Kas ir SoC?

Ja esat kādreiz ieskatījies datora tornī, varat redzēt, ka tajā ir daudz dažādu komponentu. Jūsu parastajā klēpjdatorā ir lielākā daļa to pašu komponentu, taču tie tiek samazināti, pārformatēti un tiek iztērēts pēc iespējas vairāk “izšķērdētas” vietas. Viedtālrunis var veikt tādas pašas darbības kā galddators vai klēpjdators, lai gan, protams, ne tik ātri. Tas tiek darīts, jo tajā ir tāda paša veida aparatūra. Tomēr viedtālruņa mazajā korpusā patiešām nav pietiekami daudz vietas, lai lietas izskatītos pēc klēpjdatora. Lai apietu ievērojamos telpas ierobežojumus, tiek izmantota pilnīgi jauna dizaina paradigma.

Sistēma uz mikroshēmas

Datoru darbina centrālais procesors, viedtālruni nodrošina SoC vai sistēma mikroshēmā. SoC satur centrālo procesoru, taču tajā ir arī daudz vairāk. Tas ir tas, kas to atšķir, un ļauj mazajam viedtālruņa formas faktoram piedāvāt tādas pašas funkcijas kā datoram, vienlaikus ievietojot to kabatā un izlādējot mazu akumulatoru.

Piezīme. SoC ir saīsinājums no System on Chip, tomēr saīsinājumam System on a Chip ir lielāka gramatiskā jēga. Ja tas palīdz, varat pieņemt, ka “a” ir iekavās un tiek pieņemts, bet nepateikts.

Datora paradigma ir atdalīt daļas, lai jūs varētu patstāvīgi optimizēt katru no tām un pareizi atdzesēt, lai gan klēpjdatoriem ir tendence cīnīties ar šo pēdējo daļu. Mobilā paradigma ir visu apvienot vienā visaptverošā super-mikroshēmā, pilnu datorsistēmu vienā mikroshēmā.

Ko satur SoC?

Tas tiešām ir atkarīgs no SoC un tā, kam tas ir paredzēts. Tam ir jāietver vismaz viens apstrādes kodols. Tas var būt vispārējas nozīmes CPU kodols vai mikrokontrollera kodols vai kaut kas specifiskāks, piemēram, digitālais signāla procesors. Parasti SoC satur vairākus apstrādes kodolus, lai gan daži vienkārši produkti var izmantot tikai vienu. SoC jābūt arī sava veida starpsavienojumam, lai savienotu dažādus mikroshēmas komponentus. Vēsturiski tā ir bijusi kopīga kopne, tomēr pašreizējās un nākotnes sistēmas virzās uz spēcīgāku tīklam līdzīgu sistēmu, ko dēvē par NoC vai Network on Chip.

Padoms. NoC nedrīkst jaukt ar NOC vai tīkla operāciju centru.

Gandrīz viss pārējais nav obligāts, lai gan, lai tas būtu SoC, ir jāiekļauj vairāk. Atmiņu un atmiņas kontrolieri var integrēt mikroshēmā SRAM kešatmiņas un DRAM veidā, lai gan var izmantot arī atmiņu ārpus mikroshēmas. Viedtālruņiem paredzētajos SoC parasti ir integrēti cita veida apstrādes bloki, piemēram, GPU, NPU un digitālais signālu procesors.

zzz

Kāpēc izvēlēties SoC?

Parasti SoC būs viena monolīta silīcija mikroshēma. Tomēr mūsdienu iepakošanas tehnoloģijas sāk nodrošināt silīcija mikroshēmu 3D sakraušanu vienu virs otras. Šos 3D dizainus joprojām mēdz dēvēt par atsevišķām mikroshēmām, tāpat arī SoC. SoC, kas izmanto atšķirīgas mikroshēmas, tiek diferencēts kā System In Package vai SIP.

Sistēmas projektēšana, kas visu integrē vienā mikroshēmā, ir lieliska vieta ierobežotā vidē, jo silīcija IP blīvums ir ārkārtīgi augsts. Tomēr kosmosa problēmas pastāv. Lielākiem mikroshēmām parasti ir zemāka ražība, jo silīcija plāksnītes defekti, visticamāk, ietekmēs jebkuru mikroshēmu. Lielas apstrādes jaudas apvienošana nozīmē arī lielu siltuma ražošanu. Tas kopā nozīmē, ka ir jāpieņem kompromisi, lai nodrošinātu stabilu sistēmu. Tas arī labi sinerģē ar enerģijas prasībām daudzām ar akumulatoru darbināmām ierīcēm, kurās tiek izmantoti SoC, kur enerģijas efektivitāte ir galvenā.

Tiešajām galalietotāju ierīcēm ir jāatrod līdzsvars starp augstu jaudas efektivitāti un augstu veiktspēju. Šim nolūkam lielākā daļa viedtālruņu SoC izmanto virkni CPU kodolu, no kuriem daži ir pielāgoti veiktspējai, bet citi - efektivitātei.

Novietojot visu vienā mikroshēmā, latentums tiek samazināts līdz minimumam un var sasniegt lielāku joslas platumu. Turklāt signālu saziņai nepieciešamā jauda tiek samazināta, jo “kabeļi” ir īsāki. Ar cieši integrētu mikroshēmu ir mazāk iespēju kļūdīties. Turklāt ražošanas izmaksās nav iekļautas izmaksas par papildu kombinēšanas darbībām, piemēram, mikroshēmu dizainā.

SoC ierobežojumi

Lielākais SoC ierobežojums ir siltuma/jaudas blīvums. Ir grūti atdzesēt ierīces, it īpaši kaut ko līdzīgu viedtālrunim, kam jāpaļaujas uz pasīvo dzesēšanu. SoC ir jānoregulē atbilstoši paredzamajam termiskajam apvalkam. Tas galu galā ir viedtālruņu veiktspēju ierobežojošais faktors. Paplašinot ierīces ar aktīvāku dzesēšanu, piemēram, jaunākajām Mac grāmatām ar Apple pašu izstrādātu silīciju, enerģijas budžetu var palielināt, jo siltums var tikt izkliedēts efektīvāk. Tādējādi M1 un M2 mikroshēmas piedāvā ievērojami lielāku apstrādes jaudu nekā viedtālruņa SoC.

Tomēr tam ir ierobežojums. Mūsdienu augstākās klases CPU un GPU jau ir neticami karsti. Jūs vienkārši nevarat vienkārši integrēt abus vienā lielā SoC. Termiskais blīvums vienkārši būtu pārāk augsts, un būtībā to nebūtu iespējams atdzesēt. Dažas no šīm ierīcēm, GPU vairāk nekā CPU, arī sasniedz pašreizējās tehnoloģijas robežas, ciktāl tas attiecas uz monolītajām mikroshēmām. To var redzēt, kad jau ir sākusies pāreja uz mikroshēmu dizainu.

Mikroshēmas palīdz daudzos veidos, samazinot dažas projektēšanas izmaksas un palielinot ražu, taču tām nav lielas ietekmes uz termiskiem elementiem, jo ​​mikroshēmas joprojām ir jāiepako ļoti tuvu viena otrai, un tām ir viens un tas pats siltuma izkliedes aprīkojums. Tādējādi SoC var ievietot tikai tik daudz apstrādes jaudas, pirms tas kļūst pārāk liels un smagnējs, un šajā brīdī lielāku veiktspēju var sasniegt, sadalot komponentus, kā tas redzams mūsdienu datoros.

Tas nozīmē, ka datori lēnām integrē arvien vairāk funkciju CPU. To darot, ir veiktspējas priekšrocības. Tomēr maz ticams, ka šis process turpināsies pārāk tālu. Maz ticams, ka tiks integrēta lielapjoma atmiņa, DRAM un augstākās klases grafika.

Secinājums

SoC apzīmē System on Chip. To nedrīkst sajaukt ar SOC, kas apzīmē drošības operāciju centru vai sistēmas un organizācijas vadīklas. Tā ir koncepcija par lielāko skaitļošanas ierīces komponentu integrēšanu tieši vienā silīcija mikroshēmā. Mikroshēmas kodols ir centrālais procesors, taču ir tieši iekļauta arī lielākā daļa citu komponentu un apstrādes jaudas. SoC dizaina paradigma viedtālruņu tirgū ir bijusi ārkārtīgi veiksmīga. Tas tiek izmantots arī iegultās ierīcēs, IoT un rūpnieciskajās sistēmās, kur tas piedāvā vairāk "viedo" nekā tradicionālie mikrokontrolleri. SoC var atrast arī planšetdatoros un dažos plānos un vieglos klēpjdatoros.

Ņemot vērā to tirgu, SoC parasti tiek pielāgoti enerģijas efektivitātei ar papildu maksimālo veiktspēju pēc pieprasījuma. Tomēr tas ne vienmēr ir dizaina sastāvdaļa. Vispārējo veiktspēju ierobežo termiskais blīvums, kas nozīmē, ka ir ierobežojumi attiecībā uz to, cik daudz funkcionalitātes ir jāintegrē SoC, nevis jāsadala.