Από τη χρήση ενισχυτών σωλήνων κενού για την αποστολή σημάτων ελέγχου και επεξεργασίας έως την ενσωμάτωση της CPU σε ένα μόνο IC, η υπολογιστική ισχύς και ο σχεδιασμός έχουν προχωρήσει πολύ. Αυτές οι πρόοδοι έχουν κάνει άλλο ένα άλμα με την ανάπτυξη του System-on-a-chip.
Το σύστημα σε ένα-τσιπ ή το SoC συνδυάζει πολλά στοιχεία υλικού και το λογισμικό ελέγχου σε ένα μόνο τσιπ. Αυτό περιλαμβάνει σχεδόν πάντα μία ή περισσότερες CPU, μονάδες μνήμης, διαύλους επικοινωνίας, ελεγκτές διαχείρισης ενέργειας, ελεγκτές I/O, ακόμα και τη GPU ή την APU.
Επομένως, εξαλείφει την ανάγκη για ξεχωριστές μονάδες υλικού όπως απαιτείται, όπως απαιτείται. από την επιφάνεια εργασίας CPU για έλεγχο και επικοινωνία. Αλλά υπάρχουν ακόμα πολλά περισσότερα σε ένα SoC που το καθιστά τη ζήτηση του ψηφιακού κόσμου.
Σε αυτόν τον οδηγό, θα συζητήσουμε το SoC και πώς διαφέρει από την κανονική μας CPU επιτραπέζιου υπολογιστή.
Τι είναι το σύστημα σε ένα σύστημα. Τσιπ;
Το Ο ψηφιακός κόσμος έχει δει σημαντική μείωση στο μέγεθος των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων που χρησιμοποιούμε τώρα. Από τη χρήση υπολογιστών τεράστιου μεγέθους έως αυτούς που μπορούμε να κρατήσουμε στα χέρια μας, οι ολοκληρωμένες και μειωμένες τεχνολογίες έχουν γίνει όφελος για εμάς.
Ωστόσο, η σμίκρυνση ήταν δυνατή κυρίως μέσω της ταχείας προόδου. σε επεξεργαστές που χρησιμοποιούνται σε αυτά. Οι τρέχουσες CPU, γνωστές ως μικροεπεξεργαστές, αποτελούνται από την κύρια επεξεργαστική ισχύ, ή τον εγκέφαλο, μέσω της χρήσης ενός μόνο IC σε μικρό χώρο. Και αυτά συνεχίζουν να αναβαθμίζονται ακόμη περισσότερο.
Η επόμενη επανάσταση ήρθε με την παραγωγή ενός μικροελεγκτή που ενσωμάτωσε τις διεπαφές μικροεπεξεργαστή, RAM και Input/Output σε ένα μόνο τσιπ. Αυτοί οι μικροελεγκτές θα μπορούσαν να εκτελούν συγκεκριμένες εφαρμογές και προγράμματα χωρίς να χρειάζονταιπερισσότερες μονάδες υλικού για τη μνήμη και άλλα περιφερειακά.
Τώρα, έχουμε βελτιώσει το παιχνίδι ακόμη περισσότερο από τον μικροελεγκτή με την κυκλοφορία του Σύστημα σε τσιπ. Είναι παρόμοιο με τον μικροελεγκτή αλλά με χαρακτηριστικά πέρα από αυτά που διαθέτει ένας μικροελεγκτής.
Ενσωματώνει σχεδόν τα πάντα που έχει ένας μικροελεγκτής, όπως η CPU, η μνήμη, οι ελεγκτές I/O και προσθέτει προηγμένα λεωφορεία, μονάδα γραφικών, ασύρματους ελεγκτές, GPS και πολλά άλλα. αποτελείται ακόμη και από ένα λειτουργικό σύστημα που μπορεί να οδηγήσει πολλές εφαρμογές όπως ένας κανονικός υπολογιστής σε σύγκριση με ένα συγκεκριμένο πρόγραμμα που λειτουργεί από έναν μικροελεγκτή.
Πηγή: Google (Tensor SoC)
Μία από τις συσκευές που αποτελείται από το SoC είναι το κινητό τηλέφωνο. Όλες οι εργασίες, όπως η λήψη φωτογραφιών, οι κλήσεις, η χρήση του διαδικτύου, η λειτουργία παιχνιδιών κ.λπ., που κάνετε στο τηλέφωνο ελέγχονται από ένα μόνο τσιπ SoC. Εκτός από το τσιπ του τηλεφώνου, τα SoC, στο μέγεθος του κουμπιού ενός πουκαμίσου, βρίσκονται επίσης σε φορητές συσκευές και μπορούν να κάνουν σχεδόν ό,τι μπορεί ένα τηλέφωνο.
Εξελίξεις στο SoC, όπως το τσιπ M1 της Apple της Apple. , έχουν πλέον διευκολύνει τη χρήση του σε υπολογιστές με πλήρη λειτουργικότητα.
Πώς διαφέρει από μια επιτραπέζια CPU;
Τόσο το SoC όσο και μια CPU έχουν την ίδια εργασία: διεξαγωγή της λειτουργίας επεξεργασίας σε ένα υπολογιστικό σύστημα. Ωστόσο, το SoC διαφέρει από την παραδοσιακή CPU όσον αφορά την ενσωμάτωσή του όλων των απαιτούμενων στοιχείων σε μια ενιαία βάση πυριτίου. Ενώ χρησιμοποιούμε CPU για την κανονική μας εργασία, τα SoC εξαρτώνται από την πλατφόρμα ή την περιοχή.
Επιπλέον, το SoC δεν χρειάζεται πάντα να έχει CPU και μπορεί να χρησιμοποιήσει έναν μικροελεγκτή ή οποιονδήποτε άλλον ελεγκτή. μονάδα ειδικής εφαρμογής στη θέση της. Ωστόσο, η επιτραπέζια CPU είναι αναπόσπαστο μέρος του παραδοσιακού υπολογιστή και σχεδόν τα πάντα περιστρέφονται γύρω από αυτόν.
Εκτός από αυτό, υπάρχουν μερικές διαφορές μεταξύ αυτών των δύο τσιπ με βάση τα ακόλουθα χαρακτηριστικά.
>
Μέγεθος
Καθώς όλα τα εξαρτήματα βρίσκονται σε ένα μόνο τσιπ, το μέγεθός του μειώνεται σημαντικά. Ναι, η CPU είναι επίσης σχετικά μικρή, αλλά λόγω της υψηλής υπολογιστικής της ισχύος το μέγεθος είναι πολύ μεγαλύτερο.
Μπορείτε να βρείτε το SoC ακόμη και στο μέγεθος ενός κουμπιού πουκάμισου, όπως φαίνεται στα wearables. Έτσι, το SoC μπορεί να είναι πολύτιμο για πιο λεπτές και μικρού μεγέθους υπολογιστικές συσκευές και όταν χρειάζεται να καλύψετε επιπλέον χώρο με άλλα δωρεάν εξαρτήματα.
Χωρητικότητα επεξεργασίας και καθυστέρηση
Τα περισσότερα SoC είναι τομέας τομέα.-συγκεκριμένα, σε αντίθεση με τον γενικό υπολογισμό της CPU της επιφάνειας εργασίας. Αυτό κάνει την ικανότητα επεξεργασίας και την αποτελεσματικότητα του SoC πολύ καλύτερη για τη συγκεκριμένη εφαρμογή.
Επιπλέον, τα SoC διαθέτουν ενσωματωμένους διαύλους και μνήμη cache που επικοινωνεί με όλα τα στοιχεία. Αυτό καθιστά τη ροή και ανάκτηση δεδομένων πολύ πιο γρήγορη στο SoC, μειώνοντας την καθυστέρηση σε σύγκριση με τους εξωτερικούς διαύλους που είναι ενσωματωμένοι στον υπολογιστή με επιτραπέζιο CPU.
Χρήση ενέργειας
Τα SoC απαιτούν πολύ λιγότερη ισχύ για την εκτέλεση της λειτουργικότητας επεξεργασίας και συγκεκριμένων τομέα. Οφείλεται κυρίως σε ενσωματωμένα κυκλώματα και μικρότερες καλωδιώσεις και συνδέσεις.
Έτσι, ένας από τους λόγους που τα κινητά τηλέφωνα με SoC διαρκούν περισσότερο από έναν φορητό υπολογιστή με κανονική CPU είναι η χαμηλότερη ισχύς τους. κατανάλωση. Και αυτό οδήγησε επίσης σε υψηλότερη τιμή επεξεργασίας ανά απαιτούμενη ισχύ, που οδηγεί σε ένα αποτελεσματικό τσιπ.
Όμως, έχοντας πει αυτό, τα SoC εξακολουθούν να μην μπορούν να ξεπεράσουν ορισμένες από τις πιο πρόσφατες ισχυρές CPU λόγω του περιορισμού στο χωρητικότητα χρήσης ενέργειας.
Ευελιξία
Δεδομένου ότι το SoC έχει ενσωματωμένα στοιχεία, δεν μπορείτε να αφαιρέσετε ή να αντικαταστήσετε το μεμονωμένο εξάρτημα και να χρησιμοποιήσετε ένα άλλο. Και είναι επίσης αρκετά δύσκολο να αντικαταστήσετε ολόκληρο το SoC με ένα νέο. Για παράδειγμα, όταν το τσιπ ενός smartphone υποστεί ζημιά, θα πρέπει να αγοράσετε ένα νέο τηλέφωνο στις περισσότερες περιπτώσεις.
Ωστόσο, έχετε την επιλογή να αλλάξετε την CPU της επιφάνειας εργασίας αν σταματήσει να λειτουργεί >. Εναλλακτικά, μπορείτε ακόμη και να αποκτήσετε έναν πιο ισχυρό επεξεργαστή για τον υπολογιστή σας όταν θέλετε να αναβαθμίσετε το σύστημά σας.
Μιλώντας για αναβαθμίσεις, μπορείτε επίσης να ενσωματώσετε τη CPU με άλλα στοιχεία προηγμένης τεχνολογίας, όπως GPU, χειροκίνητα. , βελτιώνοντας τη συνολική απόδοση του συστήματος. Ωστόσο, στην περίπτωση ενός SoC, η ενσωμάτωση γίνεται αυτόματα και δεν μπορείτε να επιλέξετε με το χέρι ποια στοιχεία θα θέλατε να χρησιμοποιήσετε για την αναβάθμιση.
Ωστόσο, η δυνατότητα είναι δυνατή. Η χρήση ενός SoC χωρίς την ανάγκη πρόσθετου υλικού και σε σχετικά μικρότερη περιοχή εξακολουθεί να είναι ευέλικτη για χρήση σε διάφορους τύπους υπολογιστικών συσκευών. Όσον αφορά την επιτραπέζια CPU, είναι αρκετά άχρηστη χωρίς άλλα εξαρτήματα.
Κόστος
Όντας μια τεχνολογία all-in-one, το κόστος του System-on-a-Το τσιπ είναι πολύ υψηλότεροαπό έναν επιτραπέζιο επεξεργαστή. Αλλά, αν εξετάσουμε το κόστος του σχεδιασμού ανά τομέα και το κόστος ανά επεξεργαστική ισχύ, είναι πολύ φθηνότερο. Επιπλέον, το SoC μπορεί επίσης να κατασκευαστεί χύμα για έναν συγκεκριμένο τομέα, μειώνοντας την τιμή του για τη συγκεκριμένη εφαρμογή.
Ακόμα, εάν θέλετε να χρησιμοποιήσετε ένα SoC για γενική χρήση. υπολογιστές, είναι ακριβός, καθιστώντας την παραδοσιακή επιτραπέζια CPU τη σωστή επιλογή για το χαμηλότερο κόστος της.
Ενώ μιλήσαμε για τις διαφορές και κατά προτίμηση την ανωτερότητα των SoC, σίγουρα υπάρχουν περιέργειες για το πώς έχουν σχεδιαστεί και τα είδη τους. Ας τα δούμε παρακάτω.
Τύποι συστήματος σε ένα τσιπ
Το σύστημα σε ένα τσιπ συνήθως κατηγοριοποιείται σε τρεις τύπους με βάση τη φύση των στοιχείων από τα οποία αποτελείται.
Βασισμένο σε μικροεπεξεργαστή SoC
Αυτά τα System-on-a-chips είναι σχεδιασμένα γύρω από έναν μικροεπεξεργαστή. Πρώτον, περιλαμβάνεται η CPU και άλλα μέρη, όπως μνήμη, GPU, WiFi κ.λπ., ενσωματώνονται στο τσιπ.
Ένα παράδειγμα SoC που βασίζεται σε μικροεπεξεργαστή είναι το τσιπ Snapdragon που χρησιμοποιείται σε κινητά τηλέφωνα.. Αποτελείται από CPU Kryo και επεκτείνεται με 3G/LTE, WiFi, μονάδα κάμερας, ελεγκτή USB, GPU κ.λπ. Επιπλέον, το τσιπ M1 της Apple είναι επίσης ένα από αυτά.
SoC που βασίζεται σε μικροελεγκτή
Αυτά τα SoC κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας έναν μικροελεγκτή ως κύρια μονάδα επεξεργασίας. Όλες οι άλλες απαιτούμενες δυνατότητες προστίθενται για να λειτουργήσουν με το .
CC2540 SoC, που κατασκευάστηκε από την Texas Instruments, έχει σχεδιαστεί με χρήση μικροελεγκτή 8051 και εξαρτήματα όπως μονάδα Bluetooth, οθόνη μπαταρίας και θερμοκρασίας, διασύνδεση USB κ.λπ. προστίθενται σε αυτήν.
Έργο ειδικά για εφαρμογή
Σύστημα σε τσιπ για συγκεκριμένη εφαρμογή ειδικεύεται σε έναν συγκεκριμένο τομέα αντί για γενικές εργασίες υπολογιστών. Εδώ, η μονάδα επεξεργασίας εκτελεί μόνο μια συγκεκριμένη εργασία και το τσιπ ενσωματώνει μόνο τα απαιτούμενα πρόσθετα στοιχεία που απαιτούνται σε μια συγκεκριμένη περιοχή.
Για παράδειγμα, τα τσιπ που χρησιμοποιούνται για την οδήγηση των φορητών συσκευών αποτελείται από συγκεκριμένα στοιχεία και λογισμικό για την εκτέλεση οθονών φυσικής κατάστασης, χρόνου και δικτύου κινητής τηλεφωνίας σε ορισμένα. Ομοίως, ένα SoC για την επεξεργασία βίντεο μπορεί να περιλαμβάνει έναν ελεγκτή αφιερωμένο στη συμπίεση εικόνας, την αναπαραγωγή χρωμάτων κ.λπ. του SoC.
Πώς σχεδιάζεται η Αρχιτεκτονική του;
Καθώς το System-on-a-Chip προορίζεται ιδιαίτερα για υπολογιστές σε συγκεκριμένη περιοχή, η αρχιτεκτονική και τα στοιχεία του διαφέρουν από το ένα στο άλλο. Ωστόσο, η βασική πλατφόρμα και η διαμόρφωση παραμένουν οι ίδιες, εστιάζοντας σε τέσσερις κύριες λειτουργίες: Έλεγχος, Επικοινωνία, Επεξεργασία και Μνήμη.
Δεδομένου ότι όλα τα στοιχεία ενός SoC λειτουργούν ως ένα SoC. μεμονωμένη μονάδα, πρέπει να υπάρχει το κύριο υλικό που ελέγχει τη λογική λειτουργία και τις ροές σήματος σε όλες. Αυτός ο ρόλος δίνεται στον μικροεπεξεργαστή ή στον μικροελεγκτή. Διασφαλίζει ότι ένας αριθμός υπολογισμών συνεχίζεται παράλληλα και ότι η διαδικασία είναι ομαλή χωρίς διενέξεις.
Ωστόσο, η κρυφή μνήμη του μικροεπεξεργαστή είναι συγκεντρωμένη για να λειτουργεί μόνο με αυτόν και όχι για άλλα στοιχεία. Έτσι, η αρχιτεκτονική του έχει σχεδιαστεί με αρκετούς διαύλους συστήματος, σειριακές συνδέσεις, συνδέσεις από σημείο σε σημείο κ.λπ., για αποκλειστική επικοινωνία. Αυτά τα μέσα επικοινωνίας είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά σημάτων συγχρονισμού, μεταφορά δεδομένων ή διεύθυνσης και σήματα ελέγχου.
Για τον σκοπό αυτό, υπάρχουν λεωφορεία υψηλής ταχύτητας που ελέγχονται από τον πλοίαρχο του λεωφορείου, τα οποία συνδέονται με γέφυρες λεωφορείων με επιτρέπουν τη μεταφορά σήματος σε κάθε στοιχείο.
Η επόμενη παράμετρος αρχιτεκτονικού σχεδιασμού είναι η απαίτηση της λειτουργικότητας επεξεργασίας. Η κεντρική επεξεργασία γίνεται από τον μικροεπεξεργαστή ή τον μικροελεγκτή. Και άλλες υπολογιστικές μονάδες είναι συγκεκριμένες για τον τομέα. Για παράδειγμα, ένα SoC για την παρακολούθηση της υγείας αποτελείται από εξειδικευμένες μονάδες για την επεξεργασία των σημάτων που λαμβάνονται από το ανθρώπινο σώμα.
Μετά την ενσωμάτωση όλων αυτών των μονάδων, το SoC απαιτεί σύστημα κατανεμημένης μνήμης για αποθήκευση κρυφής μνήμης, προσωρινά δεδομένα, καθώς και μόνιμα αρχεία. Για αυτό, υπάρχουν διάφοροι κύριοι τύποι μνήμης: καταχωρητές ή DRAM για γρήγορη ανάκτηση μνήμης, μη πτητικές ROM για μόνιμη αποθήκευση δεδομένων μόνο για ανάγνωση προγραμμάτων και NVRAM για αποθήκευση δεδομένων.
Τέλος, εάν Χρειάζεται περαιτέρω υλικό σύμφωνα με τις προσαρμοσμένες απαιτήσεις, και στη συνέχεια ενσωματώνονται για να ελέγχονται από τον κύριο επεξεργαστή και να επικοινωνούν μέσω των διαύλων. Και μπορεί να κάνει χρήση της μονάδας επεξεργασίας και της μνήμης ιδιαίτερα κατάλληλα για αυτό.