Sistema mikroschemoje yra mažas lustas su visais reikalingais elektroniniais komponentais ir grandinėmis. Anglų literatūroje vartojamas terminas SoC (system-on-a-chip). Garso aptikimo įrenginio sistemoje gali būti ADC, garso imtuvas, atmintis, mikroprocesorius ir vartotojo įvesties / išvesties loginis valdiklis viename luste.
Medicinoje SoC sistema, pagrįsta nanorobotais, gali veikti kaip programuojami antikūnai, uždelsdami ankstyvas ligas. Lustais pagrįsti vaizdo įrenginiai gali padėti akliesiems, nes jie gali gauti vaizdą, o SoC garso įrenginiai gali priversti kurtuosius girdėti. Sistema luste tobulėja kartu su kitomis technologijomis, tokiomis kaip SOI (silicis ant izoliatoriaus).
Sąvokų apibrėžimai
SoC sistema sujungia reikalingas įvairių kompiuterio komponentų elektronines grandines viename integruotame luste (IC). SoC yra visa substrato elektroninė sistema, kurioje gali būti analoginių,skaitmeninės, mišrios arba RF funkcijos. Jo komponentai paprastai apima grafikos apdorojimo bloką (GPU), centrinį procesorių (CPU), kuris gali būti kelių branduolių, ir sistemos atmintį (RAM).
Kadangi lusto sistema apima ir aparatinę, ir programinę įrangą, ji sunaudoja mažiau energijos, turi geresnį našumą, reikalauja mažiau vietos ir yra patikimesnė nei kelių lustų sistemos. Dauguma sistemos lustų šiandien yra mobiliuosiuose įrenginiuose, pvz., išmaniuosiuose telefonuose ir planšetiniuose kompiuteriuose.
System-on-a-Chip yra specialiai sukurta taip, kad atitiktų daugelio kompiuterio komponentų reikalaujamos elektroninės grandinės įtraukimo į vieną integruotą lustą standartus. Vietoj sistemos, kuri surenka kelis lustus ir komponentus ant PCB, SoC sukuria visas reikalingas grandines viename įrenginyje.
SoC iššūkiai apima didesnes prototipų kūrimo išlaidas, architektūrą ir sudėtingesnį derinimą. IC nėra ekonomiškai efektyvūs. Tačiau tai gali pasikeisti tobulėjant technologijoms.
Reikalingi mikroschemos parametrai
System on Chip SoC yra labai sudėtingi įrenginiai. Pavyzdžiui, „Qualcomm Snapdragon 600“sistema luste yra SoC, kuri buvo naudojama senajame „Samsung Galaxy“išmaniajame telefone.
Žmonės nori turėti galimybę savo išmaniaisiais telefonais naršyti internete, klausytis muzikos, žiūrėti vaizdo įrašus, naudotis GPS navigacija, fotografuoti ir filmuoti, žaisti žaidimus, prisijungti prie socialinių tinklų. Visos šios savybėsyra aprūpinti ne tik geru procesoriumi, bet ir galingu System on Chip SoC grafikos lustu, greitu belaidžiu Bluetooth mikroschemų rinkiniu bei prisijungimo prie 4G tinklų palaikymu. Visa tai turėtų veikti sunaudojant mažiausiai energijos.
Sprendimas – sumažinti viską, ką galima įdiegti. Prietaisai turi būti kiek įmanoma suspausti ir kompaktiškai išdėstyti ant mažesnio paviršiaus. To pasekmė – didesnė apdorojimo galia ir mažesnės energijos sąnaudos. Būtent tai siūlo SoC.
Sistemos lusto dizainas
Konceptualiai yra trys funkcinių lustų projektavimo strategijos lygiai. Pirmasis lygis yra taškų grupės simetrija. Jis diktuoja tam tikros fizinės reakcijos ir kristalo anizotropijos buvimą ar nebuvimą. Todėl jį galima naudoti ieškant naujų funkcinių kristalų ir juos apsaugoti.
Taškų grupės simetrija yra būtinas reikalavimas, bet nepakankama sąlyga funkciniam kristalui. Kad SNK sistema mikroschemoje parodytų tam tikrą savybę, ji turi būti papildyta antrojo lygio projektavimo strategija – erdvės grupės struktūra arba simetrija.
Galiausiai, siekiant sustiprinti arba optimizuoti atsaką, yra trečiasis molekulinės inžinerijos projektavimo strategijos lygis, apimantis atomų, molekulių ir kristalų grupių statybinių blokų elektroninių arba magnetinių struktūrų tobulinimą.
Komponentaimobilieji įrenginiai
SoC sistema luste gali turėti įvairių elementų, atsižvelgiant į jos paskirtį. Kadangi didžioji dauguma SoC yra naudojami išmaniuosiuose telefonuose, siūlome dažniausiai tokių įrenginių komponentų sąrašą:
- CPU yra SoC branduolys. Tai dalis, kuri yra atsakinga už daugumos skaičiavimų ir sprendimų priėmimą. Jis gauna įvestį iš kitų aparatinės įrangos komponentų ir programinės įrangos ir pateikia atitinkamus išvesties atsakymus. Be procesoriaus nebūtų ir SoC. Daugumoje šiandieninių procesorių viduje yra du, keturi arba aštuoni branduoliai.
- GPU – sutrumpintas grafikos apdorojimo moduliui. Jis taip pat vadinamas vaizdo lustu. GPU yra atsakingas už 3D žaidimus, taip pat už tvarkingus vaizdinius perėjimus, kurie matomi bet kurio įrenginio, naudojančio vieno lusto sistemą, sąsajoje.
- RAM atmintis – kad visi skaičiavimo įrenginiai veiktų, reikia atminties. Kad galėtumėte paleisti programas ir programinės įrangos duomenis, turite juos naudoti. Kad tai padarytumėte, lusto sistemoje turi būti RAM.
- ROM – bet kuris įrenginys turi turėti ROM atmintį, kad būtų galima saugoti programinę įrangą, pvz., programinę-aparatinę įrangą arba operacinę sistemą, kurioje jis veikia.
- Modemas – išmanusis telefonas nebus telefonas, jei negalės prisijungti prie radijo tinklų. Modemai rūpinasi tinklo arba korinio ryšio ryšiu.
Be procesoriaus ir atminties, kitose SoC gali būti PCIe sąsajos, skirtosprijungti radijo siųstuvus-imtuvus, SATA sąsajas arba USB įrenginius.
Lustų dizainas
Sistemos lustuose turi turėti puslaidininkinius atminties blokus, kad galėtų atlikti skaičiavimus. Priklausomai nuo SoC taikymo, atmintis gali sudaryti atminties ir talpyklos hierarchiją. Tai įprasta mobiliųjų kompiuterių rinkoje, bet to nereikia daugelyje mažos galios įterptųjų mikrovaldiklių.
SoC atminties technologijos apima tik skaitymo atmintį (ROM), laisvosios prieigos atmintį (RAM), elektra ištrinamą programuojamą ROM (EEPROM) ir "flash" atmintį. Kaip ir kitas kompiuterių sistemas, RAM galima suskirstyti į santykinai greitesnę, bet brangesnę statinę RAM (SRAM) ir lėtesnę, bet pigesnę dinaminę atmintį (DRAM), pvz., šiame straipsnyje pavaizduotą sistemą luste.
Išorinės sąsajos
SoC apima išorines sąsajas, paprastai skirtas ryšio protokolams. Jie dažnai yra pagrįsti pramonės standartais, tokiais kaip USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C ir kt. Taip pat gali būti palaikomi belaidžio tinklo protokolai, pvz., „Wi-Fi“, „Bluetooth“, 6LoWPAN ir artimojo lauko ryšys.
Jei reikia, SoC yra analoginės signalų apdorojimo sąsajos. Jie gali sąveikauti su įvairių tipų jutikliais ar pavaromis, įskaitant išmaniuosius keitiklius. Jie taip pat gali susisiekti su konkrečiaismodulio programas arba būti SoC viduje, pavyzdžiui, jei analoginis jutiklis yra integruotas į SoC ir jo rodmenys turi būti konvertuojami į skaitmeninius signalus matematiniam apdorojimui.
Skaitmeniniai signalų procesoriai
Skaitmeniniai signalų procesoriai (DSP) dažnai įtraukiami į sistemas su lustu. Jie atlieka jutiklių, pavarų veikimo signalų apdorojimą, duomenų rinkimą, duomenų analizę ir daugialypės terpės apdorojimą. DSP branduoliai paprastai turi labai ilgą instrukcijų žodį (VLIW) ir vienakryptę komandų rinkinio architektūrą, todėl jose galima išnaudoti lygiagretumą.
4DSP branduoliuose dažniausiai yra konkrečios programos instrukcijos ir jie yra ASIP konkrečios programos vadovo rinkinio procesoriai. Tokios instrukcijos atitinka specializuotus funkcinius vienetus.
Įprastos DSP instrukcijos apima daugybinį kaupimą, greitą Furjė transformaciją, sklandų dauginimą ir konvoliuciją. Kaip ir kitoms kompiuterinėms sistemoms, SoC reikalingi laikrodžio š altiniai, kad generuotų laikrodžio signalus, valdytų funkcijų vykdymą ir, jei reikia, suteiktų laiko kontekstą signalų apdorojimo programoms.
Populiarūs laiko š altiniai yra kristaliniai generatoriai ir fazinės kilpos. SoC taip pat apima įtampos reguliatorius ir galios valdymo grandines.
Skirtumas tarp SoC ir procesoriaus
Kadaise daugelis žmonių manė, kad centrinis procesorius buvo visiškai atskirtas nuo monitoriaus. Dabar daugelis supranta, kad CPU yra tik maža dalis,o kompiuteris sudarytas iš daugelio dalių.
Sistema mikroschemoje – tai elektroninė plokštė, sujungianti visus reikalingus kompiuterio ir kitų elektroninių sistemų komponentus. Tai apima GPU, centrinį procesorių, atmintį, maitinimo valdymo grandinę, USB valdiklį, belaidį radiją ir kt. Šie komponentai yra lituojami ant pagrindinės plokštės, kuri skiriasi nuo įprastų kompiuterių, kurių dalis galima bet kada pakeisti.
Galima sakyti, kad sistema mikroschemoje (SoC) yra tai, kas atsitinka, kai „Vector“iš „Despicable Me“visaverčiame kompiuteryje naudoja „spindulio suspaudimą“. Su miniatiūrizavimo galia „System on a Chip“yra funkcionalus kompiuteris, kuris buvo suspaustas, kad tilptų į vieną silicio lustą.
Kur naudojami lustai
SoC paprastai yra mažas ir neužima daug vietos elektroniniame įrenginyje, todėl idealiai tinka mažesniems įrenginiams. Jis sujungia daugybę skirtingų dalių viename luste, o tai reiškia, kad jo gamintojui nereikės eikvoti laiko, pinigų ir išteklių nustatant reikšmingas fizines dalis ir kuriant ilgas grandines, o tai savo ruožtu reiškia mažesnes gamybos ir sąnaudas. Lustuose esančios sistemos yra daug efektyvesnės nei sistemos, turinčios tam skirtus atskirus komponentus, pvz., stalinį ar nešiojamąjį kompiuterį. SoC gali veikti su baterijomis ilgesnį laiką.
Tradicinis požiūris į elektroniką buvo skirtas sistemų, veikiančių individualiai, kūrimasnepriklausomos dalys. Pavyzdžiai yra kompiuteriai ir nešiojamieji kompiuteriai. Tačiau nuolatinis visko, kas aplinkui, miniatiūrizavimas reiškia, kad jie vis labiau pasikliauja mažesnėmis, energiją taupančiomis sistemomis su lustu. Išmanieji telefonai, planšetiniai kompiuteriai ir net daiktų interneto (daiktų interneto) įrenginiai įrodo, kad sistemos su lustais yra svarbi visos elektronikos ateities dalis.
Intel Pentium N3710 įrenginys
Pentium N3710 yra 64 bitų keturių branduolių sistema mikroschemoje, sukurta Intel ir pristatyta 2015 m. pradžioje kaip dalies numeris 3710. Remiantis Airmont mikroarchitektūra. Šis lustas veikia 1,6 GHz dažniu ir režimu iki 2,57 GHz. SoC yra HD Graphics 405 GPU, kuris turi 16 vykdymo blokų ir veikia 400 MHz dažniu
N3710 sistemos lusto architektūros informacija:
- Dizaineris – Intel.
- Gamintojas – Intel.
- Modelio numeris – N3710.
- Dalies numeris – FH8066501715927
- Taikymo sritis – mobilusis.
- Nuleidimas – 2015 m. kovo mėn.
- Pentium N3000 series.
- Dažnis – 1600 MHz.
- Greitis – 2567 MHz (1 branduolys).
- Magistralės tipas – IDI CPUID 406C4.
- Mikroarchitektūra – Airmont.
- Pagrindinis vardas yra Braswell.
- Technologija – CMOS.
- Žodžio dydis – 64 bitų.
- Maksimalus procesorių skaičius – vienas procesorius.
- Didžiausia atmintis yra 8 G.
- PP temperatūra 0 C – 90 C.
- IntegruotaGPU grafikos informacija – HD Graphics 405.
- Didžiausias dažnis yra 700 MHz.
Lustų sistemų privalumai
Pagrindinis SOC naudojimo projekte tikslas apima veiksmus, kurie sudaro įrenginio pranašumus:
- SOC yra mažo dydžio, bet turi daug funkcijų.
- Lankstumas. Kalbant apie lusto dydį, galią ir formos koeficientą, šias sistemas labai sunku įveikti kitiems įrenginiams.
- Kainų efektyvumas, ypač konkrečioms SoC programoms, pvz., vaizdo įrašų kodui.
- Sistemos mikroschemos yra daugybė. Didelės talpos gaminiams jie supaprastina išteklių apsaugą ir inžinerines išlaidas.
Tačiau toks puikus įrenginys turi ir trūkumų:
- Didelė laiko investicija. SoC projektavimo procesas gali trukti nuo 6 iki 12 mėnesių.
- Ištekliai riboti.
- Jei kuriamas mažos apimties produktas, reikės aukščiausios klasės įrangos. Gali būti geriau naudoti trečiosios šalies aparatinę įrangą, skirti laiko ir išteklių taikomajai programinei įrangai.
Sistemos su lustu turi didelį trūkumą, kad jų apskritai negalima pritaikyti. Kitaip tariant, jų negalima atnaujinti. Sistema luste paprastai miršta taip pat, kaip buvo sukurta. Per visą tarnavimo laiką jame niekas nesikeičia. Jei instrumente kažkas sugenda viduje, tik tos dalies negalima taisyti ar pakeisti. Turite pakeisti visą SoC.
Didžiausi gamintojaimobilieji lustai
Siūlome trumpą pagrindinių gamintojų lustų sistemų apžvalgą: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA ir Broadcom. „Qualcomm“, „NVIDIA“ir „MediaTek“gamina ir parduoda daugiausia mobiliuosius SoC, skirtus techninės įrangos įmonėms, skirtus naudoti savo gaminamuose įrenginiuose. „Broadcom“gamina SoC, kurie naudojami maršrutizatoriuose ir tinklo įrenginiuose, o „Samsung“ir „Huawei“ne tik gamina „SoC“, bet yra dvi didžiausios jas naudojančios bendrovės pasaulyje.
Negalite pasakyti, kuri lusto sistema yra geriausia. Sistemų lustuose projektavimas ir kūrimas vyksta taip greitai, kad palyginimo metu ši parinktis jau bus pasenusi. Tačiau reikia atsiminti, kad geriausias SoC gali būti ne pats geriausias procesoriams ar greičiausiems belaidžiams perdavimams.
