სისტემა ჩიპზე არის პატარა ჩიპი ყველა საჭირო ელექტრონული კომპონენტით და სქემებით. ინგლისურ ლიტერატურაში გამოიყენება ტერმინი SoC (system-on-a-chip). ხმის ამოცნობის მოწყობილობაში სისტემა შეიძლება შეიცავდეს ADC-ს, აუდიო მიმღებს, მეხსიერებას, მიკროპროცესორს და მომხმარებლის I/O ლოგიკურ კონტროლს ერთ ჩიპზე.
მედიცინაში, SoC სისტემა, რომელიც დაფუძნებულია ნანო-რობოტებზე, შეუძლია იმოქმედოს როგორც პროგრამირებადი ანტისხეულები ადრეული დაავადებების შეფერხებისთვის. ჩიპზე დაფუძნებულ ვიდეო მოწყობილობებს შეუძლიათ დაეხმარონ უსინათლო ადამიანებს სურათის მიღების საშუალებას, ხოლო SoC აუდიო მოწყობილობებს შეუძლიათ ყრუ ადამიანების მოსმენა. სისტემა ჩიპზე ვითარდება სხვა ტექნოლოგიებთან ერთად, როგორიცაა SOI (სილიციუმი იზოლატორზე).
ტერმინების განმარტებები
SoC სისტემა აერთიანებს სხვადასხვა კომპიუტერული კომპონენტის საჭირო ელექტრონულ სქემებს ერთ ინტეგრირებულ ჩიპზე (IC). SoC არის სრული სუბსტრატის ელექტრონული სისტემა, რომელიც შეიძლება შეიცავდეს ანალოგს,ციფრული, შერეული ან RF ფუნქციები. მისი კომპონენტები, როგორც წესი, მოიცავს გრაფიკული დამუშავების ერთეულს (GPU), ცენტრალურ დამუშავების ერთეულს (CPU), რომელიც შეიძლება იყოს მრავალბირთვიანი და სისტემის მეხსიერება (RAM).
იმის გამო, რომ სისტემა ჩიპზე მოიცავს როგორც აპარატურას, ასევე პროგრამულ უზრუნველყოფას, ის მოიხმარს ნაკლებ ენერგიას, აქვს უკეთესი შესრულება, მოითხოვს ნაკლებ ადგილს და უფრო საიმედოა, ვიდრე მრავალჩიპიანი სისტემები. სისტემური ჩიპების უმეტესობა დღეს შედის მობილურ მოწყობილობებში, როგორიცაა სმარტფონები და ტაბლეტები.
System-on-a-Chip შექმნილია სპეციალურად შექმნილი სტანდარტების დასაკმაყოფილებლად მრავალი კომპიუტერული კომპონენტის საჭირო ელექტრონული სქემის ერთ ინტეგრირებულ ჩიპზე ჩართვისთვის. სისტემის ნაცვლად, რომელიც აერთიანებს მრავალ ჩიპს და კომპონენტს PCB-ზე, SoC ქმნის ყველა საჭირო წრეს ერთ მოწყობილობაში.
SoC გამოწვევები მოიცავს პროტოტიპების უფრო მაღალ ხარჯებს, არქიტექტურას და უფრო რთულ გამართვას. IC-ები არ არის ეფექტური. თუმცა, ეს შეიძლება შეიცვალოს ტექნოლოგიის განვითარებით.
მოთხოვნილი მიკროჩიპის პარამეტრები
System on Chip SoCs ძალიან რთული მოწყობილობებია. მაგალითად, Qualcomm-ის Snapdragon 600 სისტემა-ჩიპზე არის SoC, რომელიც გამოიყენებოდა ძველ Samsung Galaxy სმარტფონში.
ადამიანებს სურთ, შეძლონ თავიანთი სმარტფონების გამოყენება ინტერნეტში სერფინგისთვის, მუსიკის მოსასმენად, ვიდეოების ყურებისთვის, GPS ნავიგაციისთვის, ფოტოების და ვიდეოების გადაღებისთვის, თამაშების სათამაშოდ, სოციალურ ქსელებში წვდომისთვის. ყველა ეს თვისებაუზრუნველყოფილია არა მხოლოდ კარგი პროცესორით, არამედ მძლავრი System on Chip SoC გრაფიკული ჩიპით, სწრაფი უკაბელო Bluetooth ჩიპსეტით და 4G ქსელებთან დაკავშირების მხარდაჭერით. ეს ყველაფერი უნდა მუშაობდეს ენერგიის მინიმალური მოხმარებით.
გამოსავალი არის ყველაფრის მინიატურიზაცია, რისი დაყენებაც შესაძლებელია. მოწყობილობები უნდა იყოს შეკუმშული რაც შეიძლება და კომპაქტურად განთავსდეს უფრო მცირე ზედაპირზე. ამის შედეგია მაღალი დამუშავების სიმძლავრე და დაბალი ენერგიის მოხმარება. ეს არის ზუსტად ის, რასაც SoC გთავაზობთ.
სისტემა-ჩიპზე დიზაინი
კონცეპტუალურად, არსებობს სამი დონის დიზაინის სტრატეგია ფუნქციური ჩიპებისთვის. პირველი დონე არის წერტილოვანი ჯგუფის სიმეტრია. ის კარნახობს გარკვეული ფიზიკური რეაქციის არსებობას ან არარსებობას და კრისტალის ანიზოტროპიას. ამიტომ, მისი გამოყენება შესაძლებელია ახალი ფუნქციური კრისტალების მოსაძებნად და დასაცავად.
წერტილი ჯგუფის სიმეტრია აუცილებელი მოთხოვნაა, მაგრამ არა საკმარისი პირობა ფუნქციური კრისტალისთვის. იმისათვის, რომ SNK სისტემა-ჩიპზე გამოავლინოს კონკრეტული თვისება, მას უნდა დაემატოს დიზაინის სტრატეგიის მეორე დონე - სივრცის ჯგუფის სტრუქტურა ან სიმეტრია.
დაბოლოს, პასუხის გასაძლიერებლად ან ოპტიმიზაციის მიზნით, არსებობს მოლეკულური ინჟინერიის დიზაინის სტრატეგიის მესამე დონე, რომელიც მოიცავს ატომების, მოლეკულების და კრისტალური გროვების სამშენებლო ბლოკების ელექტრონული ან მაგნიტური სტრუქტურების დაზუსტებას.
კომპონენტებიმობილური მოწყობილობები
SoC სისტემა-ჩიპზე შეიძლება ჰქონდეს სხვადასხვა ელემენტები, მისი დანიშნულებიდან გამომდინარე. ვინაიდან SoC-ების დიდი უმრავლესობა გამოიყენება სმარტფონებზე, ჩვენ გთავაზობთ ასეთი მოწყობილობების ყველაზე გავრცელებული კომპონენტების ჩამონათვალს:
- CPU არის ბირთვი SoC-ში. ეს არის ის ნაწილი, რომელიც პასუხისმგებელია გამოთვლებისა და გადაწყვეტილებების უმეტესობის მიღებაზე. ის იღებს შენატანს სხვა ტექნიკის კომპონენტებიდან და პროგრამული უზრუნველყოფიდან და უზრუნველყოფს შესაბამის გამომავალ პასუხებს. CPU-ის გარეშე, არ იქნებოდა SoC. დღეს პროცესორების უმეტესობას აქვს ორი, ოთხი ან რვა ბირთვი.
- GPU - შემცირებულია გრაფიკული დამუშავების მოდულისთვის. მას ასევე უწოდებენ ვიდეო ჩიპს. GPU პასუხისმგებელია 3D თამაშებზე, ისევე როგორც ვიზუალურ გადასვლებზე, რომლებიც ჩანს ნებისმიერი მოწყობილობის ინტერფეისში ერთი ჩიპის სისტემის გამოყენებით.
- RAM მეხსიერება - ყველა გამოთვლით მოწყობილობას სჭირდება მეხსიერება სამუშაოდ. იმისათვის, რომ შეძლოთ აპლიკაციებისა და პროგრამული უზრუნველყოფის მონაცემების გაშვება, თქვენ უნდა გამოიყენოთ ისინი. ამისათვის სისტემა-ჩიპზე უნდა ჰქონდეს ოპერატიული მეხსიერება.
- ROM - ნებისმიერ მოწყობილობას უნდა ჰქონდეს ROM მეხსიერება პროგრამული უზრუნველყოფის შესანახად, როგორიცაა firmware ან ოპერაციული სისტემა, რომელზეც მუშაობს.
- მოდემი - სმარტფონი არ იქნება ტელეფონი, თუ ის ვერ დაუკავშირდება რადიო ქსელებს. მოდემი ზრუნავს ქსელზე ან ფიჭურ კავშირზე.
CPU-ისა და მეხსიერების გარდა, სხვა SoC-ები შეიძლება შეიცავდეს PCIe ინტერფეისებს, რომლებიც შექმნილიარადიო გადამცემების, SATA ინტერფეისების ან USB მოწყობილობების დაკავშირება.
ჩიპის დიზაინი
სისტემებს ჩიპზე უნდა ჰქონდეს ნახევარგამტარული მეხსიერების ბლოკები მათი გამოთვლების შესასრულებლად. SoC-ის აპლიკაციიდან გამომდინარე, მეხსიერებას შეუძლია შექმნას მეხსიერების და ქეშის იერარქია. ეს გავრცელებულია მობილური გამოთვლის ბაზარზე, მაგრამ არ არის საჭირო ბევრ დაბალი სიმძლავრის ჩაშენებულ მიკროკონტროლერში.
მეხსიერების ტექნოლოგიები SoC-ებისთვის მოიცავს მხოლოდ წაკითხვის მეხსიერებას (ROM), შემთხვევითი წვდომის მეხსიერებას (RAM), ელექტრული წაშლას პროგრამირებად ROM-ს (EEPROM) და ფლეშ მეხსიერებას. როგორც სხვა კომპიუტერული სისტემების შემთხვევაში, ოპერატიული მეხსიერება შეიძლება დაიყოს შედარებით სწრაფ, მაგრამ უფრო ძვირადღირებულ სტატიკურ RAM-ად (SRAM) და უფრო ნელ, მაგრამ იაფი დინამიურ RAM-ად (DRAM), როგორც ამ სტატიაში გამოსახული System-on-a-chip.
გარე ინტერფეისები
SoC მოიცავს გარე ინტერფეისებს, როგორც წესი, საკომუნიკაციო პროტოკოლებისთვის. ისინი ხშირად ეფუძნება ინდუსტრიის სტანდარტებს, როგორიცაა USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C და სხვა. ასევე შეიძლება იყოს მხარდაჭერილი უსადენო ქსელის პროტოკოლები, როგორიცაა Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN და ახლო საველე კომუნიკაცია.
საჭიროების შემთხვევაში, SoCs მოიცავს ანალოგურ ინტერფეისებს სიგნალის დამუშავებისთვის. მათ შეუძლიათ ურთიერთქმედება სხვადასხვა ტიპის სენსორებთან ან აქტივატორებთან, მათ შორის ჭკვიან გადამყვანებთან. მათ ასევე შეუძლიათ დაუკავშირდნენ კონკრეტულმოდულის აპლიკაციები ან იყოს შიდა SoC-ში, მაგალითად, თუ ანალოგური სენსორი ჩაშენებულია SoC-ში და მისი წაკითხვები უნდა გარდაიქმნას ციფრულ სიგნალებად მათემატიკური დამუშავებისთვის.
ციფრული სიგნალის პროცესორები
ციფრული სიგნალის პროცესორები (DSP) ხშირად შედის ჩიპზე არსებულ სისტემებში. ისინი ასრულებენ ოპერაციული სიგნალის დამუშავებას სენსორებისთვის, აქტივატორებისთვის, მონაცემთა შეგროვებისთვის, მონაცემთა ანალიზსა და მულტიმედიური დამუშავებისთვის. DSP ბირთვებს, როგორც წესი, აქვთ ძალიან გრძელი ინსტრუქციის სიტყვა (VLIW) და ცალმხრივი ინსტრუქციების ნაკრების არქიტექტურა, ამიტომ ისინი ემორჩილებიან პარალელურობის გამოყენებას.
4DSP ბირთვები ყველაზე ხშირად შეიცავს აპლიკაციის სპეციფიკურ ინსტრუქციებს და წარმოადგენენ ASIP განაცხადის სპეციფიკური სახელმძღვანელო კომპლექტის პროცესორებს. ასეთი ინსტრუქციები შეესაბამება სპეციალიზებულ ფუნქციურ ერთეულებს.
ტიპიური DSP ინსტრუქციები მოიცავს მრავალჯერადი დაგროვებას, სწრაფ ფურიეს ტრანსფორმაციას, გლუვ გამრავლებას და კონვოლუციას. სხვა კომპიუტერული სისტემების მსგავსად, SoC-ებს ესაჭიროებათ საათის წყაროები საათის სიგნალების გენერირებისთვის, ფუნქციების შესრულების გასაკონტროლებლად და საჭიროების შემთხვევაში სიგნალის დამუშავების აპლიკაციებისთვის დროის კონტექსტის უზრუნველსაყოფად.
დროის პოპულარული წყაროებია კრისტალური ოსცილატორები და ფაზაში ჩაკეტილი მარყუჟები. SoC-ებში ასევე შედის ძაბვის რეგულატორები და ენერგიის მართვის სქემები.
სხვაობა SoC-სა და CPU-ს შორის
ოდესღაც ბევრს ეგონა, რომ CPU მთლიანად იზოლირებული იყო მონიტორისგან. ახლა ბევრს ესმის, რომ CPU მხოლოდ მცირე ნაწილია,და კომპიუტერი მრავალი ნაწილისგან შედგება.
სისტემა ჩიპზე არის ელექტრონული მიკროსქემის დაფა, რომელიც აერთიანებს ყველა საჭირო კომპონენტს კომპიუტერსა და სხვა ელექტრონულ სისტემებში. მათ შორისაა GPU, CPU, მეხსიერება, ენერგიის მართვის სქემები, USB კონტროლერი, უკაბელო რადიოები და სხვა. ეს კომპონენტები დამაგრებულია დედაპლატზე, რომელიც განსხვავდება ჩვეულებრივი კომპიუტერებისგან, რომელთა ნაწილების შეცვლა ნებისმიერ დროს შეიძლება.
შეიძლება ითქვას, რომ სისტემა ჩიპზე (SoC) არის ის, რაც ხდება, როდესაც Vector from Despicable Me იყენებს "სხივის შეკუმშვას" სრულფასოვან კომპიუტერზე. მინიატურიზაციის ძალით, სისტემა ჩიპზე არის ფუნქციური კომპიუტერი, რომელიც შეკუმშულია, რათა მოთავსდეს ერთ სილიკონის ჩიპზე.
სად გამოიყენება ჩიპები
SoC ჩვეულებრივ პატარაა და არ იკავებს დიდ ადგილს ელექტრონული მოწყობილობის შიგნით, რაც მას იდეალურს ხდის პატარა მოწყობილობებისთვის. ის აერთიანებს მრავალ სხვადასხვა ნაწილს ერთ ჩიპზე, რაც იმას ნიშნავს, რომ მის მწარმოებელს არ სჭირდება დროის, ფულის და რესურსების დახარჯვა მნიშვნელოვანი ფიზიკური ნაწილების დასაყენებლად და გრძელი სქემების შესაქმნელად, რაც თავის მხრივ ნიშნავს დაბალ წარმოებას და ხარჯებს. ჩიპზე არსებული სისტემები ბევრად უფრო ეფექტურია, ვიდრე ცალკეული ცალკეული კომპონენტებით, როგორიცაა დესკტოპ კომპიუტერი ან ლეპტოპი. SoC-ს შეუძლია უფრო დიდხანს იმუშაოს ბატარეებზე.
ტრადიციული მიდგომები ელექტრონიკისადმი ეხებოდა ინდივიდუალური სისტემების შექმნასდამოუკიდებელი ნაწილები. მაგალითებია კომპიუტერები და ლეპტოპები. თუმცა, ირგვლივ ყველაფრის მუდმივი მინიატურიზაცია ნიშნავს, რომ ისინი სულ უფრო მეტად ეყრდნობიან ჩიპზე არსებულ პატარა, ენერგოეფექტურ სისტემებს. სმარტფონები, ტაბლეტები და IoT (ნივთების ინტერნეტი) მოწყობილობებიც კი ამტკიცებენ, რომ ჩიპებზე არსებული სისტემები ყველა ელექტრონიკის მომავლის მნიშვნელოვანი ნაწილია.
Intel Pentium N3710 მოწყობილობა
Pentium N3710 არის 64-ბიტიანი ოთხბირთვიანი სისტემა-ჩიპზე შექმნილი Intel-ის მიერ და წარმოდგენილი 2015 წლის დასაწყისში, როგორც ნაწილი ნომერი 3710. ეფუძნება Airmont-ის მიკროარქიტექტურას. ეს ჩიპი მუშაობს 1.6 გჰც სიხშირით 2.57 გჰც-მდე რეჟიმით. SoC შეიცავს HD Graphics 405 GPU-ს, რომელსაც აქვს 16 შესრულების ერთეული და მუშაობს 400 MHz-ზე
N3710 სისტემის-ჩიპზე არქიტექტურის დეტალები:
- დიზაინერი - Intel.
- მწარმოებელი - Intel.
- მოდელის ნომერი - N3710.
- ნაწილის ნომერი - FH8066501715927
- ფარგლები - მობილური.
- გამოცემა - მარტი 2015
- Pentium N3000 სერია.
- სიხშირე - 1600 MHz.
- სიჩქარე - 2567 MHz (1 ბირთვი).
- ავტობუსის ტიპი - IDI CPUID 406C4.
- მიკროარქიტექტურა – Airmont.
- მთავარი სახელია ბრასუელი.
- ტექნოლოგია - CMOS.
- სიტყვის ზომა - 64-ბიტი.
- მაქსიმალური პროცესორები - ერთპროცესორი.
- მაქსიმალური მეხსიერება არის 8 გ.
- PP ტემპერატურა 0 C - 90 C.
- ინტეგრირებულიGPU გრაფიკული ინფორმაცია - HD Graphics 405.
- მაქსიმალური სიხშირეა 700 MHz.
ჩიპური სისტემების უპირატესობები
SOC-ის დიზაინში გამოყენების მთავარი მიზანი მოიცავს ნაბიჯებს, რომლებიც ქმნიან მოწყობილობის უპირატესობებს:
- SOC არის მცირე ზომის, მაგრამ შეიცავს ბევრ ფუნქციას.
- მოქნილობა. ჩიპის ზომის, სიმძლავრისა და ფორმის ფაქტორის თვალსაზრისით, ამ სისტემებს ძალიან ძნელი დასამარცხებელია სხვა მოწყობილობებისთვის.
- დანახარჯების ეფექტურობა, განსაკუთრებით კონკრეტული SoC აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა ვიდეო კოდი.
- სისტემა-ჩიპზე უთვალავია. მაღალი სიმძლავრის პროდუქტებისთვის, ისინი ამარტივებს რესურსების დაცვას და საინჟინრო ხარჯებს.
თუმცა, ასეთ შესანიშნავ მოწყობილობას აქვს თავისი ნაკლი:
- დიდი დროის ინვესტიცია. SoC დიზაინის პროცესს შეიძლება დასჭირდეს 6-დან 12 თვემდე.
- შეზღუდული რესურსები.
- თუ დაბალი მოცულობის პროდუქტი შემუშავდება, საჭირო იქნება მაღალი დონის აღჭურვილობა. შესაძლოა უკეთესი იყოს მესამე მხარის აპარატურის გამოყენება, დროისა და რესურსების დახარჯვა აპლიკაციის პროგრამაზე.
სისტემებს ჩიპზე აქვს დიდი მინუსი, რომ ისინი საერთოდ არ არიან ადაპტირებადი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მათი განახლება შეუძლებელია. სისტემა ჩიპზე ჩვეულებრივ კვდება ისევე, როგორც შეიქმნა. მასში არაფერი იცვლება მთელი სამსახურის განმავლობაში. თუ ინსტრუმენტში რაღაც გაფუჭდა, მხოლოდ ამ ნაწილის შეკეთება ან შეცვლა შეუძლებელია. უნდა შეიცვალოს მთელი SoC.
უმსხვილესი მწარმოებლებიმობილური ჩიპები
ჩვენ გთავაზობთ ჩიპზე არსებული სისტემების მოკლე მიმოხილვას ძირითადი მწარმოებლებისგან: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA და Broadcom. Qualcomm, NVIDIA და MediaTek აწარმოებენ და ყიდიან ძირითადად მობილურ SoC-ებს ტექნიკის კომპანიებისთვის, რათა გამოიყენონ მათ მიერ წარმოებულ მოწყობილობებში. Broadcom აწარმოებს SoC-ებს, რომლებიც გამოიყენება მარშრუტიზატორებსა და ქსელურ მოწყობილობებში, ხოლო Samsung და Huawei არა მხოლოდ აწარმოებენ SoC-ებს, არამედ არიან მსოფლიოში ორი უდიდესი კომპანია მათ გამოყენებაში.
ვერ იტყვი, რომელი სისტემაა ჩიპზე საუკეთესო. ჩიპზე სისტემების დიზაინი და განვითარება იმდენად სწრაფად მიდის, რომ შედარების დროისთვის ეს ვარიანტი უკვე მოძველებული იქნება. თუმცა, უნდა გვახსოვდეს, რომ საუკეთესო SoC შეიძლება არ იყოს საუკეთესო პროცესორებისთვის ან ყველაზე სწრაფი უკაბელო გადაცემისთვის.
