Шта је СоЦ?

Ако сте икада погледали у унутрашњост рачунарског торња, можете видети да постоји много различитих компоненти. Ваш просечан лаптоп садржи већину истих компоненти, али их смањује, преформатира и изрезује што је више могуће „протраћеног“ простора. Паметни телефон може да ради исте ствари као стони или лаптоп рачунар, мада додуше, не тако брзо. То чини зато што садржи исту врсту хардвера. Међутим, у малом кућишту паметног телефона, заиста нема довољно простора да ствари чак изгледају као лаптоп. Да би се заобишла значајна ограничења простора, користи се потпуно нова парадигма дизајна.

Систем на чипу

Рачунар покреће ЦПУ, паметни телефон СоЦ или систем на чипу. СоЦ садржи ЦПУ, али садржи и много више од тога. И то је оно што га разликује и омогућава малом фактору облика паметног телефона да понуди исте карактеристике као рачунар док стане у ваш џеп и ради са малом батеријом.

Напомена: СоЦ је скраћеница од Систем на чипу, међутим, контракција Систем на чипу има више граматичког смисла. Ако помаже, можете претпоставити да је „а“ у загради и да је претпостављено, али неизречено.

Рачунарска парадигма је да раздвојите делове тако да можете независно да оптимизујете сваки од њих и правилно их охладите, иако лаптоп рачунари имају тенденцију да се боре са тим последњим делом. Мобилна парадигма је да се све заједно групише у један свеобухватни супер-чип, пун рачунарски систем на једном чипу.

Шта садржи СоЦ?

Заиста зависи од СоЦ-а и за шта је намењен. Мора да садржи најмање једно језгро за обраду. Ово може бити језгро ЦПУ-а опште намене, или може бити језгро микроконтролера или нешто специфичније попут процесора дигиталних сигнала. Типично, СоЦ ће садржати више процесорских језгара, иако неки једноставни производи могу користити само једно. СоЦ такође мора да садржи неку врсту интерконекције за повезивање различитих компоненти на чипу. Историјски гледано, ово је била заједничка магистрала, међутим, садашњи и будући системи теже ка робуснијем систему налик мрежи који се назива НоЦ или Мрежа на чипу.

Савет: НоЦ не треба мешати са НОЦ-ом или мрежним оперативним центром.

Готово све остало је опционо, иако мора бити садржано више да би то био СоЦ. Меморија и меморијски контролер се могу интегрисати у чип у облику СРАМ кеша и ДРАМ-а, мада се може користити и меморија ван чипа. СоЦ намењени паметним телефонима обично имају интегрисане друге типове процесорских јединица као што су ГПУ, НПУ и процесор дигиталних сигнала.

ззз

Зашто одабрати СоЦ?

Типично, СоЦ ће бити један монолитни силицијумски чип. Уз то, модерне технологије паковања почињу да омогућавају 3Д слагање силицијумских чипова један на други. Ови 3Д дизајни се и даље називају појединачним чиповима, као и СоЦ-ови. СоЦ који користи различите чипове разликује се као систем у пакету или СИП.

Дизајнирање система који интегрише све у један чип је одлично за окружења са ограниченим простором јер је ИП густина на силицијуму изузетно висока. Ипак, свемирски изазови се јављају. Већи чипови имају мањи принос јер је већа вероватноћа да ће дефекти на силицијумској плочици утицати на било који чип. Спаковање велике процесорске снаге заједно такође значи да може бити много производње топлоте. Комбиновано ово значи да се морају правити компромиси како би се обезбедио стабилан систем. Ово се такође добро уклапа са захтевима за напајањем многих уређаја на батерије који користе СоЦ где је енергетска ефикасност кључна.

За уређаје директног крајњег корисника мора се пронаћи баланс између високе енергетске ефикасности и високих перформанси. У том циљу већина паметних телефона СоЦ-а користи низ ЦПУ језгара од којих су нека подешена за перформансе, а друга за ефикасност.

Постављањем свега на један чип, кашњење је минимизирано и могу се постићи већи пропусни опсег. Поред тога, снага потребна за комуникацију сигнала је смањена јер су „каблови“ краћи. Са чврсто интегрисаним чипом, мање можете погрешити. Поред тога, трошкови производње не укључују трошкове за додатне кораке комбинације као што је дизајн чиплета.

Ограничења СоЦ-а

Једино највеће ограничење СоЦ-а је густина топлоте/снаге. Тешко је хладити уређаје, посебно нешто попут паметног телефона који мора да се ослања на пасивно хлађење. СоЦ мора бити подешен на очекивани термални омотач. Ово је на крају фактор који ограничава перформансе на паметним телефонима. Када се прошири на уређаје са активнијим хлађењем, као што су новије Мац књиге са Аппле-овим самостално дизајнираним силицијумом, буџет енергије се може повећати јер се та топлота може ефикасније распршити. Као такви, М1 и М2 чипови нуде знатно више процесорске снаге од процесора паметног телефона.

Ипак, постоји граница за ово. Модерни врхунски ЦПУ и ГПУ-ови су већ невероватно врући. Једноставно не можете само да интегришете оба у један велики велики СоЦ. Топлотна густина би била превисока и било би у суштини немогуће охладити. Неки од ових уређаја, ГПУ-ови више од ЦПУ-а, такође достижу границе тренутне технологије што се тиче монолитних чипова. Ово се може видети када је помак већ почео ка дизајну чиплета.

Чиплети помажу на много начина, смањујући неке трошкове дизајна и повећавајући приносе, али немају огроман утицај на термику јер чиплети и даље морају да буду упаковани веома близу један другом и да деле исту опрему за расипање топлоте. Као таква, постоји само толико процесорске снаге која се може угурати у СоЦ пре него што постане превелик и незграпан, у ком тренутку се могу постићи веће перформансе раздвајањем компоненти као што се види у савременим рачунарима.

Међутим, рачунари полако интегришу све више и више функција у ЦПУ. То има користи од учинка. Ипак, мало је вероватно да ће се овај процес продужити предалеко. Мало је вероватно да ће масовна меморија, ДРАМ и врхунска графика посебно бити интегрисани.

Закључак

СоЦ је скраћеница од Систем на чипу. Не треба га мешати са СОЦ што је скраћеница за безбедносни оперативни центар или системске и организационе контроле. То је концепт интеграције већине компоненти рачунарског уређаја директно у један силицијумски чип. Језгро чипа је ЦПУ, али већина других компоненти и процесорска снага су такође директно укључени. Парадигма дизајна СоЦ-а била је изузетно успешна на тржишту паметних телефона. Такође види употребу у уграђеним уређајима, ИоТ-у и индустријским системима где нуди више „паметних“ од традиционалних микроконтролера. СоЦ се такође могу наћи у таблетима и неким танким и лаганим лаптоповима.

С обзиром на њихово тржиште, СоЦ-ови су обично подешени за енергетску ефикасност са опционим вршним перформансама на захтев. Међутим, ово није нужно саставни део дизајна. Укупне перформансе су ограничене топлотном густином, што имплицира да постоје ограничења у погледу тога колико функционалности треба интегрисати у СоЦ уместо да се дели.