System on a Chip ist ein kleiner Chip mit allen notwendigen elektronischen Komponenten und Sch altungen. In der englischen Literatur wird der Begriff SoC (System-on-a-Chip) verwendet. Das System in der Schallerkennungsvorrichtung kann einen ADC, einen Audioempfänger, einen Speicher, einen Mikroprozessor und eine Benutzer-I/O-Logiksteuerung auf einem einzigen Chip enth alten.
In der Medizin kann ein auf Nanorobotern basierendes SoC-System als programmierbarer Antikörper fungieren, um frühe Erkrankungen zu verzögern. Chipbasierte Videogeräte können blinden Menschen helfen, indem sie ihnen ermöglichen, ein Bild zu empfangen, und SoC-Audiogeräte können Gehörlose zum Hören bringen. Das System-on-a-Chip entwickelt sich zusammen mit anderen Technologien wie SOI (Silicon on Insulator).
Begriffsdefinitionen
Das SoC-System vereint die erforderlichen elektronischen Sch altungen verschiedener Computerkomponenten auf einem einzigen integrierten Chip (IC). Ein SoC ist ein komplettes elektronisches Substratsystem, das analoge,digitale, gemischte oder HF-Funktionen. Zu seinen Komponenten gehören typischerweise eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), die mehrere Kerne haben kann, und Systemspeicher (RAM).
Da das System-on-a-Chip sowohl Hardware als auch Software umfasst, verbraucht es weniger Strom, hat eine bessere Leistung, benötigt weniger Platz und ist zuverlässiger als Multi-Chip-Systeme. Die meisten Systemchips sind heute in Mobilgeräten wie Smartphones und Tablets enth alten.
Das System-on-a-Chip wurde speziell entwickelt, um die Standards für die Integration der erforderlichen elektronischen Sch altungen zahlreicher Computerkomponenten auf einem einzigen integrierten Chip zu erfüllen. Anstelle eines Systems, das mehrere Chips und Komponenten auf einer Leiterplatte montiert, erstellt ein SoC alle erforderlichen Sch altkreise in einem einzigen Gerät.
SoC-Herausforderungen umfassen höhere Prototyping-Kosten, Architektur und komplexeres Debugging. ICs sind nicht kostengünstig. Dies kann sich jedoch mit fortschreitender Technologie ändern.
Erforderliche Mikrochipparameter
System-on-Chip-SoCs sind sehr komplexe Geräte. Qualcomms Snapdragon 600 System-on-a-Chip ist beispielsweise der SoC, der im alten Samsung Galaxy-Smartphone verwendet wurde.
Menschen wollen mit ihrem Smartphone im Internet surfen, Musik hören, Videos ansehen, GPS-Navigation nutzen, Fotos und Videos aufnehmen, Spiele spielen, auf soziale Netzwerke zugreifen. All diese Funktionensind nicht nur mit einem guten Prozessor ausgestattet, sondern auch mit einem leistungsstarken System-on-Chip-SoC-Grafikchip, einem schnellen drahtlosen Bluetooth-Chipsatz und Unterstützung für die Verbindung zu 4G-Netzwerken. All dies soll mit dem geringsten Energieverbrauch funktionieren.
Die Lösung besteht darin, alles zu miniaturisieren, was installiert werden kann. Geräte sollten möglichst komprimiert und kompakt auf einer kleineren Fläche platziert werden. Die Folge davon ist eine höhere Rechenleistung und ein geringerer Stromverbrauch. Genau das bietet SoC.
System-on-Chip-Design
Konzeptionell gibt es drei Ebenen der Designstrategie für funktionale Chips. Die erste Ebene ist die Symmetrie der Punktgruppe. Es bestimmt das Vorhandensein oder Fehlen einer bestimmten physikalischen Reaktion und Anisotropie des Kristalls. Daher kann es verwendet werden, um nach neuen funktionellen Kristallen zu suchen und diese abzuschirmen.
Punktgruppensymmetrie ist eine notwendige Voraussetzung, aber keine hinreichende Bedingung für einen funktionsfähigen Kristall. Damit ein SNK-System-on-a-Chip eine bestimmte Eigenschaft aufweist, muss es durch eine zweite Ebene der Designstrategie ergänzt werden – Raumgruppenstruktur oder Symmetrie.
Schließlich gibt es zur Verbesserung oder Optimierung der Reaktion eine dritte Ebene der molekularen Konstruktionsstrategie, die die Feinabstimmung der elektronischen oder magnetischen Strukturen der Bausteine von Atomen, Molekülen und Kristallclustern beinh altet.
KomponentenMobilgeräte
Ein SoC-System-on-a-Chip kann je nach Verwendungszweck aus verschiedenen Elementen bestehen. Da die überwiegende Mehrheit der SoCs auf Smartphones verwendet werden, bieten wir eine Liste der gängigsten Komponenten solcher Geräte:
- CPU ist der Kern im SoC. Dies ist der Teil, der für die meisten Berechnungen und Entscheidungen verantwortlich ist. Es empfängt Eingaben von anderen Hardwarekomponenten und Software und liefert entsprechende Ausgabeantworten. Ohne die CPU gäbe es kein SoC. Die meisten Prozessoren haben heute zwei, vier oder acht Kerne.
- GPU - abgekürzt für Grafikverarbeitungsmodul. Er wird auch als Videochip bezeichnet. Die GPU ist verantwortlich für 3D-Spiele sowie die sauberen visuellen Übergänge, die in der Benutzeroberfläche jedes Geräts sichtbar sind, das ein Single-Chip-System verwendet.
- RAM-Speicher - alle Computergeräte benötigen Speicher, um zu funktionieren. Um Anwendungen und Softwaredaten ausführen zu können, müssen Sie diese verwenden. Dazu muss das System-on-a-Chip über RAM verfügen.
- ROM - Jedes Gerät muss über einen ROM-Speicher verfügen, um Software wie Firmware oder das Betriebssystem, auf dem es ausgeführt wird, zu speichern.
- Modem - ein Smartphone ist kein Telefon, wenn es keine Verbindung zu Funknetzen herstellen kann. Modems kümmern sich um die Netzwerk- oder Mobilfunkverbindung.
Zusätzlich zu CPU und Speicher können andere SoCs PCIe-Schnittstellen enth alten, für die sie entwickelt wurdenAnschließen von Funktransceivern, SATA-Schnittstellen oder USB-Geräten.
Chipdesign
Systeme auf einem Chip müssen Halbleiterspeicherblöcke haben, um ihre Berechnungen durchzuführen. Je nach Anwendung des SoC kann Speicher eine Hierarchie aus Speicher und Cache bilden. Dies ist auf dem Markt für mobile Computer üblich, wird jedoch in vielen eingebetteten Mikrocontrollern mit geringem Stromverbrauch nicht benötigt.
Speichertechnologien für SoCs umfassen Nur-Lese-Speicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM), elektrisch löschbares programmierbares ROM (EEPROM) und Flash-Speicher. Wie bei anderen Computersystemen kann RAM in den relativ schnelleren, aber teureren statischen RAM (SRAM) und den langsameren, aber billigeren dynamischen RAM (DRAM) unterteilt werden, wie das in diesem Artikel abgebildete System-on-a-Chip.
Externe Schnittstellen
SoCs enth alten externe Schnittstellen, typischerweise für Kommunikationsprotokolle. Sie basieren häufig auf Industriestandards wie USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C und mehr. Drahtlose Netzwerkprotokolle wie Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN und Nahfeldkommunikation können ebenfalls unterstützt werden.
Bei Bedarf enth alten SoCs analoge Schnittstellen zur Signalverarbeitung. Sie können mit verschiedenen Arten von Sensoren oder Aktoren interagieren, einschließlich intelligenter Konverter. Sie können sich auch spezifisch an uns wendenModulanwendungen oder intern im SoC sein, beispielsweise wenn ein analoger Sensor in das SoC eingebaut ist und seine Messwerte zur mathematischen Verarbeitung in digitale Signale umgewandelt werden müssen.
Digitale Signalprozessoren
Digitale Signalprozessoren (DSPs) sind oft in Systemen auf einem Chip enth alten. Sie führen Betriebssignalverarbeitung für Sensoren, Aktoren, Datenerfassung, Datenanalyse und Multimediaverarbeitung durch. DSP-Kerne haben typischerweise ein sehr langes Befehlswort (VLIW) und eine unidirektionale Befehlssatzarchitektur, sodass sie für die Ausnutzung von Parallelität zugänglich sind.
4DSP-Kerne enth alten meistens anwendungsspezifische Anweisungen und sind die Prozessoren des anwendungsspezifischen ASIP-Handbuchsatzes. Solche Anweisungen entsprechen spezialisierten Funktionseinheiten.
Typische DSP-Befehle umfassen Mehrfachakkumulation, schnelle Fourier-Transformation, glatte Multiplikation und F altung. Wie bei anderen Computersystemen benötigen SoCs Taktquellen, um Taktsignale zu erzeugen, die Ausführung von Funktionen zu steuern und bei Bedarf einen Timing-Kontext für Signalverarbeitungsanwendungen bereitzustellen.
Beliebte Zeitquellen sind Quarzoszillatoren und Phasenregelkreise. SoCs umfassen auch Spannungsregler und Energieverw altungssch altkreise.
Der Unterschied zwischen SoC und CPU
Es war einmal, dass viele Leute dachten, dass die CPU vollständig vom Monitor isoliert wäre. Jetzt verstehen viele, dass die CPU nur ein winziger Teil ist,und ein Computer besteht aus vielen Teilen.
System on a Chip ist eine elektronische Leiterplatte, die alle notwendigen Komponenten in einem Computer und anderen elektronischen Systemen integriert. Dazu gehören GPU, CPU, Speicher, Energieverw altungssch altkreise, USB-Controller, drahtlose Funkgeräte und mehr. Diese Komponenten sind auf der Hauptplatine verlötet, die im Gegensatz zu herkömmlichen Computern jederzeit in Teilen ausgetauscht werden kann.
Man könnte sagen, dass ein System auf einem Chip (SoC) das ist, was passiert, wenn Vector von „Ich – Einfach Unverbesserlich“die „Beam Compression“auf einem vollwertigen Computer verwendet. Mit der Kraft der Miniaturisierung ist das System on a Chip ein funktionsfähiger Computer, der so komprimiert wurde, dass er auf einen einzigen Siliziumchip passt.
Wo die Chips verwendet werden
SoC ist normalerweise winzig und nimmt nicht viel Platz in einem elektronischen Gerät ein, was es ideal für kleinere Geräte macht. Es kombiniert viele verschiedene Teile auf einem einzigen Chip, was bedeutet, dass sein Hersteller keine Zeit, kein Geld und keine Ressourcen aufwenden muss, um bedeutende physische Teile anzulegen und lange Sch altkreise zu bauen, was wiederum eine geringere Produktion und geringere Kosten bedeutet. Systeme auf einem Chip sind wesentlich effizienter als solche mit dedizierten Einzelkomponenten wie Desktop-PC oder Laptop. SoC kann länger mit Batterien betrieben werden.
Traditionelle Herangehensweisen an die Elektronik bestanden darin, Systeme zu entwickeln, die auf Einzelpersonen laufenunabhängige Teile. Beispiele sind Computer und Laptops. Die stetige Miniaturisierung des gesamten Umfelds führt jedoch dazu, dass sie zunehmend auf kleinere, energieeffizientere Systeme auf einem Chip setzen. Smartphones, Tablets und sogar IoT-Geräte (Internet of Things) beweisen, dass Systeme auf Chips ein wichtiger Bestandteil der Zukunft der gesamten Elektronik sind.
Intel Pentium N3710-Gerät
Der Pentium N3710 ist ein 64-Bit-Quad-Core-System-on-a-Chip, das von Intel entwickelt und Anfang 2015 als Teilenummer 3710 eingeführt wurde. Basierend auf der Airmont-Mikroarchitektur. Dieser Chip arbeitet bei 1,6 GHz mit einem Modus von bis zu 2,57 GHz. SoC enthält HD Graphics 405 GPU mit 16 Ausführungseinheiten und läuft mit 400 MHz
N3710 System-on-Chip-Architekturdetails:
- Designer - Intel.
- Hersteller - Intel.
- Modellnummer - N3710.
- Teilenummer - FH8066501715927
- Geltungsbereich - mobil.
- Ausgabe - März 2015
- Pentium N3000-Serie.
- Frequenz - 1600 MHz.
- Geschwindigkeit - 2567 MHz (1 Kern).
- Bustyp - IDI CPUID 406C4.
- Mikroarchitektur – Airmont.
- Hauptname ist Braswell.
- Technologie - CMOS.
- Wortgröße - 64-Bit.
- Maximale Prozessoranzahl - Einzelprozessor.
- Der maximale Speicher beträgt 8 GB.
- PP Temperatur 0 C - 90 C.
- IntegriertGPU-Grafikinformationen - HD Graphics 405.
- Die maximale Frequenz beträgt 700 MHz.
Vorteile von Chipsystemen
Der Hauptzweck der Verwendung von SOC im Design umfasst die Schritte, die die Vorteile des Geräts ausmachen:
- SOC ist klein, enthält aber viele Funktionen.
- Flexibilität. In Bezug auf Chipgröße, Leistung und Formfaktor sind diese Systeme von anderen Geräten kaum zu übertreffen.
- Kosteneffizienz, insbesondere für spezielle SoC-Anwendungen wie Videocode.
- Das System-on-Chip ist zahllos. Bei Hochleistungsprodukten vereinfachen sie Ressourcenschonung und Engineeringkosten.
Ein so hervorragendes Gerät hat jedoch seine Nachteile:
- Große Zeitinvestition. Der SoC-Designprozess kann 6 bis 12 Monate dauern.
- Begrenzte Ressourcen.
- Wenn ein Produkt mit geringem Volumen entwickelt wird, ist High-End-Equipment erforderlich. Es kann besser sein, Hardware von Drittanbietern zu verwenden und Zeit und Ressourcen für Anwendungssoftware aufzuwenden.
Systeme auf einem Chip haben den großen Nachteil, dass sie überhaupt nicht anpassbar sein können. Mit anderen Worten, sie können nicht aktualisiert werden. Ein System auf einem Chip stirbt normalerweise so, wie es erstellt wurde. Daran ändert sich während der gesamten Lebensdauer nichts. Wenn etwas im Inneren des Instruments kaputt geht, kann nur dieses Teil nicht repariert oder ausgetauscht werden. Muss das komplette SoC ersetzen.
Die größten ProduzentenHandy-Chips
Wir bieten einen kurzen Überblick über Systeme auf einem Chip von großen Herstellern: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA und Broadcom. Qualcomm, NVIDIA und MediaTek produzieren und verkaufen hauptsächlich mobile SoCs für Hardwareunternehmen zur Verwendung in von ihnen hergestellten Geräten. Broadcom stellt SoCs her, die in Routern und Netzwerkgeräten verwendet werden, und Samsung und Huawei stellen nicht nur SoCs her, sondern sind die beiden größten Unternehmen der Welt, die sie verwenden.
Man kann nicht sagen, welches System auf einem Chip das beste ist. Design und Entwicklung von Systems-on-a-Chip schreiten so schnell voran, dass die Option zum Vergleichszeitpunkt bereits obsolet sein wird. Man muss jedoch bedenken, dass der beste SoC möglicherweise nicht der beste für Prozessoren oder die schnellsten drahtlosen Übertragungen ist.
