Чиптегі жүйе - барлық қажетті электрондық компоненттері мен схемалары бар шағын чип. Ағылшын әдебиетінде SoC (системадағы чип) термині қолданылады. Дыбысты анықтау құрылғысындағы жүйе ADC, аудио қабылдағыш, жад, микропроцессор және бір чиптегі пайдаланушы енгізу/шығару логикалық басқаруын қамтуы мүмкін.
Медицинада нано-роботтарға негізделген SoC жүйесі ерте ауруларды кешіктіру үшін бағдарламаланатын антиденелер ретінде әрекет ете алады. Чип негізіндегі бейне құрылғылар соқыр адамдарға суретті қабылдауға мүмкіндік беру арқылы көмектесе алады, ал SoC аудио құрылғылары саңырау адамдарға естуге мүмкіндік береді. Чиптегі жүйе SOI (изолятордағы кремний) сияқты басқа технологиялармен бірге дамып келеді.
Терминдердің анықтамалары
SoC жүйесі әртүрлі компьютер компоненттерінің қажетті электрондық схемаларын бір біріктірілген чипте (IC) біріктіреді. SoC - бұл аналогты қамтуы мүмкін толық субстратты электрондық жүйе.сандық, аралас немесе RF функциялары. Оның құрамдас бөліктеріне әдетте графикалық өңдеу блогы (GPU), көп ядролы болуы мүмкін орталық процессор (CPU) және жүйелік жад (RAM) кіреді.
Чиптегі жүйе аппараттық құралды да, бағдарламалық құралды да қамтитындықтан, ол қуатты аз тұтынады, жақсы өнімділікке ие, аз орын қажет етеді және көп чипті жүйелерге қарағанда сенімдірек. Көптеген жүйелік чиптер бүгінде смартфондар мен планшеттер сияқты мобильді құрылғыларға кіреді.
Chip-on-a-Chip жүйесі көптеген компьютер құрамдастарының қажетті электрондық схемасын бір біріктірілген чипке енгізу стандарттарына сай болу үшін арнайы жасалған. ПХД-ге бірнеше чиптер мен компоненттерді жинайтын жүйенің орнына SoC барлық қажетті схеманы бір құрылғыда жасайды.
SoC қиындықтары жоғары прототиптеу шығындарын, архитектураны және күрделірек жөндеуді қамтиды. IC тиімді емес. Дегенмен, бұл технология дамыған сайын өзгеруі мүмкін.
Микрочиптеу параметрлері
Chip SoC құрылғыларындағы жүйе өте күрделі құрылғылар. Мысалы, Qualcomm Snapdragon 600 жүйесі – чиптегі ескі Samsung Galaxy смартфонында қолданылған SoC.
Адамдар смартфондарын интернетті шарлау, музыка тыңдау, бейне көру, GPS навигациясын пайдалану, фото және бейне түсіру, ойындар ойнау, әлеуметтік желілерге кіру мүмкіндігін алғысы келеді. Барлық осы мүмкіндіктеролар жақсы процессормен ғана емес, сонымен қатар қуатты System on Chip SoC графикалық чипімен, жылдам сымсыз Bluetooth чипсетімен және 4G желілеріне қосылуды қолдаумен қамтамасыз етілген. Мұның бәрі ең аз қуат тұтынумен жұмыс істеуі керек.
Шешім - орнатуға болатын барлық нәрсені кішірейту. Құрылғылар мүмкіндігінше қысылып, кішірек бетке ықшам орналастырылуы керек. Мұның салдары - жоғары өңдеу қуаты және аз қуат тұтыну. Дәл осы SoC ұсынады.
Чиптегі жүйе дизайны
Тұжырымдама бойынша функционалды чиптер үшін дизайн стратегиясының үш деңгейі бар. Бірінші деңгей - нүктелер тобының симметриясы. Ол белгілі бір физикалық реакцияның болуын немесе болмауын және кристалдың анизотропиясын белгілейді. Сондықтан оны жаңа функционалды кристалдарды іздеу және қорғау үшін пайдалануға болады.
Нүкте тобының симметриясы қажетті талап, бірақ функционалды кристал үшін жеткілікті шарт емес. SNK жүйесі белгілі бір сипатты көрсету үшін оны жобалау стратегиясының екінші деңгейі - ғарыш тобының құрылымы немесе симметриямен толықтыру керек.
Соңында, жауапты жақсарту немесе оңтайландыру үшін атомдардың, молекулалардың және кристалдық кластерлердің құрылыс блоктарының электрондық немесе магниттік құрылымдарын дәл баптауды қамтитын молекулалық инженерия дизайн стратегиясының үшінші деңгейі бар.
Компоненттермобильді құрылғылар
Чиптегі SoC жүйесінде мақсатына қарай әртүрлі элементтер болуы мүмкін. SoC құрылғыларының басым көпшілігі смартфондарда пайдаланылғандықтан, біз мұндай құрылғылардың ең көп таралған құрамдастарының тізімін ұсынамыз:
- CPU - SoC ішіндегі ядро. Бұл көптеген есептеулер мен шешімдер қабылдауға жауапты бөлік. Ол басқа аппараттық құрамдас бөліктерден және бағдарламалық құралдан кіріс алады және сәйкес шығыс жауаптарын қамтамасыз етеді. CPU болмаса, SoC болмайды. Қазіргі процессорлардың көпшілігінде екі, төрт немесе сегіз ядро бар.
- GPU - графикалық өңдеу модулі үшін қысқартылған. Оны бейне чип деп те атайды. GPU 3D ойындарына, сондай-ақ бір чипті жүйені пайдаланатын кез келген құрылғының интерфейсінде көрінетін ұқыпты визуалды өтулерге жауап береді.
- RAM жады - барлық есептеуіш құрылғылар жұмыс істеуі үшін жад қажет. Қолданбалар мен бағдарламалық жасақтама деректерін іске қосу үшін оларды пайдалану керек. Ол үшін чиптегі жүйеде жедел жады болуы керек.
- ROM - микробағдарлама немесе ол жұмыс істейтін операциялық жүйе сияқты бағдарламалық құралды сақтау үшін кез келген құрылғыда ROM жады болуы керек.
- Модем - радио желілеріне қосыла алмаса, смартфон телефон болмайды. Модемдер желіге немесе ұялы байланысқа жауап береді.
Процессор мен жадқа қоса, басқа SoC құрылғыларында PCIe интерфейстері болуы мүмкін.радио қабылдағыштарды, SATA интерфейстерін немесе USB құрылғыларын қосу.
Чип дизайны
Чиптегі жүйелерде есептеулерді орындау үшін жартылай өткізгіш жады блоктары болуы керек. SoC қолданбасына байланысты жад жады мен кэш иерархиясын құра алады. Бұл мобильді есептеуіштер нарығында жиі кездеседі, бірақ көп қуаттылығы төмен кірістірілген микроконтроллерлерде қажет емес.
SoC құрылғыларына арналған жад технологияларына тек оқуға арналған жад (ROM), жедел жад (RAM), электрлік өшірілетін бағдарламаланатын ROM (EEPROM) және флэш-жад кіреді. Басқа компьютерлік жүйелердегі сияқты, ЖЖҚ салыстырмалы түрде жылдамырақ, бірақ қымбатырақ статикалық жедел жадқа (SRAM) және осы мақалада көрсетілген чиптегі жүйе сияқты баяуырақ, бірақ арзанырақ динамикалық жедел жадқа (DRAM) бөлуге болады.
Сыртқы интерфейстер
SoCs әдетте байланыс протоколдарына арналған сыртқы интерфейстерді қамтиды. Олар көбінесе USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C және т.б. сияқты салалық стандарттарға негізделген. Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN және жақын өріс байланысы сияқты сымсыз желі протоколдарына да қолдау көрсетуге болады.
Қажет болса, SoC сигналдарды өңдеуге арналған аналогтық интерфейстерді қамтиды. Олар сенсорлардың немесе жетектердің әртүрлі түрлерімен, соның ішінде смарт түрлендіргіштермен өзара әрекеттесе алады. Олар сондай-ақ нақты байланыса аладымодуль қолданбалары немесе SoC ішкі болуы мүмкін, мысалы, аналогтық сенсор SoC жүйесіне кіріктірілген болса және оның көрсеткіштері математикалық өңдеу үшін цифрлық сигналдарға түрлендіру қажет болса.
Сандық сигнал процессорлары
Сандық сигнал процессорлары (DSP) жиі чиптегі жүйелерге кіреді. Олар сенсорларға, жетектерге, деректерді жинауға, деректерді талдауға және мультимедиялық өңдеуге арналған операциялық сигналды өңдеуді орындайды. DSP өзектерінде әдетте өте ұзын нұсқау сөзі (VLIW) және бір бағытты нұсқаулар жинағы архитектурасы болады, сондықтан олар параллелизмді пайдалана алады.
4DSP өзектері көбінесе қолданбаға арналған нұсқауларды қамтиды және ASIP қолданбасына арналған нұсқаулық жинағының процессорлары болып табылады. Мұндай нұсқаулар арнайы функционалдық бірліктерге сәйкес келеді.
Типтік DSP нұсқауларына көп жинақтау, жылдам Фурье түрлендіру, біркелкі көбейту және конвульсия кіреді. Басқа компьютерлік жүйелердегі сияқты, SoC құрылғылары сағат сигналдарын жасау, функциялардың орындалуын бақылау және қажет болса сигнал өңдеу қолданбаларына уақыт контекстін қамтамасыз ету үшін сағат көздерін қажет етеді.
Танымал уақыт көздері - кристалдық осцилляторлар және фазалық құлыпталған контурлар. SoC құрылғылары сонымен қатар кернеу реттегіштерін және қуатты басқару схемаларын қамтиды.
SoC және CPU арасындағы айырмашылық
Бір кездері көптеген адамдар процессор монитордан толығымен оқшауланған деп ойлаған. Қазір көбісі процессордың кішкене ғана бөлігі екенін түсінеді,және компьютер көптеген бөліктерден тұрады.
Чиптегі жүйе – компьютердегі және басқа электрондық жүйелердегі барлық қажетті құрамдастарды біріктіретін электрондық схема. Оларға GPU, CPU, жад, қуатты басқару схемасы, USB контроллері, сымсыз радиолар және т.б. кіреді. Бұл компоненттер аналық платада дәнекерленген, бұл әдеттегі компьютерлерден ерекшеленеді, олардың бөліктерін кез келген уақытта ауыстыруға болады.
Сіз чиптегі жүйені (SoC) Despicable Me ұсынған Vector толыққанды компьютерде «сәулелік қысуды» пайдаланған кезде пайда болатын нәрсе деп айтуға болады. Миниатюризацияның күші бар Чиптегі жүйе бір кремний чипіне сыйғызу үшін қысылған функционалды компьютер болып табылады.
Чипстер қолданылатын жерде
SoC әдетте кішкентай және электронды құрылғының ішінде көп орын алмайды, бұл оны кішірек құрылғылар үшін өте қолайлы етеді. Ол көптеген әртүрлі бөлшектерді бір чипте біріктіреді, яғни оның өндірушісі уақытты, ақшаны және ресурстарды айтарлықтай физикалық бөлшектерді орналастыруға және ұзын тізбектерді құруға жұмсамайды, бұл өз кезегінде өндіріс пен шығындардың төмендеуін білдіреді. Чиптегі жүйелер жұмыс үстелі компьютері немесе ноутбук сияқты жеке құрамдас бөліктері бар жүйелерге қарағанда әлдеқайда тиімді. SoC батареямен ұзағырақ жұмыс істей алады.
Электроникаға арналған дәстүрлі тәсілдер жеке жұмыс істейтін жүйелерді құру болдытәуелсіз бөліктер. Мысалы, компьютерлер мен ноутбуктер. Дегенмен, айналадағы барлық нәрсені үнемі миниатюризациялау олардың чиптегі кішірек, энергияны үнемдейтін жүйелерге көбірек сенім артатынын білдіреді. Смартфондар, планшеттер және тіпті IoT (заттардың интернеті) құрылғылары чиптердегі жүйелер барлық электроника болашағының маңызды бөлігі екенін дәлелдеп отыр.
Intel Pentium N3710 құрылғысы
Pentium N3710 - Intel әзірлеген және 2015 жылдың басында № 3710 бөлігі ретінде енгізілген 64 биттік төрт ядролы жүйе. Airmont микроархитектурасына негізделген. Бұл чип 2,57 ГГц-ке дейінгі режимде 1,6 ГГц жиілікте жұмыс істейді. SoC құрамына 16 орындау бірлігі бар және 400 МГц жиілікте жұмыс істейтін HD Graphics 405 GPU кіреді
N3710 чиптегі жүйе архитектурасы туралы мәліметтер:
- Дизайншы - Intel.
- Өндіруші - Intel.
- Модель нөмірі - N3710.
- Бөлім нөмірі - FH8066501715927
- Қолдану аймағы - мобильді.
- Шығарылым - 2015 жылғы наурыз
- Pentium N3000 сериясы.
- Жиілік - 1600 МГц.
- Жылдамдық - 2567 МГц (1 ядро).
- Шина түрі - IDI CPUID 406C4.
- Микроархитектура – Airmont.
- Негізгі аты-Брасвелл.
- Технология - CMOS.
- Сөз өлшемі - 64-бит.
- Максималды процессорлар - бірпроцессор.
- Ең көп жад – 8 Г.
- PP температурасы 0 C - 90 C.
- БіріктірілгенGPU графикалық ақпараты - HD Graphics 405.
- Максималды жиілік 700 МГц.
Чиптік жүйелердің артықшылықтары
Дизайнда SOC пайдаланудың негізгі мақсаты құрылғының артықшылықтарын құрайтын қадамдарды қамтиды:
- SOC өлшемі кішкентай, бірақ көптеген мүмкіндіктерді қамтиды.
- Икемділік. Чип өлшемі, қуат және пішін факторы тұрғысынан бұл жүйелерді басқа құрылғылар жеңу өте қиын.
- Шығын тиімділігі, әсіресе бейне коды сияқты арнайы SoC қолданбалары үшін.
- Чиптегі жүйе сансыз. Сыйымдылығы жоғары өнімдер үшін олар ресурстарды қорғауды және инженерлік шығындарды жеңілдетеді.
Алайда мұндай тамаша құрылғының кемшіліктері бар:
- Үлкен уақытты инвестициялау. SoC жобалау процесі 6 айдан 12 айға дейін созылуы мүмкін.
- Ресурстар шектеулі.
- Төмен көлемді өнім әзірленетін болса, жоғары сапалы жабдық қажет болады. Үшінші тарап аппараттық құралдарын пайдалану, қолданбалы бағдарламалық құралға уақыт пен ресурстарды жұмсау жақсырақ болуы мүмкін.
Чиптегі жүйелердің үлкен кемшілігі бар, олар мүлде бейімделе алмайды. Басқаша айтқанда, оларды жаңарту мүмкін емес. Чиптегі жүйе әдетте жасалғандай өледі. Бүкіл қызмет ету мерзімі ішінде онда ештеңе өзгермейді. Құралдың ішінен бірдеңе сынса, тек сол бөлікті жөндеу немесе өзгерту мүмкін емес. Толық SoC ауыстыру керек.
Ең ірі өндірушілермобильді чиптер
Біз ірі өндірушілердің чипіндегі жүйелерге қысқаша шолуды ұсынамыз: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA және Broadcom. Qualcomm, NVIDIA және MediaTek негізінен аппараттық компанияларға өздері өндіретін құрылғыларда пайдалану үшін мобильді SoC-терді шығарады және сатады. Broadcom маршрутизаторлар мен желілік құрылғыларда қолданылатын SoC құрылғыларын жасайды, ал Samsung пен Huawei тек SoC жасап қана қоймайды, сонымен қатар оларды пайдалану бойынша әлемдегі ең ірі екі компания болып табылады.
Чиптегі қай жүйе ең жақсы екенін айта алмайсыз. Чиптегі жүйелердің дизайны мен дамуы соншалық, салыстыру кезінде опция ескірген болады. Дегенмен, ең жақсы SoC процессорлар немесе ең жылдам сымсыз тасымалдаулар үшін ең жақсысы болмауы мүмкін екенін есте ұстаған жөн.
