System på en brikke er en liten brikke med alle nødvendige elektroniske komponenter og kretser. I engelsk litteratur brukes begrepet SoC (system-on-a-chip). Systemet i lyddeteksjonsanordningen kan inkludere en ADC, en lydmottaker, et minne, en mikroprosessor og en bruker I/O logikkkontroll på en enkelt brikke.
I medisin kan et SoC-system basert på nano-roboter fungere som programmerbare antistoffer for å utsette tidlige sykdommer. Chipbaserte videoenheter kan hjelpe blinde mennesker ved å la dem motta et bilde, og SoC-lydenheter kan få døve til å høre. Systemet-på-en-brikken utvikler seg sammen med andre teknologier som SOI (silisium på isolator).
Definisjoner av termer
SoC-systemet kombinerer de nødvendige elektroniske kretsene til ulike datakomponenter på en enkelt integrert brikke (IC). En SoC er et komplett elektronisk substratsystem som kan inneholde analoge,digitale, blandede eller RF-funksjoner. Komponentene inkluderer vanligvis en grafikkbehandlingsenhet (GPU), en sentral prosesseringsenhet (CPU), som kan være flerkjernede, og systemminne (RAM).
Fordi systemet-på-en-brikke inkluderer både maskinvare og programvare, bruker det mindre strøm, har bedre ytelse, krever mindre plass og er mer pålitelig enn flerbrikkesystemer. De fleste systembrikker er inkludert i mobile enheter som smarttelefoner og nettbrett i dag.
System-on-a-Chip er spesielt utviklet for å møte standardene for å inkludere de nødvendige elektroniske kretsene til en rekke datakomponenter på en enkelt integrert brikke. I stedet for et system som setter sammen flere brikker og komponenter på et PCB, lager en SoC alle nødvendige kretser i en enkelt enhet.
SoC-utfordringer inkluderer høyere prototypingskostnader, arkitektur og mer kompleks feilsøking. IC-er er ikke kostnadseffektive. Dette kan imidlertid endre seg etter hvert som teknologien utvikler seg.
Nødvendige mikrobrikkeparametere
System on Chip SoCs er svært komplekse enheter. For eksempel er Qualcomms Snapdragon 600-system-på-en-brikke SoC-en som ble brukt i den gamle Samsung Galaxy-smarttelefonen.
Folk ønsker å kunne bruke smarttelefonene sine til å surfe på Internett, lytte til musikk, se videoer, bruke GPS-navigasjon, ta bilder og videoer, spille spill, få tilgang til sosiale nettverk. Alle disse funksjoneneer utstyrt ikke bare med en god prosessor, men også med en kraftig System on Chip SoC-grafikkbrikke, et raskt trådløst Bluetooth-brikkesett og støtte for tilkobling til 4G-nettverk. Alt dette skal fungere med minst mulig energiforbruk.
Løsningen er å miniatyrisere alt som kan installeres. Enheter bør være så komprimerte som mulig og plasseres kompakt på en mindre overflate. Konsekvensen av dette er høyere prosessorkraft og lavere strømforbruk. Dette er akkurat hva SoC tilbyr.
System-på-brikke-design
Konseptuelt er det tre nivåer av designstrategi for funksjonelle brikker. Det første nivået er symmetrien til punktgruppen. Det dikterer tilstedeværelsen eller fraværet av en viss fysisk respons og anisotropi av krystallen. Derfor kan den brukes til å søke etter og skjerme nye funksjonelle krystaller.
Punktgruppesymmetri er et nødvendig krav, men ikke en tilstrekkelig betingelse for en funksjonell krystall. For at et SNK-system-på-en-brikke skal vise en bestemt egenskap, må det kompletteres med et andre nivå av designstrategi – romgruppestruktur eller symmetri.
Til slutt, for å forbedre eller optimere responsen, er det et tredje nivå av molekylær ingeniørdesignstrategi som involverer finjustering av de elektroniske eller magnetiske strukturene til byggesteinene til atomer, molekyler og krystallklynger.
Komponentermobile enheter
Et SoC-system-på-en-brikke kan ha forskjellige elementer, avhengig av formålet. Siden de aller fleste SoC-er brukes på smarttelefoner, tilbyr vi en liste over de vanligste komponentene til slike enheter:
- CPU er kjernen i SoC. Dette er den delen som er ansvarlig for å gjøre det meste av beregningene og beslutningene. Den mottar input fra andre maskinvarekomponenter og programvare og gir passende utdatasvar. Uten CPU ville det ikke vært noen SoC. De fleste prosessorer i dag har to, fire eller åtte kjerner inne.
- GPU - forkortet for grafikkbehandlingsmodul. Det kalles også en videobrikke. GPUen er ansvarlig for 3D-spilling så vel som de pene visuelle overgangene som er synlige i grensesnittet til enhver enhet som bruker et enkeltbrikkesystem.
- RAM-minne – alle dataenheter trenger minne for å fungere. For å kunne kjøre applikasjoner og programvaredata må du bruke dem. For å gjøre dette må systemet-på-en-brikken ha RAM.
- ROM - Enhver enhet må ha ROM-minne for å lagre programvare som fastvare eller operativsystemet den kjører på.
- Modem – en smarttelefon vil ikke være en telefon hvis den ikke kan kobles til radionettverk. Modemer tar seg av nettverket eller mobiltilkoblingen.
I tillegg til CPU og minne, kan andre SoC-er inkludere PCIe-grensesnitt designet forkoble til radiosendere, SATA-grensesnitt eller USB-enheter.
Chip design
Systemer på en brikke må ha halvlederminneblokker for å utføre sine beregninger. Avhengig av bruken av SoC, kan minne danne et hierarki av minne og cache. Dette er vanlig i markedet for mobildatabehandling, men er ikke nødvendig i mange innebygde mikrokontrollere med lav effekt.
Minneteknologier for SoC-er inkluderer skrivebeskyttet minne (ROM), random access memory (RAM), elektrisk slettbar programmerbar ROM (EEPROM) og flash-minne. Som med andre datasystemer, kan RAM deles inn i relativt raskere, men dyrere statisk RAM (SRAM) og tregere, men billigere dynamisk RAM (DRAM) som systemet-på-en-brikke som er avbildet i denne artikkelen.
Eksterne grensesnitt
SoCs inkluderer eksterne grensesnitt, vanligvis for kommunikasjonsprotokoller. De er ofte basert på industristandarder som USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C og mer. Trådløse nettverksprotokoller som Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN og nærfeltskommunikasjon kan også støttes.
Om nødvendig inkluderer SoC-er analoge grensesnitt for signalbehandling. De kan samhandle med ulike typer sensorer eller aktuatorer, inkludert smarte omformere. De kan også kontakte spesifikkemodulapplikasjoner eller være intern i SoC, for eksempel hvis en analog sensor er innebygd i SoC og dens avlesninger må konverteres til digitale signaler for matematisk behandling.
Digitale signalprosessorer
Digitale signalprosessorer (DSP-er) er ofte inkludert i systemer på en brikke. De utfører operasjonssignalbehandling for sensorer, aktuatorer, datainnsamling, dataanalyse og multimediabehandling. DSP-kjerner har vanligvis et veldig langt instruksjonsord (VLIW) og enveis instruksjonssettarkitektur, så de kan utnytte parallellitet.
4DSP-kjerner inneholder oftest applikasjonsspesifikke instruksjoner og er prosessorene til ASIP-applikasjonsspesifikke manuelle sett. Slike instruksjoner tilsvarer spesialiserte funksjonelle enheter.
Typiske DSP-instruksjoner inkluderer multippel akkumulering, rask Fourier-transformasjon, jevn multiplikasjon og konvolusjon. Som med andre datasystemer krever SoC-er klokkekilder for å generere klokkesignaler, kontrollere utførelsen av funksjoner og gi timing-kontekst til signalbehandlingsapplikasjoner om nødvendig.
Populære tidskilder er krystalloscillatorer og faselåste sløyfer. SoC-er inkluderer også spenningsregulatorer og strømstyringskretser.
Forskjellen mellom SoC og CPU
Det var en gang mange som trodde at CPU-en var fullstendig isolert fra skjermen. Nå forstår mange at CPU-en bare er en liten del,og en datamaskin består av mange deler.
System på en brikke er et elektronisk kretskort som integrerer alle nødvendige komponenter i en datamaskin og andre elektroniske systemer. Disse inkluderer GPU, CPU, minne, strømstyringskretser, USB-kontroller, trådløse radioer og mer. Disse komponentene er loddet på hovedkortet, som er forskjellig fra konvensjonelle datamaskiner, som deler av dem kan byttes ut når som helst.
Du kan si at et system på en chip (SoC) er det som skjer når Vector fra Despicable Me bruker "strålekomprimering" på en fullverdig datamaskin. Med kraften til miniatyrisering er System on a Chip en funksjonell datamaskin som har blitt komprimert for å passe på en enkelt silisiumbrikke.
Hvor sjetongene brukes
SoC er vanligvis liten og tar ikke opp mye plass inne i en elektronisk enhet, noe som gjør den ideell for mindre enheter. Den kombinerer mange forskjellige deler på en enkelt brikke, noe som betyr at produsenten ikke trenger å bruke tid, penger og ressurser på å legge ned betydelige fysiske deler og bygge lange kretser, noe som igjen betyr lavere produksjon og kostnader. Systemer på en brikke er mye mer effektive enn de med dedikerte individuelle komponenter som en stasjonær PC eller bærbar PC. SoC kan kjøre på batterier i lengre tid.
Tradisjonelle tilnærminger til elektronikk har handlet om å lage systemer som kjører på individuelleuavhengige deler. Eksempler er datamaskiner og bærbare datamaskiner. Den konstante miniatyriseringen av alt rundt betyr imidlertid at de i økende grad er avhengige av mindre, mer energieffektive systemer på en brikke. Smarttelefoner, nettbrett og til og med IoT-enheter (Internet of Things) beviser at systemer på brikker er en viktig del av fremtiden for all elektronikk.
Intel Pentium N3710-enhet
Pentium N3710 er et 64-bits quad-core system-på-en-brikke designet av Intel og introdusert tidlig i 2015 som delenummer 3710. Basert på Airmont-mikroarkitekturen. Denne brikken opererer på 1,6 GHz med modus opptil 2,57 GHz. SoC inkluderer HD Graphics 405 GPU som har 16 utførelsesenheter og kjører på 400 MHz
N3710 system-på-brikke-arkitekturdetaljer:
- Designer – Intel.
- Produsent – Intel.
- modellnummer - N3710.
- Delenummer - FH8066501715927
- Omfang – mobil.
- Utgave – mars 2015
- Pentium N3000-serien.
- Frekvens - 1600 MHz.
- Hastighet - 2567 MHz (1 kjerne).
- Busstype - IDI CPUID 406C4.
- Mikroarkitektur – Airmont.
- Hovednavnet er Braswell.
- Teknologi – CMOS.
- Ordstørrelse – 64-bit.
- Maksim alt antall prosessorer – enprosessor.
- Maksim alt minne er 8 G.
- PP temperatur 0 C - 90 C.
- IntegrertGPU-grafikkinformasjon – HD Graphics 405.
- Maksimal frekvens er 700 MHz.
Fordeler med brikkesystemer
Hovedformålet med å bruke SOC i design involverer trinnene som utgjør fordelene med enheten:
- SOC er liten i størrelse, men inneholder mange funksjoner.
- Fleksibilitet. Når det gjelder brikkestørrelse, kraft og formfaktor, er disse systemene svært vanskelige å slå av andre enheter.
- Kostnadseffektivitet, spesielt for spesifikke SoC-applikasjoner som videokode.
- Systemet-på-brikken er utallige. For produkter med høy kapasitet forenkler de ressursbeskyttelse og ingeniørkostnader.
Men en slik utmerket enhet har sine ulemper:
- Stor tidsinvestering. SoC-designprosessen kan ta alt fra 6 til 12 måneder.
- Begrensede ressurser.
- Hvis et lavvolumsprodukt utvikles, vil det kreves avansert utstyr. Det kan være bedre å bruke tredjeparts maskinvare, bruke tid og ressurser på applikasjonsprogramvare.
Systemer på en brikke har den store ulempen at de ikke kan tilpasses i det hele tatt. De kan med andre ord ikke oppgraderes. Et system på en brikke dør vanligvis på samme måte som det ble opprettet. Ingenting endres i den i løpet av hele levetiden. Hvis noe går i stykker internt i instrumentet, er det kun den delen som ikke kan repareres eller endres. Må erstatte hele SoC.
De største produsentenemobilsjetonger
Vi tilbyr en kort oversikt over systemer på en brikke fra store produsenter: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA og Broadcom. Qualcomm, NVIDIA og MediaTek produserer og selger primært mobile SoC-er som maskinvareselskaper kan bruke i enheter de produserer. Broadcom lager SoC-er som brukes i rutere og nettverksenheter, og Samsung og Huawei lager ikke bare SoC-er, men er de to største selskapene i verden når det gjelder å bruke dem.
Du kan ikke si hvilket system på en brikke som er best. Utformingen og utviklingen av systemer-på-en-brikke går så raskt at alternativet allerede vil være foreldet ved sammenligningstidspunktet. Man må imidlertid huske at den beste SoC-en kanskje ikke er den beste for prosessorer eller de raskeste trådløse overføringene.
