Sirun järjestelmä on pieni siru, jossa on kaikki tarvittavat elektroniset komponentit ja piirit. Englanninkielisessä kirjallisuudessa käytetään termiä SoC (system-on-a-a-chip). Äänentunnistuslaitteen järjestelmä voi sisältää ADC:n, äänivastaanottimen, muistin, mikroprosessorin ja käyttäjän I/O-logiikkaohjaimen yhdellä sirulla.
Lääketieteessä nanorobotteihin perustuva SoC-järjestelmä voi toimia ohjelmoitavina vasta-aineina varhaisten sairauksien viivyttämiseksi. Sirupohjaiset videolaitteet voivat auttaa sokeita antamalla heidän vastaanottaa kuvan, ja SoC-äänilaitteet voivat saada kuurot kuulemaan. Sirulla oleva järjestelmä kehittyy muiden teknologioiden, kuten SOI:n (silicon on insulator) kanssa.
Termien määritelmät
SoC-järjestelmä yhdistää eri tietokoneen komponenttien tarvittavat elektroniset piirit yhdelle integroidulle sirulle (IC). SoC on täydellinen substraattielektroniikkajärjestelmä, joka voi sisältää analogisia,digitaaliset, seka- tai RF-toiminnot. Sen osia ovat tyypillisesti grafiikkayksikkö (GPU), keskusyksikkö (CPU), joka voi olla moniytiminen, ja järjestelmämuisti (RAM).
Koska järjestelmä-siru sisältää sekä laitteiston että ohjelmiston, se kuluttaa vähemmän virtaa, sen suorituskyky on parempi, se vaatii vähemmän tilaa ja on luotettavampi kuin monisiruiset järjestelmät. Useimmat järjestelmäsirut sisältyvät nykyään mobiililaitteisiin, kuten älypuhelimiin ja tabletteihin.
System-on-a-Chip on erityisesti suunniteltu täyttämään standardit, jotka koskevat useiden tietokonekomponenttien vaadittujen elektronisten piirien yhdistämistä yhdelle integroidulle sirulle. Järjestelmän sijaan, joka kokoaa useita siruja ja komponentteja piirilevylle, SoC luo kaikki tarvittavat piirit yhteen laitteeseen.
SoC-haasteita ovat korkeammat prototyyppikustannukset, arkkitehtuuri ja monimutkaisempi virheenkorjaus. IC:t eivät ole kustannustehokkaita. Tämä voi kuitenkin muuttua tekniikan kehittyessä.
Vaadittavat mikrosiruparametrit
System on Chip SoC:t ovat erittäin monimutkaisia laitteita. Esimerkiksi Qualcommin Snapdragon 600 system-on-a-chip on SoC, jota käytettiin vanhassa Samsung Galaxy -älypuhelimessa.
Ihmiset haluavat pystyä käyttämään älypuhelimiaan surffaamaan Internetissä, kuunnella musiikkia, katsoa videoita, käyttää GPS-navigointia, ottaa valokuvia ja videoita, pelata pelejä ja käyttää sosiaalisia verkostoja. Kaikki nämä ominaisuudetNiissä on paitsi hyvä prosessori, myös tehokas System on Chip SoC -grafiikkasiru, nopea langaton Bluetooth-piirisarja ja tuki 4G-verkkoihin yhdistämiselle. Kaiken tämän pitäisi toimia vähimmällä energiankulutuksella.
Ratkaisu on pienentää kaikki asennettava. Laitteet tulee puristaa mahdollisimman kokoon ja sijoittaa tiiviisti pienemmälle pinnalle. Seurauksena on suurempi prosessointiteho ja pienempi virrankulutus. Juuri tämän SoC tarjoaa.
System-on-chip Design
Käsitteellisesti toiminnallisten sirujen suunnittelustrategiassa on kolme tasoa. Ensimmäinen taso on pisteryhmän symmetria. Se sanelee tietyn fyysisen vasteen ja kiteen anisotropian olemassaolon tai puuttumisen. Siksi sitä voidaan käyttää uusien toiminnallisten kiteiden etsimiseen ja suojaamiseen.
Pisteryhmän symmetria on välttämätön vaatimus, mutta ei riittävä ehto toimivalle kiteelle. Jotta SNK-järjestelmä sirulla voisi esitellä tiettyä ominaisuutta, sitä on täydennettävä suunnittelustrategian toisella tasolla – tilaryhmärakenteella tai symmetrialla.
Lopuksi, vasteen tehostamiseksi tai optimoimiseksi on olemassa molekyylitekniikan suunnittelustrategian kolmas taso, joka sisältää atomien, molekyylien ja kideklustereiden rakennuspalikoiden elektronisten tai magneettisten rakenteiden hienosäädön.
Komponentitmobiililaitteet
Sirulla olevassa SoC-järjestelmässä voi olla useita elementtejä sen tarkoituksesta riippuen. Koska v altaosaa SoC:ista käytetään älypuhelimissa, tarjoamme luettelon tällaisten laitteiden yleisimmistä komponenteista:
- CPU on SoC:n ydin. Tämä on se osa, joka on vastuussa useimpien laskelmien ja päätösten tekemisestä. Se vastaanottaa syötteitä muista laitteistokomponenteista ja ohjelmistoista ja tarjoaa asianmukaiset lähtövasteet. Ilman CPU:ta ei olisi SoC:ta. Useimmissa prosessoreissa on nykyään kaksi, neljä tai kahdeksan ydintä.
- GPU - lyhennetty grafiikankäsittelymoduulia varten. Sitä kutsutaan myös videosiruksi. Grafiikkasuoritin vastaa 3D-pelaamisesta sekä siisteistä visuaalisista siirtymyksistä, jotka näkyvät minkä tahansa yksisiruista järjestelmää käyttävän laitteen käyttöliittymässä.
- RAM-muisti - kaikki tietokonelaitteet tarvitsevat muistia toimiakseen. Jotta voit käyttää sovelluksia ja ohjelmistotietoja, sinun on käytettävä niitä. Tätä varten sirulla olevassa järjestelmässä on oltava RAM-muistia.
- ROM - Kaikissa laitteissa on oltava ROM-muisti ohjelmistojen, kuten laiteohjelmiston tai käyttöjärjestelmän, jossa se toimii.
- Modeemi - älypuhelin ei ole puhelin, jos se ei voi muodostaa yhteyttä radioverkkoihin. Modeemit huolehtivat verkko- tai matkapuhelinyhteydestä.
CPU:n ja muistin lisäksi muut SoC:t voivat sisältää PCIe-liitäntöjä, jotka on suunnitelturadiolähetin-vastaanottimien, SATA-liitäntöjen tai USB-laitteiden liittäminen.
Sirun suunnittelu
Sirun järjestelmissä on oltava puolijohdemuistilohkoja laskutoimitusten suorittamiseksi. SoC:n sovelluksesta riippuen muisti voi muodostaa hierarkian muistista ja välimuistista. Tämä on yleistä mobiililaitteiden markkinoilla, mutta sitä ei vaadita monissa pienitehoisissa sulautetuissa mikro-ohjaimissa.
SoC-muistitekniikoita ovat vain lukumuisti (ROM), suorasaantimuisti (RAM), sähköisesti pyyhittävä ohjelmoitava ROM (EEPROM) ja flash-muisti. Kuten muissakin tietokonejärjestelmissä, RAM voidaan jakaa suhteellisen nopeampaan mutta kalliimpaan staattiseen RAM-muistiin (SRAM) ja hitaampaan mutta halvempaan dynaamiseen RAM-muistiin (DRAM), kuten tässä artikkelissa kuvattu järjestelmä-siru.
Ulkoiset liitännät
SoC:t sisältävät ulkoisia liitäntöjä, tyypillisesti viestintäprotokollia varten. Ne perustuvat usein alan standardeihin, kuten USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C ja monet muut. Langattomat verkkoprotokollat, kuten Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN ja lähikenttäviestintä, voidaan myös tukea.
Tarvittaessa SoC:t sisältävät analogiset liitännät signaalinkäsittelyä varten. Ne voivat olla vuorovaikutuksessa erityyppisten antureiden tai toimilaitteiden kanssa, mukaan lukien älykkäät muuntimet. He voivat myös ottaa yhteyttä tiettyihinmoduulisovelluksia tai olla SoC:n sisäinen, jos esimerkiksi analoginen anturi on sisäänrakennettu SoC:hen ja sen lukemat on muutettava digitaalisiksi signaaleiksi matemaattista käsittelyä varten.
Digitaaliset signaaliprosessorit
Digital signaaliprosessorit (DSP:t) sisältyvät usein järjestelmiin sirulla. He suorittavat toimintasignaalien käsittelyä antureille, toimilaitteille, tiedonkeruun, data-analyysin ja multimediakäsittelyn. DSP-ytimillä on tyypillisesti erittäin pitkä käskysana (VLIW) ja yksisuuntainen käskysarjaarkkitehtuuri, joten ne pystyvät hyödyntämään rinnakkaisuutta.
4DSP-ytimet sisältävät useimmiten sovelluskohtaisia ohjeita ja ovat ASIP-sovelluskohtaisen manuaalisen sarjan prosessoreja. Tällaiset ohjeet vastaavat erityisiä toiminnallisia yksiköitä.
Tyypillisiin DSP-käskyihin kuuluu monikeräys, nopea Fourier-muunnos, tasainen kertolasku ja konvoluutio. Kuten muutkin tietokonejärjestelmät, SoC:t vaativat kellolähteitä kellosignaalien luomiseen, toimintojen suorittamisen ohjaamiseen ja tarvittaessa ajoituskontekstin tarjoamiseen signaalinkäsittelysovelluksille.
Suosittuja aikalähteitä ovat kideoskillaattorit ja vaihelukitut silmukat. SoC:t sisältävät myös jännitesäätimet ja virranhallintapiirit.
SoC:n ja CPU:n välinen ero
Aiemmin monet ihmiset luulivat, että suoritin oli täysin eristetty näytöstä. Nyt monet ymmärtävät, että CPU on vain pieni osa,ja tietokone koostuu monista osista.
Järjestelmä sirulla on elektroninen piirilevy, joka integroi kaikki tarvittavat komponentit tietokoneeseen ja muihin elektronisiin järjestelmiin. Näitä ovat GPU, CPU, muisti, virranhallintapiirit, USB-ohjain, langattomat radiot ja paljon muuta. Nämä komponentit juotetaan emolevylle, joka eroaa perinteisistä tietokoneista, joiden osia voidaan vaihtaa milloin tahansa.
Voisi sanoa, että järjestelmä sirulla (SoC) tapahtuu, kun Despicable Me:n Vector käyttää "säteen pakkausta" täysimittaisessa tietokoneessa. Pienoismallin avulla System on a Chip on toimiva tietokone, joka on pakattu mahtumaan yhdelle piisirun päälle.
Missä siruja käytetään
SoC on tyypillisesti pieni eikä vie paljon tilaa elektroniikkalaitteesta, joten se on ihanteellinen pienille laitteille. Se yhdistää useita eri osia yhdelle sirulle, mikä tarkoittaa, että sen valmistajan ei tarvitse käyttää aikaa, rahaa ja resursseja merkittävien fyysisten osien asettamiseksi ja pitkien piirien rakentamiseen, mikä puolestaan merkitsee pienempiä tuotantoa ja kustannuksia. Sirulla olevat järjestelmät ovat paljon tehokkaampia kuin ne, joissa on erilliset komponentit, kuten pöytätietokone tai kannettava tietokone. SoC voi toimia paristoilla pidempään.
Perinteiset lähestymistavat elektroniikkaan ovat olleet yksittäisten järjestelmien luomistaitsenäisiä osia. Esimerkkejä ovat tietokoneet ja kannettavat tietokoneet. Kuitenkin kaiken ympärillä olevan kaiken jatkuva pienentäminen tarkoittaa, että he luottavat yhä enemmän pienempiin, energiatehokkaampiin sirujärjestelmiin. Älypuhelimet, tabletit ja jopa IoT (Internet of Things) -laitteet osoittavat, että sirujärjestelmät ovat tärkeä osa kaiken elektroniikan tulevaisuutta.
Intel Pentium N3710 -laite
Pentium N3710 on 64-bittinen neliytiminen sirulla toimiva Intelin suunnittelema järjestelmä, joka esiteltiin vuoden 2015 alussa osanumerolla 3710. Perustuu Airmontin mikroarkkitehtuuriin. Tämä siru toimii 1,6 GHz:n taajuudella 2,57 GHz asti. SoC sisältää HD Graphics 405 GPU:n, jossa on 16 suoritusyksikköä ja joka toimii 400 MHz:llä
N3710-järjestelmä-siru-arkkitehtuurin tiedot:
- Suunnittelija - Intel.
- Valmistaja - Intel.
- Mallinumero - N3710.
- Osanumero - FH8066501715927
- Scope – mobiili.
- numero – maaliskuu 2015
- Pentium N3000 -sarja.
- Taajuus - 1600 MHz.
- Nopeus - 2567 MHz (1 ydin).
- Väylätyyppi - IDI CPUID 406C4.
- Mikroarkkitehtuuri – Airmont.
- Päänimi on Braswell.
- Teknologia - CMOS.
- Sanan koko - 64-bittinen.
- Maksimiprosessorit - yksiprosessori.
- Muistin enimmäismäärä on 8 G.
- PP lämpötila 0 C - 90 C.
- IntegroituGPU-grafiikkatiedot - HD Graphics 405.
- Maksimitaajuus on 700 MHz.
Sirujärjestelmien edut
SOC:n käytön päätarkoitus suunnittelussa sisältää vaiheet, jotka muodostavat laitteen edut:
- SOC on kooltaan pieni, mutta sisältää monia ominaisuuksia.
- Joustavuus. Sirun koon, tehon ja muotokertoimen suhteen nämä järjestelmät ovat erittäin vaikeita päihittää muilla laitteilla.
- Kustannustehokkuus, erityisesti tietyissä SoC-sovelluksissa, kuten videokoodissa.
- Järjestelmä-siru on lukematon määrä. Suuren kapasiteetin tuotteissa ne yksinkertaistavat resurssien suojaamista ja suunnittelukustannuksia.
Tällaisella erinomaisella laitteella on kuitenkin haittapuolensa:
- Suuri aikainvestointi. SoC-suunnitteluprosessi voi kestää 6–12 kuukautta.
- Rajalliset resurssit.
- Jos kehitetään vähän tuotetta, tarvitaan huippuluokan laitteita. Voi olla parempi käyttää kolmannen osapuolen laitteistoa ja käyttää aikaa ja resursseja sovellusohjelmistoihin.
Sirillä olevilla järjestelmillä on se suuri haitta, että niitä ei voi mukauttaa ollenkaan. Toisin sanoen niitä ei voi päivittää. Sirulla oleva järjestelmä kuolee yleensä samalla tavalla kuin se luotiin. Mikään siinä ei muutu koko käyttöiän aikana. Jos jotain rikkoutuu laitteen sisällä, vain kyseistä osaa ei voida korjata tai vaihtaa. Koko SoC on vaihdettava.
Suurimmat tuottajatmobiilisirut
Tarjoamme lyhyen yleiskatsauksen suurten valmistajien sirujärjestelmiin: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA ja Broadcom. Qualcomm, NVIDIA ja MediaTek valmistavat ja myyvät pääasiassa mobiililaitteita laitteistoyrityksille käytettäväksi valmistamissaan laitteissa. Broadcom valmistaa SoC:ita, joita käytetään reitittimissä ja verkkolaitteissa, ja Samsung ja Huawei eivät ainoastaan valmista SoC:ita, vaan ovat kaksi suurinta yritystä maailmassa niiden käyttäjissä.
Et voi sanoa, mikä sirulla oleva järjestelmä on paras. Sirujen järjestelmien suunnittelu ja kehittäminen etenee niin nopeasti, että vertailuhetkellä vaihtoehto on jo vanhentunut. On kuitenkin muistettava, että paras SoC ei välttämättä ole paras prosessoreille tai nopeimmille langattomille siirroille.
