Sistem pada sebuah chip: perangkat, pengembangan sistem, prinsip operasi, karakteristik, kelebihan dan kekurangan aplikasi

Elektronik

Daftar Isi:

Sistem pada sebuah chip: perangkat, pengembangan sistem, prinsip operasi, karakteristik, kelebihan dan kekurangan aplikasi
Sistem pada sebuah chip: perangkat, pengembangan sistem, prinsip operasi, karakteristik, kelebihan dan kekurangan aplikasi
Anonim

Sistem pada sebuah chip adalah chip kecil dengan semua komponen dan sirkuit elektronik yang diperlukan. Dalam literatur bahasa Inggris, istilah SoC (system-on-a-chip) digunakan. Sistem dalam perangkat pendeteksi suara dapat mencakup ADC, penerima audio, memori, mikroprosesor, dan kontrol logika I/O pengguna pada satu chip.

Dalam dunia kedokteran, sistem SoC berdasarkan robot nano dapat bertindak sebagai antibodi yang dapat diprogram untuk menunda penyakit dini. Perangkat video berbasis chip dapat membantu orang buta dengan memungkinkan mereka menerima gambar, dan perangkat audio SoC dapat membuat orang tuli mendengar. System-on-a-chip berkembang seiring dengan teknologi lain seperti SOI (silikon pada isolator).

Definisi istilah

Desain System-on-Chip

Sistem SoC menggabungkan sirkuit elektronik yang diperlukan dari berbagai komponen komputer pada satu chip terintegrasi (IC). SoC adalah sistem elektronik substrat lengkap yang dapat berisi analog,fungsi digital, campuran atau RF. Komponennya biasanya mencakup unit pemrosesan grafis (GPU), unit pemrosesan pusat (CPU), yang dapat berupa multi-core, dan memori sistem (RAM).

Karena system-on-a-chip mencakup perangkat keras dan perangkat lunak, ia mengkonsumsi lebih sedikit daya, memiliki kinerja yang lebih baik, membutuhkan lebih sedikit ruang, dan lebih andal daripada sistem multi-chip. Sebagian besar chip sistem disertakan dalam perangkat seluler seperti smartphone dan tablet saat ini.

System-on-a-Chip dirancang khusus untuk memenuhi standar untuk menggabungkan sirkuit elektronik yang diperlukan dari banyak komponen komputer ke dalam satu chip terintegrasi. Alih-alih sistem yang merakit beberapa chip dan komponen ke dalam PCB, SoC menciptakan semua sirkuit yang diperlukan dalam satu perangkat.

Tantangan SoC mencakup biaya pembuatan prototipe yang lebih tinggi, arsitektur, dan proses debug yang lebih kompleks. IC tidak hemat biaya. Namun, hal ini dapat berubah seiring kemajuan teknologi.

Parameter microchipping yang diperlukan

Sistem-pada-chip SoC

System on Chip SoCs adalah perangkat yang sangat kompleks. Misalnya, sistem-on-a-chip Qualcomm Snapdragon 600 adalah SoC yang digunakan di smartphone Samsung Galaxy lama.

Orang ingin dapat menggunakan ponsel cerdas mereka untuk menjelajahi Internet, mendengarkan musik, menonton video, menggunakan navigasi GPS, mengambil foto dan video, bermain game, mengakses jejaring sosial. Semua fitur inidisediakan tidak hanya dengan prosesor yang baik, tetapi juga dengan chip grafis System on Chip SoC yang kuat, chipset Bluetooth nirkabel yang cepat, dan dukungan untuk menghubungkan ke jaringan 4G. Semua ini harus bekerja dengan konsumsi energi paling sedikit.

Solusinya adalah dengan memperkecil segala sesuatu yang dapat diinstal. Perangkat harus dikompresi semaksimal mungkin dan ditempatkan secara kompak pada permukaan yang lebih kecil. Konsekuensi dari ini adalah daya pemrosesan yang lebih tinggi dan konsumsi daya yang lebih rendah. Inilah yang ditawarkan SoC.

Desain System-on-Chip

n3710 detail arsitektur sistem-on-chip

Secara konseptual, ada tiga tingkat strategi desain untuk chip fungsional. Tingkat pertama adalah simetri kelompok titik. Ini menentukan ada atau tidak adanya respons fisik tertentu dan anisotropi kristal. Oleh karena itu, dapat digunakan untuk mencari dan melindungi kristal fungsional baru.

Simetri grup titik adalah persyaratan yang diperlukan, tetapi bukan kondisi yang cukup untuk kristal fungsional. Untuk sistem-on-a-chip SNK untuk menunjukkan properti tertentu, itu harus dilengkapi dengan strategi desain tingkat kedua-struktur atau simetri kelompok ruang.

Terakhir, untuk meningkatkan atau mengoptimalkan respons, ada strategi desain rekayasa molekul tingkat ketiga yang melibatkan penyetelan halus struktur elektronik atau magnetik dari blok penyusun atom, molekul, dan kluster kristal.

Komponenperangkat seluler

Komponen Perangkat Seluler

Sistem-on-a-chip SoC dapat memiliki berbagai elemen, tergantung pada tujuannya. Karena sebagian besar SoC digunakan pada ponsel cerdas, kami menawarkan daftar komponen paling umum dari perangkat tersebut:

  1. CPU adalah inti di dalam SoC. Ini adalah bagian yang bertanggung jawab untuk membuat sebagian besar perhitungan dan keputusan. Ia menerima masukan dari komponen perangkat keras dan perangkat lunak lain dan memberikan tanggapan keluaran yang sesuai. Tanpa CPU, tidak akan ada SoC. Kebanyakan prosesor saat ini memiliki dua, empat atau delapan inti di dalamnya.
  2. GPU - disingkat untuk modul pemrosesan grafis. Ini juga disebut chip video. GPU bertanggung jawab atas game 3D serta transisi visual yang rapi yang terlihat di antarmuka perangkat apa pun yang menggunakan sistem chip tunggal.
  3. RAM Memory - semua perangkat komputasi membutuhkan memori untuk bekerja. Untuk dapat menjalankan aplikasi dan data perangkat lunak, Anda harus menggunakannya. Untuk melakukan ini, system-on-a-chip harus memiliki RAM.
  4. ROM - Setiap perangkat harus memiliki memori ROM untuk menyimpan perangkat lunak seperti firmware atau sistem operasi yang dijalankannya.
  5. Modem - smartphone tidak akan menjadi telepon jika tidak dapat terhubung ke jaringan radio. Modem menjaga jaringan atau koneksi seluler.

Selain CPU dan memori, SoC lain mungkin menyertakan antarmuka PCIe yang dirancang untukmenghubungkan transceiver radio, antarmuka SATA, atau perangkat USB.

Desain chip

Sistem pada foto chip

Sistem pada sebuah chip harus memiliki blok memori semikonduktor untuk melakukan perhitungannya. Tergantung pada aplikasi SoC, memori dapat membentuk hierarki memori dan cache. Ini umum di pasar komputasi seluler, tetapi tidak diperlukan di banyak mikrokontroler tertanam berdaya rendah.

Teknologi memori untuk SoC termasuk memori hanya-baca (ROM), memori akses acak (RAM), ROM yang dapat dihapus secara elektrik (EEPROM), dan memori flash. Seperti halnya sistem komputer lain, RAM dapat dibagi menjadi RAM statis (SRAM) yang relatif lebih cepat tetapi lebih mahal dan RAM dinamis (DRAM) yang lebih lambat tetapi lebih murah seperti sistem-on-a-chip yang digambarkan dalam artikel ini.

Antarmuka eksternal

Sistem chip tunggal

SoC menyertakan antarmuka eksternal, biasanya untuk protokol komunikasi. Mereka sering didasarkan pada standar industri seperti USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C, dan banyak lagi. Protokol jaringan nirkabel seperti Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN, dan komunikasi jarak dekat juga dapat didukung.

Jika diperlukan, SoC menyertakan antarmuka analog untuk pemrosesan sinyal. Mereka dapat berinteraksi dengan berbagai jenis sensor atau aktuator, termasuk konverter pintar. Mereka juga dapat menghubungi spesifikaplikasi modul atau internal ke SoC, misalnya, jika sensor analog dibangun ke dalam SoC dan pembacaannya harus diubah menjadi sinyal digital untuk pemrosesan matematis.

Prosesor Sinyal Digital

Pemroses sinyal digital (DSP) sering disertakan dalam sistem pada sebuah chip. Mereka melakukan pemrosesan sinyal operasi untuk sensor, aktuator, akuisisi data, analisis data, dan pemrosesan multimedia. Inti DSP biasanya memiliki kata instruksi yang sangat panjang (VLIW) dan arsitektur set instruksi searah, sehingga mereka dapat memanfaatkan paralelisme.

4 Inti DSP paling sering berisi instruksi khusus aplikasi dan merupakan prosesor dari kumpulan manual khusus aplikasi ASIP. Instruksi tersebut sesuai dengan unit fungsional khusus.

Instruksi DSP tipikal mencakup akumulasi ganda, transformasi Fourier cepat, perkalian halus, dan konvolusi. Seperti sistem komputer lainnya, SoC memerlukan sumber jam untuk menghasilkan sinyal jam, mengontrol pelaksanaan fungsi, dan menyediakan konteks waktu untuk aplikasi pemrosesan sinyal jika diperlukan.

Sumber waktu yang populer adalah osilator kristal dan loop terkunci fase. SoC juga mencakup regulator tegangan dan sirkuit manajemen daya.

Perbedaan SoC dan CPU

Sistem pada desain dan pengembangan chip

Sekali waktu, banyak orang berpikir bahwa CPU benar-benar terisolasi dari monitor. Sekarang banyak yang mengerti bahwa CPU hanyalah bagian kecil,dan komputer terdiri dari banyak bagian.

System on a chip adalah papan sirkuit elektronik yang mengintegrasikan semua komponen yang diperlukan dalam komputer dan sistem elektronik lainnya. Ini termasuk GPU, CPU, memori, sirkuit manajemen daya, pengontrol USB, radio nirkabel, dan banyak lagi. Komponen-komponen ini disolder pada motherboard, yang berbeda dari komputer konvensional, yang bagian-bagiannya dapat diganti setiap saat.

Anda bisa mengatakan bahwa sistem pada sebuah chip (SoC) adalah apa yang terjadi ketika Vector dari Despicable Me menggunakan "kompresi sinar" pada komputer yang lengkap. Dengan kekuatan miniaturisasi, System on a Chip adalah komputer fungsional yang telah dikompresi agar muat dalam satu chip silikon.

Sistem SNK pada sebuah chip

Di mana chip digunakan

SoC biasanya berukuran kecil dan tidak memakan banyak ruang di dalam perangkat elektronik, sehingga ideal untuk perangkat yang lebih kecil. Ini menggabungkan banyak bagian yang berbeda pada satu chip, yang berarti bahwa pabrikannya tidak perlu menghabiskan waktu, uang, dan sumber daya untuk meletakkan bagian fisik yang signifikan dan membangun sirkuit panjang, yang pada gilirannya berarti produksi dan biaya yang lebih rendah. Sistem pada sebuah chip jauh lebih efisien daripada sistem dengan komponen individual khusus seperti PC desktop atau laptop. SoC dapat berjalan dengan baterai lebih lama.

Pendekatan tradisional terhadap elektronik adalah tentang menciptakan sistem yang berjalan pada individubagian independen. Contohnya adalah komputer dan laptop. Namun, miniaturisasi konstan dari segala sesuatu di sekitar berarti mereka semakin mengandalkan sistem yang lebih kecil dan lebih hemat energi pada sebuah chip. Ponsel cerdas, tablet, dan bahkan perangkat IoT (Internet of Things) membuktikan bahwa sistem pada chip adalah bagian penting dari masa depan semua elektronik.

Perangkat Intel Pentium N3710

Perangkat Intel Pentium N3710

Pentium N3710 adalah sistem-on-a-chip quad-core 64-bit yang dirancang oleh Intel dan diperkenalkan pada awal 2015 sebagai nomor bagian 3710. Berdasarkan mikroarsitektur Airmont. Chip ini beroperasi pada 1.6GHz dengan mode up to 2.57GHz. SoC termasuk HD Graphics 405 GPU yang memiliki 16 unit eksekusi dan berjalan pada 400 MHz

N3710 detail arsitektur system-on-chip:

  • Desainer - Intel.
  • Produsen - Intel.
  • Nomor model - N3710.
  • Nomor bagian - FH8066501715927
  • Cakupan - seluler.
  • Masalah - Maret 2015
  • Seri Pentium N3000.
  • Frekuensi - 1600 MHz.
  • Kecepatan - 2567 MHz (1 inti).
  • Tipe bus - IDI CPUID 406C4.
  • Mikroarsitektur – Airmont.
  • Nama utama adalah Braswell.
  • Teknologi - CMOS.
  • Ukuran kata - 64-bit.
  • Prosesor maksimum - uniprosesor.
  • Memori maksimum adalah 8 G.
  • PP suhu 0 C - 90 C.
  • TerintegrasiInformasi grafis GPU - HD Graphics 405.
  • Frekuensi maksimum adalah 700 MHz.

Kelebihan sistem chip

Tujuan utama penggunaan SOC dalam desain melibatkan langkah-langkah yang membentuk manfaat perangkat:

  • SOC berukuran kecil tetapi memiliki banyak fitur.
  • Fleksibilitas. Dalam hal ukuran chip, daya dan faktor bentuk, sistem ini sangat sulit dikalahkan oleh perangkat lain.
  • Efisiensi biaya, terutama untuk aplikasi SoC tertentu seperti kode video.
  • Sistem-on-chip tidak terhitung jumlahnya. Untuk produk berkapasitas tinggi, mereka menyederhanakan perlindungan sumber daya dan biaya rekayasa.

Namun, perangkat yang sangat bagus ini memiliki kekurangannya:

  1. Investasi waktu besar. Proses desain SoC dapat berlangsung dari 6 hingga 12 bulan.
  2. Sumber daya terbatas.
  3. Jika produk volume rendah sedang dikembangkan, peralatan kelas atas akan dibutuhkan. Mungkin lebih baik menggunakan perangkat keras pihak ketiga, menghabiskan waktu dan sumber daya pada perangkat lunak aplikasi.

Sistem pada sebuah chip memiliki kelemahan besar yaitu tidak dapat beradaptasi sama sekali. Dengan kata lain, mereka tidak dapat ditingkatkan. Sebuah sistem pada sebuah chip biasanya mati sama seperti yang dibuat. Tidak ada perubahan di dalamnya selama seluruh masa pakai. Jika ada sesuatu yang rusak secara internal di instrumen, hanya bagian itu yang tidak dapat diperbaiki atau diubah. Harus mengganti seluruh SoC.

Produsen terbesarchip ponsel

Ikhtisar sistem pada chip

Kami menawarkan ikhtisar singkat tentang sistem pada chip dari produsen besar: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA, dan Broadcom. Qualcomm, NVIDIA, dan MediaTek memproduksi dan menjual SoC seluler terutama untuk digunakan oleh perusahaan perangkat keras dalam perangkat yang mereka produksi. Broadcom membuat SoC yang digunakan di router dan perangkat jaringan, dan Samsung dan Huawei tidak hanya membuat SoC, tetapi merupakan dua perusahaan terbesar di dunia dalam menggunakannya.

Anda tidak bisa mengatakan sistem mana pada sebuah chip yang terbaik. Desain dan pengembangan sistem-on-a-chip bergerak begitu cepat sehingga pada saat perbandingan, opsi tersebut sudah usang. Namun, kita harus ingat bahwa SoC terbaik mungkin bukan yang terbaik untuk prosesor atau transfer nirkabel tercepat.

Topik populer