Τι είναι ένα SoC;

Εάν έχετε κοιτάξει ποτέ μέσα σε έναν πύργο υπολογιστή, μπορείτε να δείτε ότι υπάρχουν πολλά διαφορετικά εξαρτήματα. Ο μέσος φορητός υπολογιστής σας περιέχει τα περισσότερα από τα ίδια εξαρτήματα, αλλά τα συρρικνώνει, τα διαμορφώνει εκ νέου και μειώνει όσο το δυνατόν περισσότερο «σπατάλη» χώρο. Ένα smartphone μπορεί να κάνει τα ίδια πράγματα με έναν επιτραπέζιο ή φορητό υπολογιστή, αν και ομολογουμένως, όχι τόσο γρήγορα. Το κάνει επειδή περιέχει το ίδιο είδος υλικού. Ωστόσο, στο μικροσκοπικό σώμα ενός smartphone, δεν υπάρχει πραγματικά αρκετός χώρος για να μοιάζουν τα πράγματα με φορητό υπολογιστή. Για να ξεπεραστούν οι σημαντικοί περιορισμοί χώρου, χρησιμοποιείται ένα εντελώς νέο πρότυπο σχεδιασμού.

Σύστημα σε τσιπ

Ένας υπολογιστής τροφοδοτείται από μια CPU, ένα smartphone από ένα SoC ή ένα σύστημα σε τσιπ. Το SoC περιέχει μια CPU, αλλά περιέχει επίσης πολύ περισσότερα από αυτό. Και αυτό είναι που το διαφοροποιεί και δίνει τη δυνατότητα στον μικροσκοπικό παράγοντα μορφής smartphone να προσφέρει τις ίδιες δυνατότητες με έναν υπολογιστή, ενώ χωράει στην τσέπη σας και εξαντλείται μια μικρή μπαταρία.

Σημείωση: Το SoC είναι συντομογραφία του System on Chip, ωστόσο, η συστολή System σε ένα Chip έχει πιο γραμματική λογική. Εάν σας βοηθά, μπορείτε να υποθέσετε ότι το "α" είναι μέσα σε παρένθεση και είναι υποθετικό αλλά ανείπωτο.

Το παράδειγμα του υπολογιστή είναι να διαχωρίζετε τα εξαρτήματα, ώστε να μπορείτε να βελτιστοποιήσετε ανεξάρτητα καθένα από αυτά και να τα ψύξετε σωστά, αν και οι φορητοί υπολογιστές τείνουν να δυσκολεύονται με αυτό το τελευταίο μέρος. Το παράδειγμα κινητής τηλεφωνίας είναι να ομαδοποιήσετε τα πάντα σε ένα ολοκληρωμένο υπερ-τσιπ, ένα πλήρες σύστημα υπολογιστή σε ένα μόνο τσιπ.

Τι περιέχει ένα SoC;

Εξαρτάται πραγματικά από το SoC και από τι προορίζεται. Πρέπει να περιέχει τουλάχιστον έναν πυρήνα επεξεργασίας. Αυτό μπορεί να είναι ένας πυρήνας CPU γενικής χρήσης ή ένας πυρήνας μικροελεγκτή ή κάτι πιο συγκεκριμένο όπως ένας επεξεργαστής ψηφιακού σήματος. Συνήθως, ένα SoC θα περιέχει πολλαπλούς πυρήνες επεξεργασίας, αν και ορισμένα απλά προϊόντα μπορεί να χρησιμοποιούν μόνο έναν. Ένα SoC πρέπει επίσης να περιέχει κάποιο είδος διασύνδεσης για τη σύνδεση διαφορετικών στοιχείων στο τσιπ. Ιστορικά, αυτός ήταν ένας κοινός δίαυλος, ωστόσο, τα τρέχοντα και μελλοντικά συστήματα τείνουν προς ένα πιο ισχυρό σύστημα τύπου δικτύου που αναφέρεται ως NoC ή Network on Chip.

Συμβουλή: Ένα NoC δεν πρέπει να συγχέεται με ένα NOC ή ένα Κέντρο Επιχειρήσεων Δικτύου.

Σχεδόν όλα τα άλλα είναι προαιρετικά, αν και πρέπει να περιέχονται περισσότερα για να είναι SoC. Η μνήμη και ο ελεγκτής μνήμης μπορούν να ενσωματωθούν στο τσιπ με τη μορφή κρυφής μνήμης SRAM και DRAM, αν και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί μνήμη εκτός τσιπ. Τα SoC που προορίζονται για smartphone τείνουν να έχουν άλλους τύπους μονάδων επεξεργασίας, όπως GPU, NPU και επεξεργαστή ψηφιακού σήματος ενσωματωμένο.

zzz

Γιατί να επιλέξετε ένα SoC;

Συνήθως, ένα SoC θα είναι ένα μονολιθικό τσιπ πυριτίου. Τούτου λεχθέντος, οι σύγχρονες τεχνολογίες συσκευασίας αρχίζουν να επιτρέπουν την τρισδιάστατη στοίβαξη τσιπ πυριτίου το ένα πάνω στο άλλο. Αυτά τα τρισδιάστατα σχέδια τείνουν να εξακολουθούν να αναφέρονται ως μεμονωμένα τσιπ, όπως και τα SoC. Ένα SoC που χρησιμοποιεί ξεχωριστά chiplet διαφοροποιείται ως System In Package ή SIP.

Ο σχεδιασμός ενός συστήματος που ενσωματώνει τα πάντα σε ένα μόνο τσιπ είναι εξαιρετικός για περιβάλλοντα περιορισμένου χώρου, καθώς η πυκνότητα IP στο πυρίτιο είναι εξαιρετικά υψηλή. Ωστόσο, υπάρχουν προκλήσεις στο διάστημα. Τα μεγαλύτερα τσιπ τείνουν να έχουν χαμηλότερες αποδόσεις καθώς τα ελαττώματα στη γκοφρέτα πυριτίου είναι πιο πιθανό να επηρεάσουν οποιοδήποτε συγκεκριμένο τσιπ. Ο συνδυασμός πολλής επεξεργαστικής ισχύος σημαίνει επίσης ότι μπορεί να υπάρξει μεγάλη παραγωγή θερμότητας. Σε συνδυασμό αυτό σημαίνει ότι πρέπει να γίνουν συμβιβασμοί για να διασφαλιστεί ένα σταθερό σύστημα. Αυτό συνεργάζεται επίσης καλά με τις απαιτήσεις ισχύος των πολλών συσκευών που τροφοδοτούνται από μπαταρίες που χρησιμοποιούν SoC όπου η απόδοση ενέργειας είναι το κλειδί.

Για συσκευές άμεσου τελικού χρήστη, πρέπει να βρεθεί μια ισορροπία μεταξύ υψηλής απόδοσης ισχύος και υψηλής απόδοσης. Για το σκοπό αυτό, τα περισσότερα SoC smartphone χρησιμοποιούν μια σειρά από πυρήνες CPU, μερικοί από τους οποίους είναι ρυθμισμένοι για απόδοση και άλλοι για αποδοτικότητα.

Τοποθετώντας τα πάντα σε ένα μόνο τσιπ, ελαχιστοποιείται η καθυστέρηση και μπορούν να επιτευχθούν μεγαλύτερα εύρη ζώνης. Επιπλέον, η ισχύς που απαιτείται για την επικοινωνία των σημάτων μειώνεται καθώς τα «καλώδια» είναι μικρότερα. Με ένα καλά ενσωματωμένο τσιπ, υπάρχουν λιγότερα λάθη. Επιπλέον, το κόστος κατασκευής δεν περιλαμβάνει το κόστος για επιπλέον βήματα συνδυασμού, όπως σε ένα σχέδιο chiplet.

Περιορισμοί ενός SoC

Ο μοναδικός μεγαλύτερος περιορισμός ενός SoC είναι η πυκνότητα θερμότητας/ισχύς. Είναι δύσκολο να ψύξεις συσκευές, ειδικά κάτι σαν smartphone που πρέπει να βασίζεται στην παθητική ψύξη. Ένα SoC πρέπει να συντονιστεί στο αναμενόμενο θερμικό περίβλημά του. Αυτός είναι τελικά ο περιοριστικός παράγοντας απόδοσης στα smartphone. Όταν επεκταθεί σε συσκευές με πιο ενεργή ψύξη, όπως τα πρόσφατα βιβλία Mac με πυρίτιο που σχεδίασε η Apple, ο προϋπολογισμός ενέργειας μπορεί να αυξηθεί καθώς αυτή η θερμότητα μπορεί να διαχέεται πιο αποτελεσματικά. Ως εκ τούτου, τα τσιπ M1 και M2 προσφέρουν σημαντικά περισσότερη επεξεργαστική ισχύ από ένα SoC smartphone.

Υπάρχει ένα όριο σε αυτό όμως. Οι σύγχρονοι επεξεργαστές και GPU υψηλής τεχνολογίας είναι ήδη απίστευτα ζεστοί. Δεν μπορείτε απλώς να ενσωματώσετε και τα δύο σε ένα μεγάλο μεγάλο SoC. Η θερμική πυκνότητα θα ήταν απλώς πολύ υψηλή και θα ήταν ουσιαστικά αδύνατο να κρυώσει. Ορισμένες από αυτές τις συσκευές, οι GPU περισσότερο από τις CPU, αγγίζουν επίσης τα όρια της τρέχουσας τεχνολογίας όσον αφορά τα μονολιθικά τσιπ. Αυτό μπορεί να φανεί με τη στροφή που έχει ήδη ξεκινήσει προς τα σχέδια chiplet.

Τα τσιπετ βοηθούν με πολλούς τρόπους, μειώνοντας κάποιο κόστος σχεδιασμού και αυξάνοντας τις αποδόσεις, αλλά δεν έχουν τεράστια επίδραση στα θερμικά, καθώς τα τσιπετς πρέπει ακόμα να συσκευάζονται πολύ κοντά το ένα στο άλλο και να μοιράζονται τον ίδιο εξοπλισμό απαγωγής θερμότητας. Ως εκ τούτου, υπάρχει μόνο τόση ισχύς επεξεργασίας που μπορεί να στριμωχτεί σε ένα SoC προτού γίνει πολύ μεγάλο και δυσκίνητο, οπότε μπορεί να επιτευχθεί μεγαλύτερη απόδοση με τον διαχωρισμό των στοιχείων, όπως φαίνεται στους σύγχρονους υπολογιστές.

Τούτου λεχθέντος, οι υπολογιστές ενσωματώνουν σιγά σιγά όλο και περισσότερες δυνατότητες στη CPU. Υπάρχουν πλεονεκτήματα απόδοσης από αυτό. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία είναι απίθανο να επεκταθεί πάρα πολύ. Η μαζική αποθήκευση, η μνήμη DRAM και τα γραφικά υψηλής τεχνολογίας είναι απίθανο να ενσωματωθούν.

συμπέρασμα

Το SoC σημαίνει System on Chip. Δεν πρέπει να συγχέεται με το SOC που σημαίνει Κέντρο Επιχειρήσεων Ασφαλείας ή Έλεγχοι Συστημάτων και Οργανισμών. Είναι η έννοια της ενσωμάτωσης των περισσότερων από τα στοιχεία μιας υπολογιστικής συσκευής απευθείας σε ένα ενιαίο τσιπ πυριτίου. Ο πυρήνας του τσιπ είναι η CPU, αλλά τα περισσότερα άλλα εξαρτήματα και η επεξεργαστική ισχύς περιλαμβάνονται επίσης άμεσα. Το παράδειγμα σχεδιασμού SoC ήταν εξαιρετικά επιτυχημένο στην αγορά των smartphone. Βλέπει επίσης χρήση σε ενσωματωμένες συσκευές, IoT και βιομηχανικά συστήματα όπου προσφέρει περισσότερα «έξυπνα» από τους παραδοσιακούς μικροελεγκτές. Τα SoC μπορούν επίσης να βρεθούν σε tablet και μερικούς λεπτούς και ελαφρούς φορητούς υπολογιστές.

Δεδομένης της αγοράς τους, τα SoC είναι συνήθως ρυθμισμένα για απόδοση ισχύος με προαιρετική μέγιστη απόδοση κατά ζήτηση. Ωστόσο, αυτό δεν είναι απαραίτητα αναπόσπαστο μέρος του σχεδιασμού. Η συνολική απόδοση περιορίζεται από τη θερμική πυκνότητα που σημαίνει ότι υπάρχουν όρια ως προς το πόση λειτουργικότητα πρέπει να ενσωματωθεί σε ένα SoC αντί να χωριστεί.