Kas yra SoC?

Jei kada nors pažvelgėte į kompiuterio bokštą, galite pamatyti, kad jame yra daug skirtingų komponentų. Jūsų vidutiniame nešiojamajame kompiuteryje yra daug tų pačių komponentų, tačiau jie sumažinami, suformatuojami iš naujo ir atimama kuo daugiau „iššvaistomos“ vietos. Išmanusis telefonas gali atlikti tuos pačius veiksmus kaip stalinis ar nešiojamasis kompiuteris, nors, tiesa, ne taip greitai. Tai daroma, nes jame yra tos pačios rūšies aparatinė įranga. Tačiau mažame išmaniojo telefono korpuse tikrai nėra pakankamai vietos, kad daiktai atrodytų kaip nešiojamasis kompiuteris. Norint išvengti didelių erdvės apribojimų, naudojama visiškai nauja dizaino paradigma.

Sistema ant lusto

Kompiuterį maitina CPU, išmanųjį telefoną – SoC arba System on Chip. SoC yra centrinis procesorius, tačiau jame taip pat yra daug daugiau. Tuo jis skiriasi ir leidžia mažam išmaniajam telefonui pasiūlyti tas pačias funkcijas, kaip ir kompiuteriui, nes jis telpa į kišenę ir iškrauna nedidelę bateriją.

Pastaba: „SoC“ yra „System on Chip“ trumpinys, tačiau susitraukimas „System on a Chip“ yra gramatiškesnis. Jei tai padeda, galite daryti prielaidą, kad „a“ yra skliausteliuose, o manoma, bet nepasakyta.

Kompiuterio paradigma yra atskirti dalis, kad galėtumėte savarankiškai optimizuoti kiekvieną iš jų ir tinkamai jas atvėsinti, nors nešiojamieji kompiuteriai dažniausiai susiduria su ta paskutine dalimi. Mobilioji paradigma yra sugrupuoti viską į vieną visa apimantį superlustą ir visą kompiuterinę sistemą viename luste.

Kas yra SoC?

Tai tikrai priklauso nuo SoC ir kam jis skirtas. Jame turi būti bent viena apdorojimo šerdis. Tai gali būti bendros paskirties procesoriaus šerdis arba mikrovaldiklio šerdis arba kažkas konkretesnio, pavyzdžiui, skaitmeninio signalo procesorius. Paprastai SoC yra kelios apdorojimo branduolys, nors kai kuriuose paprastuose produktuose gali būti naudojama tik viena. SoC taip pat turi būti tam tikra jungtis, skirta sujungti skirtingus lusto komponentus. Istoriškai tai buvo bendra magistralė, tačiau dabartinės ir būsimos sistemos linkusios kurti tvirtesnę į tinklą panašią sistemą, vadinamą NoC arba Network on Chip.

Patarimas: NoC negalima painioti su NOC arba tinklo operacijų centru.

Beveik visa kita yra neprivaloma, tačiau, kad tai būtų SoC, reikia turėti daugiau. Atmintis ir atminties valdiklis gali būti integruoti į lustą SRAM talpyklos ir DRAM pavidalu, nors galima naudoti ir ne lusto atmintį. Išmaniesiems telefonams skirtuose SoC paprastai yra integruoti kitų tipų apdorojimo įrenginiai, tokie kaip GPU, NPU ir skaitmeninis signalo procesorius.

zzz

Kodėl verta rinktis SoC?

Paprastai SoC bus vienas monolitinis silicio lustas. Be to, šiuolaikinės pakavimo technologijos leidžia 3D dėti silicio lustus vienas ant kito. Šie 3D dizainai, kaip ir SoC, vis dar vadinami atskirais lustais. SoC, kuriame naudojami atskiri lustai, yra diferencijuojamas kaip System In Package arba SIP.

Sukurti sistemą, kuri viską sujungia į vieną lustą, puikiai tinka ribotoje erdvėje, nes silicio IP tankis yra labai didelis. Nepaisant to, kosmoso iššūkių pasitaiko. Didesnių lustų derlingumas paprastai būna mažesnis, nes silicio plokštelės defektai labiau paveiks bet kurį lustą. Didelės apdorojimo galios sujungimas taip pat reiškia, kad gali būti pagaminama daug šilumos. Kartu tai reiškia, kad norint užtikrinti stabilią sistemą, reikia daryti kompromisus. Tai taip pat gerai suderinama su daugelio baterijomis maitinamų įrenginių, naudojančių SoC, kai energijos vartojimo efektyvumas yra pagrindinis energijos poreikis.

Tiesioginio galutinio vartotojo prietaisams reikia rasti balansą tarp didelio energijos vartojimo efektyvumo ir didelio našumo. Šiuo tikslu dauguma išmaniųjų telefonų SoC naudoja daugybę procesoriaus branduolių, iš kurių kai kurie yra suderinti našumui, o kiti – efektyvumui.

Viską sutalpinus į vieną lustą, delsa sumažinama iki minimumo ir galima pasiekti didesnį pralaidumą. Be to, galia, reikalinga signalams perduoti, sumažėja, nes „kabeliai“ yra trumpesni. Su tvirtai integruotu lustu mažiau klysti. Be to, gamybos sąnaudos neapima papildomų derinimo veiksmų, pvz., mikroschemų dizaino, sąnaudų.

SoC apribojimai

Didžiausias SoC apribojimas yra šilumos / galios tankis. Sunku vėsinti įrenginius, ypač tokius, kaip išmanusis telefonas, kuris turi pasikliauti pasyviu vėsinimu. SoC turi būti sureguliuotas pagal numatomą šiluminį apvalkalą. Tai galiausiai yra išmaniųjų telefonų našumą ribojantis veiksnys. Išplėtus į įrenginius su aktyvesniu aušinimą, pvz., naujausias Mac knygas su Apple pačių sukurtu siliciu, energijos biudžetą galima padidinti, nes šiluma gali būti išsklaidyta efektyviau. Taigi M1 ir M2 lustai siūlo daug daugiau apdorojimo galios nei išmaniojo telefono SoC.

Tačiau tam yra riba. Šiuolaikiniai aukščiausios klasės procesoriai ir GPU jau yra neįtikėtinai karšti. Jūs tiesiog negalite integruoti abiejų į vieną puikų didelį SoC. Šiluminis tankis būtų tiesiog per didelis, o vėsinti iš esmės būtų neįmanoma. Kai kurie iš šių įrenginių, GPU daugiau nei CPU, taip pat pasiekia dabartinių technologijų ribas, kiek tai susiję su monolitiniais lustais. Tai matyti, kai jau prasidėjo perėjimas prie lustų dizaino.

Mikroschemos padeda daugeliu atžvilgių, sumažindamos kai kurias projektavimo išlaidas ir padidindamos derlių, tačiau neturi didelio poveikio termikams, nes lustai vis tiek turi būti supakuoti labai arti vienas kito ir turėti tą pačią šilumos išsklaidymo įrangą. Taigi SoC galima sutalpinti tik tiek daug apdorojimo galios, kol ji tampa per didelė ir nepatogi, todėl didesnį našumą galima pasiekti išskaidžius komponentus, kaip matyti šiuolaikiniuose kompiuteriuose.

Be to, kompiuteriai pamažu integruoja vis daugiau funkcijų į centrinį procesorių. Tai turi našumo privalumų. Tačiau mažai tikėtina, kad šis procesas tęsis per toli. Didelė saugykla, DRAM ir aukščiausios klasės grafika greičiausiai nebus integruoti.

Išvada

SoC reiškia System on Chip. Jo nereikia painioti su SOC, kuris reiškia saugos operacijų centrą arba sistemų ir organizacijų valdiklius. Tai daugumos skaičiavimo įrenginio komponentų integravimo tiesiai į vieną silicio lustą koncepcija. Lusto šerdis yra centrinis procesorius, tačiau dauguma kitų komponentų ir apdorojimo galia taip pat yra tiesiogiai įtraukti. SoC dizaino paradigma buvo itin sėkminga išmaniųjų telefonų rinkoje. Jis taip pat naudojamas įterptiniuose įrenginiuose, IoT ir pramoninėse sistemose, kur siūlo daugiau „išmaniųjų“ nei tradiciniai mikrovaldikliai. SoC taip pat galima rasti planšetiniuose kompiuteriuose ir kai kuriuose plonuose ir lengvuose nešiojamuosiuose kompiuteriuose.

Atsižvelgiant į jų rinką, SoC paprastai sureguliuojami taip, kad būtų efektyvus energijos suvartojimas ir pasirenkamas didžiausias našumas pagal poreikį. Tačiau tai nebūtinai yra neatskiriama dizaino dalis. Bendrą našumą riboja šiluminis tankis, o tai reiškia, kad yra ribos, kiek funkcijų reikia integruoti į SoC, o ne išskaidyti.