieverbruik.
Die oplossing is om alles wat geïnstalleer kan word, te miniaturiseer. Toestelle moet so saamgepers as moontlik wees en kompak op 'n kleiner oppervlak geplaas word. Die gevolg hiervan is hoër verwerkingskrag en laer kragverbruik. Dit is presies wat SoC bied.
Stelsel-op-skyfie-ontwerp
Konseptueel is daar drie vlakke van ontwerpstrategie vir funksionele skyfies. Die eerste vlak is die simmetrie van die puntgroep. Dit dikteer die teenwoordigheid of afwesigheid van 'n sekere fisiese reaksie en anisotropie van die kristal. Daarom kan dit gebruik word om nuwe funksionele kristalle te soek en te beskerm.
Puntgroepsimmetrie is 'n noodsaaklike vereiste, maar nie 'n voldoende voorwaarde vir 'n funksionele kristal nie. Vir 'n SNK-stelsel-op-'n-skyfie om 'n spesifieke eienskap te vertoon, moet dit aangevul word deur 'n tweede vlak van ontwerpstrategie-ruimtegroepstruktuur of simmetrie.
Laastens, om die reaksie te verbeter of te optimaliseer, is daar 'n derde vlak van molekulêre ingenieursontwerpstrategie wat die fyninstelling van die elektroniese of magnetiese strukture van die boustene van atome, molekules en kristalgroepe behels.
Komponentemobiele toestelle
'n SoC-stelsel-op-'n-skyfie kan verskeie elemente hê, afhangende van die doel daarvan. Aangesien die oorgrote meerderheid van SoC's op slimfone gebruik word, bied ons 'n lys van die mees algemene komponente van sulke toestelle:
- CPU is die kern binne die SoC. Dit is die deel wat verantwoordelik is vir die meeste van die berekeninge en besluite. Dit ontvang insette van ander hardeware-komponente en sagteware en verskaf toepaslike uitvoerreaksies. Sonder die SVE sou daar geen SoC wees nie. Die meeste verwerkers het vandag twee, vier of agt kerns binne.
- GPU - verkort vir grafiese verwerkingsmodule. Dit word ook 'n videoskyfie genoem. Die GPU is verantwoordelik vir 3D-speletjies sowel as die netjiese visuele oorgange wat sigbaar is in die koppelvlak van enige toestel wat 'n enkelskyfiestelsel gebruik.
- RAM-geheue – alle rekenaartoestelle het geheue nodig om te werk. Om toepassings en sagtewaredata te kan laat loop, moet jy dit gebruik. Om dit te doen, moet die stelsel-op-'n-skyfie RAM hê.
- ROM - Enige toestel moet ROM-geheue hê om sagteware soos fermware of die bedryfstelsel waarop dit loop, te stoor.
- Modem – 'n slimfoon sal nie 'n foon wees as dit nie aan radionetwerke kan koppel nie. Modems sorg vir die netwerk of sellulêre verbinding.
Benewens SVE en geheue, kan ander SoC's PCIe-koppelvlakke insluit wat ontwerp is virkoppel radio-ontvangers, SATA-koppelvlakke of USB-toestelle.
skyfieontwerp
Stelsels op 'n skyfie moet halfgeleiergeheueblokke hê om hul berekeninge uit te voer. Afhangende van die toepassing van die SoC, kan geheue 'n hiërargie van geheue en kas vorm. Dit is algemeen in die mobiele rekenaarmark, maar word nie in baie lae-krag ingebedde mikrobeheerders vereis nie.
Geheuetegnologieë vir SoC's sluit in leesalleengeheue (ROM), ewekansige toegangsgeheue (RAM), elektries uitwisbare programmeerbare ROM (EEPROM) en flitsgeheue. Soos met ander rekenaarstelsels, kan RAM verdeel word in die relatief vinniger maar duurder statiese RAM (SRAM) en die stadiger maar goedkoper dinamiese RAM (DRAM) soos die stelsel-op-'n-skyfie wat in hierdie artikel afgebeeld word.
Eksterne koppelvlakke
SoC's sluit eksterne koppelvlakke in, tipies vir kommunikasieprotokolle. Hulle is dikwels gebaseer op industriestandaarde soos USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C, en meer. Draadlose netwerkprotokolle soos Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN en nabyveldkommunikasie kan ook ondersteun word.
Indien nodig, sluit SoC's analoog-koppelvlakke vir seinverwerking in. Hulle kan met verskillende soorte sensors of aktueerders in wisselwerking tree, insluitend slim omsetters. Hulle kan ook spesifiek kontakmodule-toepassings of intern tot die SoC wees, byvoorbeeld, as 'n analoog sensor in die SoC ingebou is en sy lesings moet omgeskakel word na digitale seine vir wiskundige verwerking.
Digitale seinverwerkers
Digitale seinverwerkers (DSP's) word dikwels by stelsels op 'n skyfie ingesluit. Hulle voer operasionele seinverwerking uit vir sensors, aktueerders, dataverkryging, data-analise en multimediaverwerking. DSP-kerns het tipies 'n baie lang instruksiewoord (VLIW) en eenrigting-instruksiestel-argitektuur, so hulle is vatbaar vir die ontginning van parallelisme.
4DSP-kerne bevat meestal toepassingspesifieke instruksies en is die verwerkers van die ASIP-toepassingspesifieke handleidingstel. Sulke instruksies stem ooreen met gespesialiseerde funksionele eenhede.
Tipiese DSP-instruksies sluit veelvuldige akkumulasie, vinnige Fourier-transformasie, gladde vermenigvuldiging en konvolusie in. Soos met ander rekenaarstelsels, vereis SoC's klokbronne om klokseine te genereer, die uitvoering van funksies te beheer en tydsberekeningskonteks aan seinverwerkingstoepassings te verskaf indien nodig.
Gewilde tydbronne is kristal ossillators en fase-geslote lusse. SoC's sluit ook spanningsreguleerders en kragbestuurkringe in.
Die verskil tussen SoC en SVE
Eens op 'n tyd het baie mense gedink dat die SVE heeltemal van die monitor geïsoleer is. Nou verstaan baie dat die SVE slegs 'n klein deel is,en 'n rekenaar bestaan uit baie dele.
Stelsel op 'n skyfie is 'n elektroniese stroombaanbord wat al die nodige komponente in 'n rekenaar en ander elektroniese stelsels integreer. Dit sluit die GPU, SVE, geheue, kragbestuurkringe, USB-beheerder, draadlose radio's en meer in. Hierdie komponente is op die moederbord gesoldeer, wat verskil van konvensionele rekenaars, waarvan dele te eniger tyd vervang kan word.
Jy kan sê dat 'n stelsel op 'n skyfie (SoC) is wat gebeur wanneer Vector van Despicable Me "beam compression" op 'n volwaardige rekenaar gebruik. Met die krag van miniaturisering, is die System on a Chip 'n funksionele rekenaar wat saamgepers is om op 'n enkele silikonskyfie te pas.
Waar die skyfies gebruik word
SoC is tipies klein en neem nie veel spasie binne 'n elektroniese toestel op nie, wat dit ideaal maak vir kleiner toestelle. Dit kombineer baie verskillende onderdele op 'n enkele skyfie, wat beteken dat sy vervaardiger nie tyd, geld en hulpbronne hoef te spandeer om beduidende fisiese onderdele neer te lê en lang stroombane te bou nie, wat weer laer produksie en koste beteken. Stelsels op 'n skyfie is baie meer doeltreffend as dié met toegewyde individuele komponente soos 'n tafelrekenaar of skootrekenaar. SoC kan vir 'n langer tyd op batterye werk.
Tradisionele benaderings tot elektronika het gegaan oor die skep van stelsels wat op individue werkonafhanklike dele. Voorbeelde is rekenaars en skootrekenaars. Die konstante miniaturisering van alles rondom beteken egter dat hulle toenemend op kleiner, meer energiedoeltreffende stelsels op 'n skyfie staatmaak. Slimfone, tablette en selfs IoT (Internet of Things)-toestelle bewys dat stelsels op skyfies 'n belangrike deel van die toekoms van alle elektronika is.
Intel Pentium N3710-toestel
Die Pentium N3710 is 'n 64-bis-vierkernstelsel-op-'n-skyfie wat deur Intel ontwerp is en vroeg in 2015 as onderdeelnommer 3710 bekendgestel is. Gebaseer op die Airmont-mikroargitektuur. Hierdie skyfie werk teen 1.6GHz met modus tot 2.57GHz. SoC bevat HD Graphics 405 GPU wat 16 uitvoeringseenhede het en teen 400 MHz loop
N3710 stelsel-op-skyfie argitektuur besonderhede:
- Ontwerper – Intel.
- Vervaardiger – Intel.
- Modelnommer - N3710.
- Deelnommer - FH8066501715927
- Omvang – selfoon.
- Issue - Maart 2015
- Pentium N3000-reeks.
- Frekwensie - 1600 MHz.
- Spoed - 2567 MHz (1 kern).
- Bustipe - IDI CPUID 406C4.
- Mikroargitektuur – Airmont.
- Hoofnaam is Braswell.
- Tegnologie – CMOS.
- Woordgrootte - 64-bis.
- Maksimum verwerkers – eenverwerker.
- Maksimum geheue is 8 G.
- PP temperatuur 0 C - 90 C.
- geïntegreerGPU grafiese inligting - HD Graphics 405.
- Die maksimum frekwensie is 700 MHz.
Voordele van skyfiestelsels
Die hoofdoel van die gebruik van SOC in ontwerp behels die stappe wat die voordele van die toestel vorm:
- SOC is klein, maar bevat baie kenmerke.
- Buigsaamheid. Wat skyfiegrootte, krag en vormfaktor betref, is hierdie stelsels baie moeilik om deur ander toestelle te klop.
- Kostedoeltreffendheid, veral vir spesifieke SoC-toepassings soos videokode.
- Die stelsel-op-skyfie is ontelbaar. Vir hoëkapasiteitprodukte vereenvoudig hulle hulpbronbeskerming en ingenieurskoste.
So 'n uitstekende toestel het egter sy nadele:
- Groot tydbelegging. Die SoC-ontwerpproses kan enige plek van 6 tot 12 maande neem.
- Beperkte hulpbronne.
- As 'n lae volume produk ontwikkel word, sal hoë-end toerusting vereis word. Dit is dalk beter om derdeparty-hardeware te gebruik, tyd en hulpbronne aan toepassingsagteware te spandeer.
Stelsels op 'n skyfie het die groot nadeel dat dit glad nie aanpasbaar kan wees nie. Met ander woorde, hulle kan nie opgegradeer word nie. 'n Stelsel op 'n skyfie sterf gewoonlik dieselfde as wat dit geskep is. Niks verander daarin gedurende die hele dienslewe nie. As iets intern in die instrument breek, kan net daardie deel nie herstel of verander word nie. Moet die hele SoC vervang.
Die grootste produsentemobiele skyfies
Ons bied 'n kort oorsig van stelsels op 'n skyfie van groot vervaardigers: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA en Broadcom. Qualcomm, NVIDIA en MediaTek vervaardig en verkoop hoofsaaklik mobiele SoC's vir hardewaremaatskappye om te gebruik in toestelle wat hulle vervaardig. Broadcom maak SoC's wat in roeteerders en netwerktoestelle gebruik word, en Samsung en Huawei maak nie net SoC's nie, maar is die twee grootste maatskappye ter wêreld wat dit gebruik.
Jy kan nie sê watter stelsel op 'n skyfie die beste is nie. Die ontwerp en ontwikkeling van stelsels-op-'n-skyfie beweeg so vinnig dat die opsie teen die tyd van vergelyking reeds uitgedien sal wees. Mens moet egter onthou dat die beste SoC dalk nie die beste vir verwerkers of die vinnigste draadlose oordragte is nie.
