Što je SoC?

Ako ste ikada pogledali unutar PC tornja, možete vidjeti da postoji mnogo različitih komponenti. Vaše prosječno prijenosno računalo sadrži većinu istih komponenti, ali ih smanjuje, ponovno formatira i izrezuje što je moguće više "uzaludnog" prostora. Pametni telefon može raditi iste stvari kao stolno ili prijenosno računalo, iako doduše ne tako brzo. To čini jer sadrži istu vrstu hardvera. Međutim, u sićušnom kućištu pametnog telefona zaista nema dovoljno prostora da stvari uopće izgledaju poput prijenosnog računala. Kako bi se zaobišla značajna prostorna ograničenja, koristi se potpuno nova paradigma dizajna.

Sustav na čipu

Računalo pokreće CPU, pametni telefon SoC ili sustav na čipu. SoC sadrži CPU, ali sadrži i mnogo više od toga. I to je ono što ga razlikuje i omogućuje sićušnom obliku pametnog telefona da nudi iste značajke kao računalo dok stane u vaš džep i koristi malu bateriju.

Napomena: SoC je skraćenica za System on Chip, međutim, skraćenica System on a Chip ima više gramatičkog smisla. Ako vam pomaže, možete pretpostaviti da je "a" u zagradama i da je pretpostavljeno, ali neizrečeno.

Računalna paradigma je odvajanje dijelova tako da možete neovisno optimizirati svaki od njih i pravilno ih ohladiti, iako se prijenosna računala muče s tim posljednjim dijelom. Mobilna paradigma je grupirati sve zajedno u jedan sveobuhvatni super-čip, puni računalni sustav na jednom čipu.

Što sadrži SoC?

Stvarno ovisi o SoC-u i čemu je namijenjen. Mora sadržavati barem jednu procesorsku jezgru. To može biti CPU jezgra opće namjene ili može biti jezgra mikrokontrolera ili nešto specifičnije poput digitalnog procesora signala. Tipično, SoC će sadržavati više procesorskih jezgri, iako neki jednostavni proizvodi mogu koristiti samo jednu. SoC također mora sadržavati neku vrstu međuveze za povezivanje različitih komponenti na čipu. Povijesno gledano, to je bila zajednička sabirnica, međutim, sadašnji i budući sustavi teže ka robusnijem sustavu nalik mreži koji se naziva NoC ili mreža na čipu.

Savjet: NoC se ne smije brkati s NOC-om ili mrežnim operativnim centrom.

Skoro sve ostalo je izborno, iako mora biti sadržano više da bi to bio SoC. Memorija i memorijski kontroler mogu se integrirati u čip u obliku SRAM predmemorije i DRAM-a, iako se također može koristiti memorija izvan čipa. SoC-ovi namijenjeni pametnim telefonima obično imaju integrirane druge vrste procesorskih jedinica kao što su GPU, NPU i digitalni procesor signala.

zzz

Zašto odabrati SoC?

Tipično, SoC će biti jedan monolitni silikonski čip. Ipak, moderne tehnologije pakiranja počinju omogućavati 3D slaganje silicijskih čipova jednog na drugi. Ovi 3D dizajni se još uvijek nazivaju pojedinačnim čipovima, a isto tako i SoC-ovi. SoC koji koristi različite čiplete razlikuje se kao System In Package ili SIP.

Dizajniranje sustava koji integrira sve u jedan čip izvrsno je za prostorno ograničena okruženja budući da je IP gustoća na siliciju iznimno visoka. Ipak, svemirski izazovi se događaju. Veći čipovi obično imaju niže rezultate jer je vjerojatnije da će defekti u silicijskoj ploči utjecati na bilo koji dati čip. Spakiranje puno procesorske snage zajedno također znači da može biti mnogo proizvodnje topline. U kombinaciji to znači da se moraju napraviti kompromisi kako bi se osigurao stabilan sustav. Ovo također dobro funkcionira u sinergiji sa zahtjevima za napajanjem mnogih uređaja s baterijskim napajanjem koji koriste SoC-ove gdje je energetska učinkovitost ključna.

Za uređaje izravnih krajnjih korisnika mora se pronaći ravnoteža između visoke energetske učinkovitosti i visokih performansi. U tu svrhu većina SoC-ova za pametne telefone koristi niz CPU jezgri od kojih su neke podešene za performanse, a druge za učinkovitost.

Postavljanjem svega na jedan čip, latencija je svedena na minimum i mogu se postići veće propusnosti. Dodatno, snaga potrebna za komunikaciju signala je smanjena jer su "kabeli" kraći. Uz čvrsto integrirani čip, manje je grešaka. Osim toga, troškovi proizvodnje ne uključuju troškove za dodatne korake kombinacije kao što je dizajn čipleta.

Ograničenja SoC-a

Najveće pojedinačno ograničenje SoC-a je gustoća topline/snage. Teško je hladiti uređaje, pogotovo nešto poput pametnog telefona koji se mora oslanjati na pasivno hlađenje. SoC mora biti podešen na svoju očekivanu toplinsku ovojnicu. To je u konačnici faktor koji ograničava performanse pametnih telefona. Kada se proširi na uređaje s aktivnijim hlađenjem, kao što su novije Mac knjige s Appleovim samodizajniranim silikonom, proračun energije može se povećati jer se toplina može učinkovitije raspršiti. Kao takvi, M1 i M2 čipovi nude znatno veću procesorsku snagu od SoC-a pametnog telefona.

Ovo ipak ima ograničenje. Moderni vrhunski CPU-i i GPU-i već su nevjerojatno popularni. Jednostavno ne možete jednostavno integrirati oba u jedan veliki SoC. Toplinska gustoća bi jednostavno bila previsoka i bilo bi ga u biti nemoguće ohladiti. Neki od ovih uređaja, GPU-i više nego CPU-i također dosežu granice trenutne tehnologije što se tiče monolitnih čipova. To se može vidjeti s već započetim pomakom prema dizajnu čipleta.

Čipleti pomažu na mnogo načina, smanjujući neke troškove dizajna i povećavajući prinose, ali nemaju veliki učinak na termičke karakteristike budući da se čipleti i dalje moraju pakirati vrlo blizu jedan drugome i dijeliti istu opremu za raspršivanje topline. Kao takav, postoji samo toliko procesorske snage da se može strpati u SoC prije nego što postane prevelik i nezgrapan, a tada se veće performanse mogu postići razdvajanjem komponenti kao što se vidi u modernim računalima.

Ipak, računala polako integriraju sve više i više značajki u CPU. To donosi prednosti performansi. Taj se proces vjerojatno neće previše produžiti. Masovna pohrana, DRAM i vrhunska grafika vjerojatno neće biti integrirani.

Zaključak

SoC je kratica za sustav na čipu. Ne smije se brkati sa SOC-om što je kratica za Security Operations Center ili Systems and Organization Controls. To je koncept integriranja većine komponenti računalnog uređaja izravno u jedan silikonski čip. Jezgra čipa je CPU, ali većina ostalih komponenti i procesorske snage također su izravno uključeni. Paradigma dizajna SoC-a bila je iznimno uspješna na tržištu pametnih telefona. Također se koristi u ugrađenim uređajima, IoT i industrijskim sustavima gdje nudi više "pametnosti" od tradicionalnih mikrokontrolera. SoC-ovi se također mogu pronaći u tabletima i nekim tankim i laganim prijenosnim računalima.

S obzirom na njihovo tržište, SoC-ovi su obično podešeni za energetsku učinkovitost s dodatnim vršnim performansama na zahtjev. To ipak nije nužno sastavni dio dizajna. Sveukupna izvedba ograničena je toplinskom gustoćom, što implicira da postoje ograničenja u pogledu toga koliko funkcionalnosti treba biti integrirano u SoC, a ne odvojeno.