Система на кристалле soc

Каковы общие виды использования SoC?

Системы на чипах широко используются во многих отраслях промышленности для самых разных целей, таких как смартфоны, планшеты, носимые устройства, цифровые камеры, беспроводные маршрутизаторы и так далее. Однако, вероятно, их наиболее распространенное использование сегодня для питания смартфонов. Если вам интересно, почему, имейте в виду, что и смартфоны, и планшеты — это небольшие устройства, для работы которых требуется большая вычислительная мощность, и все они должны отвечать требованиям пользователей, которые становятся все более требовательными.

Вот как сложна система Snapdragon 600 Qualcomm на чипе — SoC, который использовался в старом смартфоне Samsung Galaxy S4. Новые телефоны еще сложнее и имеют SoC, которые еще более миниатюрны.

Например, люди хотят иметь возможность использовать свои смартфоны для работы в Интернете, слушать музыку, смотреть видео, использовать GPS-навигацию, снимать фотографии и видеофильмы, играть в игры, всегда быть подключенными к социальным сетям и так далее. Все это требует не только хорошего процессора, но и хорошего графического чипа, быстрого беспроводного чипа и чипа Bluetooth, поддержки подключения к сетям 4G, чипа GPS и так далее. И все это должно происходить при минимально возможном энергопотреблении. В конце концов, никто не хочет, чтобы их устройства выключались после нескольких часов использования. Ответ в том, чтобы миниатюризировать все, что можно миниатюризировать, и сжать как можно больше компонентов на меньшей поверхности. Следствием этого является более высокая вычислительная мощность и более низкое энергопотребление. Это именно то, что предлагает система на чипе .

Производители

• Действия Полупроводник
• Аналоговые устройства
• Яблоко
• ООО «АРМ»
• АСИКС Электроникс
• Атмель
• Коммуникации Оси
• Циррус Логик
• Сопутствующие системы
• Основная логика
• Сайпресс Полупроводники
• Инфинеон Технологии
• Фрискейл
• Технологии воображения
• Микрочиповая технология
• Омела Технологии
• Нокиа
• NXP Semiconductors (ранее Philips Semiconductors)
• Технология NuCORE
• Корпорация NVIDIA
• Ренесас
• Samsung
• Дизайн последовательности
• Острый
• Сигмател
• Skyworks Solutions Inc.
• Кремниевое движение
• SoCrates Software India Private Limited
• STMicroelectronics
• Теридиан Полупроводник
• Инструменты Техаса
• Корпорация Зоран

Разработка систем на кристалле[править | править код]

Для функционирования системы программное обеспечение не менее важно, чем аппаратное. Разработка, как правило, ведётся параллельно

Аппаратная часть собирается из стандартных отлаженных блоков, для сборки программной части используются готовые подпрограммы настройки соответствующих блоков, реализующие необходимые процедуры и функции, которые в англоязычной литературе часто называются «драйверами». Применяются средства автоматизации разработки CAD и интегрированные программные оболочки.

Для того, чтобы удостовериться в правильной работе созданной комбинации блоков, драйверы и программу загружают в эмулятор аппаратной части (микросхему с программируемыми цепями, FPGA). Также требуется задать расположение блоков и разработать межблочные связи.

Перед сдачей в производство аппаратная часть тестируется на корректность с использованием языков Verilog и VHDL, а для более сложных схем — SystemVerilog, SystemC, e и OpenVera. До 70 % общих усилий на разработку затрачивается именно на этом этапе.

Системы на кристалле потребляют меньше энергии, стоят дешевле и работают надёжнее, чем наборы микросхем с той же функциональностью. Меньшее количество корпусов упрощает монтаж. Тем не менее, проектирование и отладка одной большой и сложной системы на кристалле оказывается более дорогим процессом, чем серии из маленьких.

При проектировании систем на кристалле приходится решать проблему задержек и рассинхронизации сигналов

Особенно это важно при формировании сетевых структур. Наиболее перспективным путем решения этой проблемы считается использование беспроводных сетей на кристалле (Wireless network-on-chip, WNOC), что позволит обойти ограничения классических сетей, а также обеспечить связь между наномасштабными компонентами микросхем и макроуровнем.

Зачем использовать систему на чипе?

Поместив больше элементов компьютерной системы на один кусок кремния снижает требования к мощности, снижает стоимость, повышает производительность и уменьшает физический размер. Все это значительно помогает при попытке создавать все более мощные смартфоны, планшеты и ноутбуки, которые используют меньшее время автономной работы.

Например, Apple гордится в том, чтобы сделать вступление в составных компактных вычислительных устройств. За последние 14 лет Apple использовала SOCS на своих линиях iPhone и iPad. Сначала они использовали

Базирующийся на руках

SOCS разработана другими фирмами. В 2010 году Apple дебютировала

A4 SOC.

Какой был первый iPhone Soc, разработанный Apple. С тех пор Apple итасировала его серию чипсов с большим успехом. SOCS помогает iPhones использовать меньше энергии, пока все еще оставаясь компактным и все больше возможностей. Другие производители смартфонов также используют SOCS.

До недавнего времени, SOCS

на настольных компьютерах. В 2020 году Apple представила

M1.

, первый SOC для рабочего стола и ноутбука Mac. M1 сочетает в себе процессор, GPU, память и многое другое на одном куске кремния. В 2021 году Apple улучшилась на M1 с

M1 pro and m1 max

Отказ Все трое из этих чипов дают MAC впечатляющие характеристики при потягивании мощности относительно традиционной дискретной микропроцессорной архитектуры, найденной на большинстве шт.

Кремний внутри Apple M1, M1 Pro и M1 Max SoCS.

яблоко

То

Raspberry Pi 4.

, популярный компьютерный компьютер, также использует систему на чипе (A

Broadcom BCM2711.

) Для его основных функций, которые сохраняют оборудование для низкого (около 35 долларов) при обеспечении большого количества мощности. Будущее яркое для SOCS, которое продолжает традицию интеграции электроники и миниатюризации, которая началась более века назад. Захватывающие времена впереди!

СВЯЗАННЫЕ С:

В чем разница между Apple M1, M1 Pro, а M1 Max?

Каковы компоненты SoC

Типичная SoC современного смартфона обычно включает следующие компоненты.

Центральный процессор (CPU)

Самый важный компонент современного смартфона, процессор, – это «мозг вашего смартфона». Процессор смартфона обычно имеет несколько ядер, а его производительность измеряется в гигагерцах (ГГц).

Когда мы, технические журналисты, говорим о производительности смартфонов, мы часто используем такие термины, как «процессор Kryo» или «Cortex-A77». Это название процессорного ядра, которое находится в SoC. Подробнее о ядрах и процессорах смартфонов мы узнаем в другой статье.

Графический процессор (GPU)

Хотя ЦП может выполнять несколько задач, он не предназначен для специализированной обработки графики. Поскольку сегодня большинству смартфонов приходится обрабатывать очень требовательные игры (и видеоконтент), эту задачу выполняет выделенный графический процессор.

Производительность графического процессора Adreno, на котором работает Snapdragon 8 Gen 2

Вы много услышите о графических процессорах в обзорах смартфонов. SoC Qualcomm обычно используют собственные графические процессоры Adreno, в то время как другие производители SoC используют графические процессоры ARM Mali или PowerVR.

Блок обработки изображений (ISP)

Современные смартфоны обычно имеют отдельный блок обработки изображений. По сути, это позволяет им «преобразовывать» данные с датчика изображения в пригодную для использования фотографию, которую затем можно редактировать и делиться с друзьями и семьей.

В прошлом процессор также выполнял эту задачу. Но производители быстро поняли, что всегда лучше доверить эти задачи отдельному блоку обработки изображений. Названия, которые вы встретите в отношении блоков обработки изображений – это «Spectra» от Qualcomm и «Imagiq» от MediaTek.

Встроенные модемы

Современные смартфоны – это устройства связи, а модем – самый важный компонент, обеспечивающий выполнение этой основной функции. Модем используется для преобразования беспроводных сигналов в данные, понятные вашему смартфону.

Современные модемы для смартфонов объединяют возможности 5G, 4G, 3G и Wi-Fi в одном устройстве. И хотя сегодня большинство SoC для смартфонов имеют встроенный модем, есть несколько исключений.

Недавние примеры включают Qualcomm Snapdragon 8 Gen и Apple A16 Bionic, в которых используется один и тот же внешний модем: Snapdragon X70. Под «внешним» мы подразумеваем, что модем не является частью SoC.

Модем Snapdragon X70 используется в iPhone 14 и Snapdragon 8 Gen 2 от Qualcomm

Не все бренды SoC склонны давать названия своим модемам. Заметным исключением является Qualcomm, и компания обычно обозначает свои модемы буквой X, за которой следует число. Например, новейшим модемом 5G компании является Qualcomm Snapdragon X70.

MediaTek, HiSilicon и Samsung обычно не упоминают «фирменные наименования» модемов в своих спецификациях и обычно воздерживаются от их наименования.

Однако, недавно MediaTek произвела фурор, анонсировав свой первый модем 5G с поддержкой миллиметровых волн и назвав его модемом MediaTek M80 5G. Модемы HiSilicon носят торговую марку «Balong». Впрочем, даже на официальных сайтах это название вы редко встретите.

Другие компоненты

Хотя эти четыре компонента необходимы, современный SoC также включает в себя и другие элементы. Например, цифровые сигнальные процессоры (DSP) обычно используются для решения таких задач, как анализ данных с бортовых датчиков, а иногда даже для помощи в воспроизведении музыки.

С искусственным интеллектом и машинным обучением, которые рекламируются как следующая большая вещь, SoC для смартфонов нередко включают в себя специальный нейронный процессор (NPU), специально созданный для решения этих задач.

Что ещё нужно знать: производственный процесс

При чтении спецификаций SoC вы часто будете встречать термин «производственный процесс», выраженный в нанометрах (нм). Самое простое объяснение – сказать вам, что производственный процесс – это число, используемое для понимания размера внутренних узлов SoC.

Мы могли бы написать научную диссертацию о производственных процессах и процессе производства полупроводников, но это выходит за рамки данной статьи. Что вам, как потребителю, нужно понимать, так это то, что чем меньше производственный процесс, тем сложнее, дороже и энергоэффективнее SoC.

Текущие SoC высокого класса основаны на 4-нм производственном процессе, а флагманские SoC 2021 года были изготовлены по 5-нм техпроцессу. Средние и недорогие SoC обычно имеют размер 7, 10, 11, 12, 14 и 28 нм.

Более низкая стоимость

Самым большим преимуществом китайской компании по производству процессоров перед Qualcomm является низкая стоимость ее чипов. Это означает более низкую цену, чем у тех, у кого установлен Snapdragon.

Однако это также означает, что она может предложить меньшую производительность по сравнению с американской фирмой. Это правда, что у MediaTek есть несколько действительно мощных чипов, таких как серия Dimension, но они обычно предназначены только для смартфонов среднего и высокого класса.

Что касается нижнего диапазона, то его в основном занимает семейство Helio, которое не выделяется избыточной мощностью, хотя итоговая стоимость терминала будет намного ниже, чем у Snapdragon.

ЧИТАТЬ ДАЛЬШЕ Лучший сериал NETFLIX — ТОП 33 популярных сериала

Как оценить производительность смартфона и что не так с бенчмарками?

И хотя крупные бренды, кажется, отложили диапазон и перестали измерять производительность мобильных SoC, синтетические тесты по-прежнему являются важным показателем крутости смартфона. По крайней мере об этом постоянно пишут в обзорах, говорят на ютубе и спрашивают на форумах. Как вы уже знаете, этот факт не прошел мимо производителей смартфонов, которые начали так или иначе накручивать конечные результаты, которые на самом деле не имели ничего общего с реальностью.

Самый длинный хвост в этой истории принадлежит компании MediaTek, которая не раз попадалась производителям синтетических тестов на манипулирование данными. Как оказалось, процессоры компании способны отличать обычные рабочие задачи от синтетических тестов. А при запуске тестера на смартфоне процессор не только выделяет все свои ресурсы, чтобы выбить как можно больше «попугаев», но и может запускать скрытый механизм разгона вроде турбобуста в десктопных процессорах. На выходе получается искаженная картина производительности смартфона без учета повышенного нагрева и снижения автономности.

В ответ на обвинения в Mediatek удивленно пожали плечами и заявили, что разгон чипа перед тестами — обычная практика, которой придерживается ее главный конкурент. Qualcomm тоже пожала плечами и сказала, что Mediatek врет, и если бы какой-нибудь из процессоров Snapdragon попал в столь сомнительную историю, вы бы прочитали об этом в тот же день. В 2018 году Huawei попала в аналогичный скандал с SoC Kirin. Только они не завышали производительность мобильных процессоров, а заранее оптимизировали их под конкретные тесты, чтобы получить более высокие баллы.

Однако более универсального способа объективно все измерить сразу еще не придумали, поэтому продолжим оперировать цифрами из AnTuTu.

Так какой процессор выбрать?

Если говорить о моделях начального уровня, то наиболее удачными вариантами на данный момент считаются Snapdragon 662 и Snapdragon 665, помимо старого, но все еще производительного Snapdragon 710. В среднем ценовом сегменте у игровых Snapdragon 720G, Snapdragon 730 и Snapdragon 765G есть хорошо зарекомендовали себя, которые можно найти как во флагманах уровня Google Pixel 5, так и в телефонах попроще калибра Xiaomi Mi 10 Lite или Realme X50 5G. А вот в сильно устаревших моделях из прошлого поколения типа Snapdragon 636 смысла сейчас особого нет.

При всем том, что было сказано о Mediatek, мы бы не хотели рекомендовать их продукцию. Да, новые чипы семейства Dimensity (например, Dimensity 1000+ и Dimensity 820) оказались на удивление хороши и могут вернуть компанию в большую игру, но это решения топового уровня.

Но при такой оценке важно понимать, что процессор неразрывно связан с остальным железом, поэтому на производительность смартфона влияет ряд факторов, вплоть до оптимизации оболочки. Поэтому напрямую сравнить два мобильных процессора сложнее, чем устроить новый Ryzen 5 против нового

Тест Core i5».

Типы

Система на базе микроконтроллера на микросхеме

В общем, существует четыре различных типа SoC:

• SoC, построенные на микроконтроллере ,
• SoC, построенные на базе микропроцессора , часто встречающегося в мобильных телефонах;
• Специализированные SoC на интегральных схемах для конкретных приложений, разработанные для конкретных приложений, которые не подходят к двум вышеуказанным категориям, и
• Программируемые SoC (PSoC), в которых большая часть функций фиксирована, но некоторые функции можно перепрограммировать аналогично программируемой вентильной матрице .

AMD Am286ZX / LX, SoC на базе Intel 80286

Что такое система на кристалле (SoC)

Как указано выше, термин SoC означает систему на кристалле. Это название дано из-за интеграции нескольких вычислительных компонентов, установленных на одном чипе. Пока SoC из-за их небольшого размера в основном используются для мобильных устройств.

Какая компания создала первую SoC?

Еще в 1974 году ребята из Intel выпустили цифровые часы под названием Microma Digital Watch, и, судя по тому, что мы собрали, это первое коммерческое устройство с SoC внутри. Перенесемся в 1990-е годы, когда несколько мобильных телефонов имеют SoC внутри, но эти крошечные чипы действительно взлетели с появлением смартфонов.

Из чего состоит SoC?

Поскольку смартфоны и планшеты довольно малы, все основные компоненты должны были находиться на одном кристалле, и именно так SoC появился на свет. В отличие от типичного домашнего компьютера, здесь нет материнской платы с разбросанными повсюду компонентами, потому что дизайнерам нужно было экономить место. SoC — это интегральная схема, которая объединяет различные функции компьютерной системы в один чип.

• Центральный процессор (ЦП) Хотите верьте, хотите нет, но ЦП является одним из основных компонентов SoC. Он занимается первичными задачами обработки, что очень похоже на мозг, если подумать.
• Графический процессор (GPU) Смартфон не может работать без графического процессора. Да, ЦП достаточно мощный для выполнения всех операций, но этого недостаточно, поэтому для компенсации части нагрузки нужен ГП. Все, что вы видите на экране, обрабатывается графическим процессором.
• Блок обработки изображений (IPU) Если в вашем смартфоне есть камера, скорее всего, она питается от IPU. Данные изображения обрабатываются IPU после отправки в SoC, а оттуда процессор берет на себя выполнение других связанных задач.
• Оперативная память (ОЗУ) Оперативная память важна для всех форм компьютеров, а не только для смартфонов. Для людей, которые используют много приложений на своих устройствах, оперативная память предназначена для хранения данных приложений, чтобы ускорить открытие ваших любимых приложений в любое время.

В нынешнем виде SoC больше не являются эксклюзивными для небольших компьютеров. Чип Apple M1 является тому доказательством, так как на нем работают несколько новейших компьютеров компании. И судя по тому, что говорят рецензенты, чип M1 довольно мощный.

Скорее всего, технология System on a Chip — это будущее коммерческих и бизнес-вычислений, и это то, что мы можем оставить позади.

Примеры системы на чипе

Вы, как правило, найдете аппаратное обеспечение System on a Chip во встроенных системах, таких как смартфоны, планшеты и устройства, используемые для Интернета вещей, и это лишь некоторые из них. Эта установка отличается от традиционной архитектуры ПК на основе материнской платы, к которой мы привыкли за многие десятилетия.

Что такое система Intel на чипе?

У Intel есть собственная форма SoC, и она называется Интел НУК, или Следующая единица вычислений. Из того, что мы видели, NUC — это компьютеры небольшой формы, вполне способные для своего размера.

Читать: Чипсеты и материнские платы, поддерживающие операционную систему Windows 11.

Преимущества и область применения soc

Преимущества системы на кристалле заключаются в:

• Снижении стоимости производства: наличие всех необходимых компонентов на одном кристалле позволяет сэкономить на затратах на производство, логистику и сборку.
• Улучшении производительности: интеграция различных компонентов на кристалле обеспечивает более эффективный обмен данными и сокращает задержки, что приводит к повышению общей производительности системы.
• Снижении энергопотребления: благодаря интеграции компонентов на одном кристалле и оптимизации архитектуры, системы на кристалле потребляют значительно меньше энергии по сравнению с традиционными раздельными компонентами.
• Улучшении надежности: интеграция компонентов на одном кристалле уменьшает количество соединений и контактов, что снижает риск возникновения ошибок и повышает надежность системы.

Системы на кристалле широко применяются во многих отраслях, включая электронику, автомобильную промышленность, медицину, промышленное оборудование и другие. Эти системы обеспечивают высокую производительность, компактность и энергоэффективность, что делает их идеальным выбором для разнообразных приложений.

Основные преимущества систем на кристалле в сравнении с другими типами систем

Одним из главных преимуществ SoC является интеграция всех необходимых компонентов на одной кристаллической подложке. Это позволяет сократить размеры и массу устройства, а также повысить его энергоэффективность и производительность. Благодаря интеграции, SoC обладает более низкой потребляемой мощностью и высокой производительностью по сравнению с другими типами систем.

Еще одним преимуществом SoC является возможность разработки кастомных компонентов и периферии. Производители могут включить в SoC свои собственные модули, которые будут оптимизированы под конкретные требования и задачи. Это позволяет создавать устройства с уникальными функциями и возможностями, отличными от стандартных решений.

Еще одним преимуществом SoC является его гибкость и масштабируемость. Модули и компоненты SoC можно переиспользовать в разных проектах, что упрощает процесс разработки и снижает затраты. Кроме того, SoC обладает гибкой архитектурой, что позволяет его легко модифицировать и расширять, чтобы вместить новые компоненты и функции.

Преимущества систем на кристалле (SoC)
Интеграция необходимых компонентов на одной подложке
Меньший размер и масса устройства
Высокая энергоэффективность и производительность
Возможность разработки кастомных компонентов и периферии
Гибкость и масштабируемость

Области применения систем на кристалле и их роль в различных отраслях

Системы на кристалле имеют широкие области применения и играют важную роль в различных отраслях. Вот некоторые примеры:

Телекоммуникации и сетевые приложения: SoC используются для создания смартфонов, роутеров, модемов и других коммуникационных устройств. Помимо этого, они применяются в сетевых коммутаторах, маршрутизаторах и другом сетевом оборудовании.

Автомобильная промышленность: SoC используется для разработки систем безопасности и навигации, системы управления двигателем, системы электронной стабилизации, аудио- и видеоразвлекательных систем, а также других автомобильных систем и устройств.

Медицинская и биотехнологическая отрасли: SoC применяются для создания медицинского оборудования, такого как мониторы сердечного ритма, искусственные слуховые и зрительные аппараты, инструменты для диагностики и терапии, а также биотехнологического оборудования для исследований и разработок.

Энергетика и управление ресурсами: SoC используются для создания систем управления электроэнергией и сбережения электроэнергии, систем управления умным домом и автоматизации производства, а также других систем, связанных с энергетикой и управлением ресурсами.

Это лишь некоторые примеры областей применения систем на кристалле. Технология SoC продолжает развиваться и находит все новые применения в различных отраслях, обеспечивая повышенную производительность, надежность и минимизацию размеров устройств.

Как выбрать оптимальное значение Soc voltage для вашего компьютера

Значение Soc voltage (System on a Chip voltage) является одним из ключевых параметров, который определяет электрическое напряжение, подаваемое на системную плату компьютера. Он влияет на работу всех компонентов, включая процессор, оперативную память, графический чип и другие. Правильное значение Soc voltage может существенно повлиять на стабильность и производительность вашей системы.

При выборе оптимального значения Soc voltage следует учитывать несколько факторов:

1. Рекомендации производителя. Каждый процессор и материнская плата имеют свои рекомендуемые значения Soc voltage. Вы можете найти их в технической документации или на официальных веб-сайтах производителей. Поддерживайте Soc voltage в пределах рекомендуемого диапазона, чтобы избежать нестабильной работы и повреждений компонентов.
2. Цель использования компьютера. Если вы используете компьютер для повседневных задач, таких как офисные приложения, просмотр видео или интернет-серфинг, рекомендуется оставить Soc voltage настройками по умолчанию. Если вы занимаетесь играми, монтажом видео или другими требовательными задачами, вам может потребоваться небольшое повышение Soc voltage для обеспечения более стабильной работы и лучшей производительности.
3. Температура и охлаждение. Высокое значение Soc voltage может привести к увеличению тепловыделения компонентов. Убедитесь, что у вас имеется эффективная система охлаждения, чтобы избежать перегрева. При выборе значения Soc voltage учитывайте текущую температуру вашей системы и возможность ее эффективного охлаждения.

Для определения оптимального значения Soc voltage вы можете использовать программы для мониторинга и настройки системы, предоставляемые производителями материнских плат или процессоров. Они позволят вам изменить значение Soc voltage и провести тестирование стабильности системы при различных уровнях напряжения.

Примеры значений Soc voltage для разных целей использования компьютера
Цель использования
Значение Soc voltage

Повседневные задачи
По умолчанию
Игры, монтаж видео
Повышенное значение (в пределах рекомендуемого)

Нельзя забывать, что изменение Soc voltage может повлечь за собой и другие изменения в настройках системы, поэтому будьте аккуратны и следуйте инструкциям производителя.

Подводя итог, выбор оптимального значения Soc voltage зависит от рекомендаций производителя, целей использования компьютера и условий охлаждения. Перед изменением этого параметра следует провести проверку стабильности системы и быть готовым к возможным последствиям. Если у вас возникают сомнения или вопросы, проконсультируйтесь со специалистом или посетите форумы, где опытные пользователи могут поделиться своими знаниями и рекомендациями.

Основные компоненты в системе на чипе (SoC)

Современная SoC для смартфонов обычно содержит следующие важные компоненты:

Процессор в смартфоне (ЦП)

Процессор действует как мозг смартфона, координируя и управляя большинством его операций. Современные модели этих процессоров обычно многоядерны, и их работоспособность определяется в гигагерцах (ГГц).

В разговорах о мощности и возможностях смартфонов специалисты и обозреватели часто упоминают названия, такие как «Cortex-X3» или «Cortex-A510». Эти термины относятся к конкретным ядрам процессора, содержащимся внутри SoC. Подробное обсуждение особенностей различных ядер и процессоров будет в другой статье.

Графический ускоритель (GPU)

В то время как ЦП отвечает за многие операции в смартфоне, обработка графики требует специализированного компонента. С учетом того, что современные смартфоны часто используются для графически интенсивных приложений, таких как игры и видео, GPU становится ключевым элементом.

Snapdragon 8 Gen 2 использует графический ускоритель Adreno для обеспечения высокой графической производительности. / Qualcomm.

В рецензиях на смартфоны часто упоминается GPU. Например, SoC от Qualcomm обычно включает в себя их графический ускоритель Adreno. Другие производители, такие как ARM и PowerVR, предоставляют свои графические решения, такие как Mali и PowerVR соответственно.

Модуль обработки изображений (ISP)

Современные смартфоны оснащены специализированным модулем для обработки изображений. Его основная задача — преобразование данных с датчика камеры в качественные фотографии, готовые к редактированию и публикации.

Хотя в прошлом ЦП часто занимался этой функцией, с течением времени стало очевидно, что эффективнее использовать для этого специализированный блок. В зависимости от производителя, названия таких модулей могут различаться: например, Qualcomm называет свой ISP «Spectra», а у MediaTek он называется «Imagiq».

Встроенные модемы

В эпоху цифровой связи смартфон стоит в центре нашего общения. Модем — ключевой элемент этой связи, преобразующий радиосигналы в информацию, доступную для вашего устройства. Современные модемы сочетают в себе функции 5G, 4G, 3G и Wi-Fi. Большая часть современных систем на чипе (SoC) для смартфонов имеет интегрированный модем, но существуют исключения.

К примеру, Qualcomm Snapdragon 8 Gen 1 и Apple A15 Bionic используют отдельные модемы: Snapdragon X65 и X55 соответственно. Термин «внешний» указывает на то, что модем функционирует отдельно от основного SoC. Еще одним примером является Exynos 990 от Samsung, который также применяет внешний модем.

Процессор Qualcomm Snapdragon 8 Gen 2 оснащен модемом Snapdragon X70. / Qualcomm

Что касается наименований модемов, не все производители акцентируют внимание на их брендинге. Однако Qualcomm выделяется в этом плане, давая своим модемам обозначения, начинающиеся с буквы «X», за которой следует номер, например, Qualcomm Snapdragon X75

Подобно Qualcomm, некоторые другие производители, такие как MediaTek, иногда присваивают своим модемам узнаваемые названия, как это было с их 5G-модемом MediaTek M70 5G. В то время как модемы от HiSilicon известны под маркой «Balong», этот бренд редко упоминается в публичных источниках.

Дополнительные элементы

Помимо вышеупомянутых четырех элементов, в современных SoC присутствуют и другие ключевые компоненты. Например, процессоры цифровых сигналов (DSP) в первую очередь предназначены для обработки данных от различных датчиков и могут также участвовать в воспроизведении аудиозаписей.

С ростом популярности искусственного интеллекта и машинного обучения, многие SoC для смартфонов теперь оснащены нейронными процессорами (NPU) для оптимизации таких задач.

Система на кристалле – System-on-a-Chip (SoC)

System-on-a-Chip (SoC) объединяет все необходимые компоненты компьютера или вычислительного элемента в один чип или интегральную схему. Обычно SoC может основываться либо на микроконтроллере (включая CPU, RAM, ROM и другие периферийные устройства), либо на микропроцессоре (включая только CPU). Также возможно, чтобы SoC’и были настроены для конкретного приложения, включая любые необходимые компоненты, память или периферию, начиная с линий цифровых/аналоговых сигналов.

Программное обеспечение для SoC обычно абстрагирует функциональность, чтобы такую систему можно было легко запрограммировать и подключить. Преимуществом SoC является то, что это решение дешевле, компактнее и эффективнее. Недостатком является то, что, в отличие от полноразмерного компьютера, они не конфигурируемы аппаратно. Такие устройства, как Raspberry Pi, основаны на SoC. SoC также может помочь разработчикам ускорить принятие новых протоколов, например, Bluetooth 5.

Изготовление

Чипы SoC обычно изготавливаются с использованием технологии металл-оксид-полупроводник (MOS). Описанные выше списки соединений используются в качестве основы для физического проектирования ( место и маршрут ) потока, чтобы преобразовать намерения дизайнеров в дизайн SoC. В ходе этого процесса преобразования конструкция анализируется с помощью статического временного моделирования, моделирования и других инструментов, чтобы убедиться, что она соответствует указанным рабочим параметрам, таким как частота, потребляемая мощность и рассеиваемая мощность, функциональная целостность (как описано в коде уровня передачи регистров) и электрические параметры. честность.

Когда все известные ошибки были исправлены, и они были повторно проверены, и все проверки физического дизайна выполнены, файлы физического дизайна, описывающие каждый слой чипа, отправляются в цех масок литейного производства, где будет вытравлен полный набор стеклянных литографических масок. . Они отправляются на завод по производству пластин для создания кристаллов SoC перед упаковкой и тестированием.

SoC могут изготавливаться по нескольким технологиям, в том числе:

• Полный кастомный ASIC
• Стандартная ячейка ASIC
• Программируемая вентильная матрица (FPGA)

ASIC потребляют меньше энергии и быстрее, чем FPGA, но не могут быть перепрограммированы и дороги в производстве. Проекты FPGA больше подходят для проектов меньшего объема, но после выпуска достаточного количества единиц ASIC снижает общую стоимость владения.

Конструкции SoC потребляют меньше энергии, имеют более низкую стоимость и более высокую надежность, чем многокристальные системы, которые они заменяют. С меньшим количеством пакетов в системе также снижаются затраты на сборку.

Однако, как и в большинстве проектов с очень крупномасштабной интеграцией (СБИС), общая стоимость одного большого чипа выше, чем для той же функциональности, распределенной по нескольким меньшим чипам, из-за и более высоких единовременных инженерных затрат.

Когда невозможно построить SoC для конкретного приложения, альтернативой является система в корпусе (SiP), содержащая несколько микросхем в одном корпусе . При производстве больших объемов SoC более рентабельна, чем SiP, потому что ее упаковка проще. Другая причина, по которой SiP может быть предпочтительнее, заключается в том, что отходящее тепло может быть слишком высоким в SoC для данной цели, потому что функциональные компоненты расположены слишком близко друг к другу, а в SiP тепло будет лучше рассеиваться от различных функциональных модулей, поскольку они физически находятся дальше друг от друга.