Hvað er SoC?

Ef þú hefur einhvern tíma litið inn í tölvuturn geturðu séð að það eru fullt af mismunandi íhlutum. Meðalfartölvan þín inniheldur flesta sömu íhlutina en minnkar þá, endurforsníða þá og skera út eins mikið „sóað“ pláss og mögulegt er. Snjallsími getur gert það sama og borðtölva eða fartölva, þó að vísu ekki eins hratt. Það gerir það vegna þess að það inniheldur sams konar vélbúnað. Í pínulitlum líkama snjallsíma er í raun ekki nóg pláss fyrir hluti til að líta út eins og fartölva. Til að komast framhjá verulegum plássþvingunum er alveg nýtt hönnunarkerfi notað.

Kerfi á flís

Tölva er knúin af örgjörva, snjallsíma með SoC eða System on Chip. SoC inniheldur örgjörva, en hann inniheldur líka miklu meira en það. Og það er það sem aðgreinir hann og gerir pínulitlum snjallsímaformstuðli kleift að bjóða upp á sömu eiginleika og tölva á meðan hún passar í vasa og keyrir á lítilli rafhlöðu.

Athugið: SoC er stytting á System on Chip, hins vegar er samdráttur System on a Chip meira málfræðilegt vit. Ef það hjálpar geturðu gert ráð fyrir að „a“ sé innan sviga og er gert ráð fyrir en ósagt.

Tölvuhugmyndin er að aðskilja hlutana svo þú getir sjálfstætt fínstillt hvern þeirra og kælt þá rétt, þó fartölvur hafi tilhneigingu til að glíma við þann síðasta hluta. Farsímaviðmiðið er að flokka allt saman í eina alltumlykjandi ofurflögu, fullt tölvukerfi á einum flís.

Hvað inniheldur SoC?

Það fer mjög eftir SoC og hverju það er ætlað. Það þarf að innihalda að minnsta kosti einn vinnslukjarna. Þetta getur verið almennur CPU kjarni, eða það getur verið örstýringskjarni eða eitthvað sértækara eins og stafrænn merki örgjörvi. Venjulega mun SoC innihalda marga vinnslukjarna, þó að sumar einfaldar vörur gætu aðeins notað einn. SoC verður einnig að innihalda einhverskonar samtengingu til að tengja mismunandi íhluti á flísinni. Sögulega hefur þetta verið sameiginleg strætó, samt sem áður, núverandi og framtíðarkerfi eru að stefna í öflugra netkerfi sem nefnt er NoC eða Network on Chip.

Ábending: A NoC má ekki rugla saman við NOC eða Network Operations Centre.

Nánast allt annað er valfrjálst, þó að meira þurfi að vera til að það sé SoC. Hægt er að samþætta minni og minnisstýringu inn í flísinn í formi SRAM skyndiminni og DRAM, þó er einnig hægt að nota utan flís minni. SoCs sem ætlaðir eru fyrir snjallsíma hafa tilhneigingu til að hafa aðrar gerðir vinnslueininga eins og GPU, NPU og stafrænan merkjagjörva samþættan.

zzz

Af hverju að velja SoC?

Venjulega mun SoC vera ein einlita sílikon flís. Sem sagt, nútíma pökkunartækni er farin að gera 3D stöflun kísilflögum kleift hver ofan á annan. Þessi þrívíddarhönnun hefur tilhneigingu til að vera kölluð einflögur og það eru SoCs líka. SoC sem notar sérstakar kubba er aðgreindur sem System In Package eða SIP.

Að hanna kerfi sem samþættir allt í eina flís er frábært fyrir plássþröngt umhverfi þar sem IP þéttleiki á sílikoni er mjög hár. Engu að síður eiga sér stað áskoranir í geimnum. Stærri flögur hafa tilhneigingu til að hafa lægri uppskeru þar sem gallar í kísilskífunni eru líklegri til að hafa áhrif á hvaða flís sem er. Að pakka miklum vinnsluafli saman þýðir líka að það getur verið mikil hitaframleiðsla. Samanlagt þýðir þetta að gera þarf málamiðlanir til að tryggja stöðugt kerfi. Þetta samverkar líka vel við aflþörf margra rafhlöðuknúinna tækja sem nota SoCs þar sem orkunýting er lykilatriði.

Fyrir bein notendatæki verður að finna jafnvægi á milli mikillar orkunýtni og mikillar afkasta. Í því skyni nota flestir snjallsímar SoCs úrval af örgjörvakjarna sem sumir eru stilltir fyrir frammistöðu og aðrir stilltir fyrir skilvirkni.

Með því að setja allt á einn flís er leynd lágmarkuð og hægt er að ná meiri bandbreidd. Að auki minnkar krafturinn sem þarf til að senda merki þar sem „kaplar“ eru styttri. Með þétt samþættri flís er minna að fara úrskeiðis. Að auki inniheldur framleiðslukostnaður ekki kostnað fyrir auka samsetningarþrep eins og í kubbahönnun.

Takmarkanir á SoC

Stærsta einstaka takmörkunin á SoC er hita-/aflþéttleiki. Það er erfitt að kæla tæki, sérstaklega eitthvað eins og snjallsíma sem þarf að treysta á óvirka kælingu. SoC verður að vera stillt á væntanlegt varmahjúp. Þetta er að lokum takmarkandi þátturinn í snjallsímum. Þegar það er stækkað í tæki með virkari kælingu eins og nýlegar Mac bækur með sjálfhönnuðum sílikoni frá Apple, er hægt að auka orkukostnaðinn þar sem hægt er að dreifa þeim hita á skilvirkari hátt. Sem slíkir bjóða M1 og M2 flögurnar umtalsvert meira vinnsluafl en snjallsíma SoC.

Það eru þó takmörk fyrir þessu. Nútíma hágæða örgjörvar og GPU eru nú þegar ótrúlega heitir. Þú getur einfaldlega ekki bara samþætt bæði í einum frábærum stórum SoC. Hitaþéttleiki væri bara of hár og það væri í rauninni ómögulegt að kæla. Sum þessara tækja, GPU fleiri en örgjörvar, eru líka að ná takmörkum núverandi tækni hvað varðar einlita flís. Þetta má sjá með því að breytingin er þegar hafin í átt að flísahönnun.

Flís hjálpa á margan hátt, draga úr hönnunarkostnaði og auka ávöxtun en hafa ekki mikil áhrif á hitauppstreymi þar sem samt þarf að pakka kubbunum mjög nálægt hver öðrum og deila sama hitaleiðnibúnaði. Sem slíkur er aðeins svo mikill vinnslukraftur sem hægt er að troða inn í SoC áður en hann verður of stór og ómeðhöndlaður, en þá er hægt að ná meiri afköstum með því að skipta íhlutum út eins og sést í nútíma tölvum.

Sem sagt, tölvur eru hægt og rólega að samþætta fleiri og fleiri eiginleika inn í CPU. Það eru frammistöðu kostir við að gera það. Ólíklegt er þó að þetta ferli nái of langt. Sérstaklega er ólíklegt að fjöldageymsla, DRAM og hágæða grafík verði samþætt.

Niðurstaða

SoC stendur fyrir System on Chip. Það má ekki rugla saman við SOC sem stendur fyrir Öryggisaðgerðamiðstöð eða Systems and Organization Controls. Það er hugmyndin um að samþætta flesta íhluti tölvubúnaðar beint í eina kísilflögu. Kjarni flíssins er örgjörvinn en flestir aðrir íhlutir og vinnsluorka eru einnig beint innifalin. SoC hönnunarfyrirmyndin hefur verið afar vel á snjallsímamarkaðinum. Það sér einnig notkun í innbyggðum tækjum, IoT og iðnaðarkerfum þar sem það býður upp á meira „snjall“ en hefðbundnir örstýringar. SoC er einnig að finna í spjaldtölvum og sumum þunnum og léttum fartölvum.

Miðað við markaðinn þeirra eru SoCs venjulega stilltir fyrir orkunýtni með valfrjálsum hámarksafköstum á eftirspurn. Þetta er þó ekki endilega óaðskiljanlegur við hönnunina. Heildarafköst eru takmörkuð af varmaþéttleika sem gefur til kynna að það eru takmörk fyrir því hversu mikla virkni ætti að samþætta í SoC frekar en að vera skipt út.