Desde o uso de amplificadores de tubo de vácuo para enviar sinais de controle e processamento até a integração da CPU em um único IC, o poder computacional e o design percorreram um longo caminho. Esses avanços deram outro salto com o desenvolvimento do System-on-a-chip.
O System-on-a-chip ou SoC combina vários componentes de hardware e o software de controle em um único chip. Isso quase sempre inclui uma ou mais CPUs, unidades de memória, barramentos de comunicação, controladores de gerenciamento de energia, controladores de E/S e até GPU ou APU.
Portanto, elimina a necessidade de módulos de hardware separados conforme necessário pela CPU do desktop para controlar e se comunicar. Mas ainda há muito mais em um SoC que o torna a demanda do mundo digital.
Neste guia, vamos discutir o SoC e como ele varia de nossa CPU de desktop normal.
O que é sistema em um Chip?
O mundo digital viu uma redução significativa no tamanho dos componentes eletrônicos que usamos agora. Desde o uso de computadores de grande porte até aqueles que podem ser segurados em nossas mãos, tecnologias integradas e reduzidas tornaram-se uma benção para nós.
No entanto, a miniaturização foi possível principalmente através do rápido progresso nos processadores usados neles. As CPUs atuais, conhecidas como microprocessadores, consistem no principal poder de processamento, ou o cérebro, através da utilização de um único IC em um pequeno espaço. E estes continuam a ser atualizados ainda mais.
A próxima revolução veio com a produção de um microcontrolador que integrou o microprocessador, a RAM e as interfaces de entrada/saída em um único chip. Esses microcontroladores podem executar aplicativos e programas específicos sem a necessidade de mais módulos de hardware para memória e outros periféricos.
Agora, aprimoramos o jogo ainda mais do que o microcontrolador com o lançamento do Sistema em um chip. É semelhante ao microcontrolador, mas com recursos além do que um microcontrolador possui.
Ele incorpora quase tudo que um microcontrolador possui, como CPU, memória, controladores de E/S e adiciona barramentos avançados, unidade gráfica, controladores sem fio, GPS e muito mais. Ele consiste até mesmo em um sistema operacional que pode conduzir uma infinidade de aplicativos como um computador normal em comparação com um programa específico operado por um microcontrolador.
Fonte: Google (Tensor SoC)
Um dos dispositivos que consiste no SoC é o celular telefone. Todas as tarefas, como tirar fotos, ligar, usar a internet, operar jogos, etc., que você faz no telefone são controladas por um único chip SoC. Além do chip do telefone, os SoCs, do tamanho de um botão de camisa, também são encontrados em dispositivos vestíveis e podem fazer quase tudo que um telefone pode fazer.
Avanços no SoC, como o chip M1 da Apple , agora facilitam seu uso em computadores com funcionalidade total.
Qual a diferença de uma CPU de desktop?
Tanto o SoC quanto a CPU têm a mesma tarefa de realizar a operação de processamento em um sistema de computação. No entanto, o SoC difere da CPU tradicional em termos de incorporação de todos os componentes necessários em uma única base de silício. Embora usemos CPUs para nosso trabalho regular, os SoCs são específicos de plataforma ou área.
Além disso, o SoC nem sempre precisa ter uma CPU e pode usar um microcontrolador ou qualquer outro unidade específica do aplicativo em seu lugar. No entanto, a CPU do desktop é parte integrante do PC tradicional e quase tudo gira em torno dela.
Além disso, existem algumas diferenças entre esses dois chips com base nos seguintes recursos.
Tamanho
Como todos os componentes estão em um único chip, seu tamanho reduz significativamente. Sim, a CPU também é relativamente pequena, mas devido ao seu alto poder de computação, o tamanho é muito maior.
Você pode encontrar o SoC até do tamanho de um botão de camisa, como visto nos vestíveis. Assim, o SoC pode ser valioso para dispositivos de computação mais finos e pequenos e quando você precisa cobrir espaço extra com outras peças complementares.
Capacidade de processamento e latência
A maioria dos SoCs são de domínio-específico, ao contrário da computação geral da CPU de desktop. Isso torna a capacidade de processamento e a eficiência do SoC muito melhores para essa aplicação específica.
Além disso, os SoCs têm barramentos integrados e memória cache que se comunica com todos os componentes. Isso torna o fluxo e recuperação de dados muito mais rápido no SoC, diminuindo a latência em comparação com os barramentos externos incorporados no PC com uma CPU de desktop.
Uso de energia
Os SoCs requerem muito menos energia para realizar seu processamento e funcionalidade específica de domínio. É principalmente devido a circuitos integrados e fiação e conexões mais curtas.
Portanto, uma das razões pelas quais os telefones celulares com SoC duram mais do que um laptop com uma CPU normal é o baixo consumo de energia consumo. E isso também levou a um valor maior de processamento por potência necessária, levando a um chip eficiente.
Mas, dito isso, os SoCs ainda não conseguem superar alguns dos mais recentes CPUs poderosos devido à limitação em sua capacidade de uso de energia.
Flexibilidade
Como o SoC possui componentes integrados, você não pode remover ou substituir a peça individual e usar outra. E também é bastante difícil substituir todo o SoC por um novo. Por exemplo, quando o chip de um smartphone for danificado, você terá que comprar um novo telefone na maioria dos casos.
No entanto, você tem a opção de trocar a CPU do desktop se ela parar de funcionar. Ou você pode até obter um processador mais poderoso para o seu PC quando quiser atualizar seu sistema.
Falando em atualizações, você também pode integrar a CPU com outros componentes de última geração, como GPUs, manualmente , melhorando a eficiência geral do sistema. Mas, no caso de um SoC, a integração é feita automaticamente e você não pode escolher quais componentes gostaria de usar para a atualização.
No entanto, a capacidade usar um SoC sem a necessidade de qualquer hardware adicional e em uma área relativamente menor ainda é flexível para utilização em vários tipos de dispositivos de computação. Em relação à CPU do desktop, ela é bastante inútil sem outros componentes.
Custo
Sendo uma tecnologia completa, o custo do System-on-a-Chip é muito maior do que uma CPU de desktop. Mas, se olharmos para o custo do design por domínio e custo por poder de processamento, é muito mais barato. Além disso, o SoC também pode ser fabricado em massa para um domínio específico, diminuindo seu preço para esse aplicativo específico.
Ainda assim, se você quiser usar um SoC para fins gerais computação, é caro, tornando a CPU de desktop tradicional a escolha certa por seu custo mais baixo.
Embora tenhamos falado sobre as diferenças e, de preferência, a superioridade dos SoCs, definitivamente pode haver curiosidades sobre como eles são projetados e seus tipos. Vamos examiná-los abaixo.
Tipos de sistema em um chip
O sistema em um chip geralmente é classificado em três tipos com base na natureza dos componentes que o compõem.
SoC baseado em microprocessador
Esses System-on-a-chips são projetados em torno de um microprocessador. Primeiro, a CPU é incluída e outras partes, como memória, GPUs, WiFi, etc., são incorporadas ao chip.
Um exemplo de SoC baseado em microprocessador é o chip Snapdragon usado em telefones celulares. Ele consiste em uma CPU Kryo e é expandido com 3G/LTE, WiFi, um módulo de câmera, um controlador USB, GPU e assim por diante. Além disso, o chip M1 da Apple também é um deles.
SoC baseado em microcontrolador
Esses SoCs são construídos usando um microcontrolador como unidade principal de processamento. Todos os outros recursos necessários são adicionados para funcionar com o .
CC2540 SoC, construído pela Texas Instruments, é projetado usando um microcontrolador 8051 e componentes como módulo Bluetooth, bateria e monitor de temperatura, interface USB, etc. são adicionados a ele.
SoC específico para aplicativos
System-on-a-chip específico para aplicativos especializados em um domínio específico em vez de tarefas gerais de computação. Aqui, a unidade de processamento executa apenas uma tarefa específica e o chip incorpora apenas os componentes adicionais necessários em uma área específica.
Por exemplo, os chips usados para conduzir os wearables consiste em componentes específicos e software para executar monitores de fitness, tempo e rede celular em alguns. Da mesma forma, um SoC para processamento de vídeo pode incluir um controlador dedicado à compressão de imagem, reprodução de cores e assim por diante.
Além disso, eletrônicos de defesa, comunicação em automóveis, IoTs, etc., são algumas aplicações específicas de SoC.
Como sua arquitetura é projetada?
Como o System-on-a-Chip é particularmente para computação de área específica, sua arquitetura e componentes variam de um para outro. No entanto, a plataforma básica e a configuração permanecem as mesmas, com foco em quatro funcionalidades principais: Controle, Comunicação, Processamento e Memória.
Como todos os componentes de um SoC atuam como um única unidade, é necessário que haja o hardware principal que controle a operação lógica e os fluxos de sinal em todos eles. Este papel é dado ao microprocessador ou microcontrolador. Ele garante que várias computações continuem em paralelo e que o processo seja tranquilo e sem conflitos.
No entanto, o cache do microprocessador é centralizado para trabalhar apenas com ele e não com outros componentes. Portanto, sua arquitetura é projetada com vários barramentos de sistema, conexões seriais, conexões ponto a ponto, etc., para comunicação dedicada. Esses meios de comunicação são responsáveis pela transferência de sinais de sincronização, transferência de dados ou endereços e sinais de controle.
Para isso, existem ônibus de alta velocidade controlados pelo mestre de ônibus, que são unidos por pontes de ônibus para permitir a transferência de sinal em todos os componentes.
O próximo parâmetro do projeto arquitetônico é o requisito da funcionalidade de processamento. O processamento central é feito pelo microprocessador ou microcontrolador. E outras unidades computacionais são específicas do domínio. Por exemplo, um SoC para monitoramento de saúde consiste em unidades especializadas para processar os sinais recebidos do corpo humano.
Após a integração de todas essas unidades, o SoC requer um sistema de memória distribuída para armazenamento em cache, dados temporários, bem como arquivos permanentes. Para isso, existem vários tipos principais de memória: Registradores ou DRAM para recuperação rápida de memória, ROMs não voláteis para armazenamento permanente de dados somente leitura de programas e NVRAM para armazenamento de dados.
Finalmente, se ele precisa de qualquer hardware adicional de acordo com os requisitos personalizados, então estes são integrados para serem controlados pelo processador principal e comunicados através dos barramentos. E pode fazer uso da unidade de processamento e memória particularmente adequada para isso.
