Кристалната система е малък чип с всички необходими електронни компоненти и схеми. В английската литература се използва терминът SoC (system-on-a-chip). Системата в устройството за аудио детектиране може да включва ADC, аудио приемник, памет, микропроцесор и логически контрол на потребителски вход /изход на един чип. В медицината системата SoC, базирана на нано-роботи, може да действа като програмируеми антитела, за да отложи ранната анемия. Устройствата, базирани на чип, могат да помогнат на незрящите хора, като им позволят да заснемат изображения, а аудиоустройствата на SoC могат да направят глухи хора да чуят. Кристалната система се развива заедно с други технологии, като SOI (силиций на изолатор).

Дефиниция на термините

Системата SoC комбинира необходимите електронни схеми на различни компютърни компоненти на един интегриран чип (IC). SoC е цялостна електронна субстратна система, която може да съдържа аналогови, цифрови, смесени или радиочестотни функции. Компонентите му обикновено включват графични процесори, процесори, които могат да бъдат многоядрени, и системна памет (RAM). Тъй като кристалната система включва както хардуер, така и софтуер, тя изразходва по-малко енергия, по-добра производителност, по-малко място и по-надеждна от многочиповите системи. Повечето от системните чипове вече са включени в мобилни устройства, като напримерсмартфони и таблети. Кристалната система е специално проектирана да отговаря на стандартите за включване на необходимите електронни схеми на множество компютърни компоненти в един интегриран чип. Вместо система, която събира множество чипове и компоненти на печатна платка, SoC създава всички необходими вериги в едно устройство.


Задачите на SoC включват по-високи разходи за прототипиране, архитектура и по-сложно отстраняване на грешки. ИС не са икономически ефективни. Това обаче може да се промени с развитието на технологиите.

Необходими параметри за микрочипиране

Система на чип (SoC е много сложно устройство, например, системният чип Qualcomm Snapdragon 600 е SoC, използван на стария смартфон Samsung Galaxy. Хората искат да могат да използват смартфоните си, за да използват интернет, да слушат музика, да гледат видеоклипове Използване на GPS навигация, заснемане на снимки и видеоклипове, играене на игри, достъп до социални мрежи, всички от които са осигурени не само от добър процесор, но и от мощния чип за графичен чип (SoC, бърз безжичен Bluetooth чипсет, 4G мрежова връзка, Wi Това трябва да работи с най-малко консумация на енергия. Решението е да се миниатюризира всичко, което може да се инсталира. Устройствата трябва да бъдат възможно най-компактни и компактни на по-малка повърхност, което води до по-висока изчислителна мощност и по-ниска консумация на енергия.

Проектиране на системи на кристал

Концептуално съществуваТри нива на дизайн стратегия за функционални кристали. Първото ниво е симетрията на точката. Той диктува наличието или отсъствието на определен физически отговор и анизотропия на кристала. Следователно, тя може да се използва за търсене и защита на нови функционални кристали.
Симетрията на точкова група е необходимо изискване, но не е достатъчно условие за функционален кристал. За да може РНК кристалната система да прояви специфично свойство, тя трябва да бъде допълнена от второ ниво на стратегията за проектиране - структурата или симетрията на пространствената група. И накрая, за да се подобри или оптимизира отговора, има трето ниво на стратегия за проектиране на молекулярно инженерство, която включва фина настройка на електронните или магнитни структури на градивни елементи на атоми, молекули и кристални клъстери.

Компоненти на мобилни устройства

Система на кристал SoC може да има различни елементи в зависимост от предназначението си. Тъй като по-голямата част от SoC се използват за смартфони, ние предлагаме списък с най-често срещаните компоненти на тези устройства:

CPU е сърцевината на SoC. Това е частта, отговорна за вземането на повечето изчисления и решения. Той получава информация от други хардуерни компоненти и софтуер и осигурява съответните изходни отговори. Никой CPU не би бил SoC. Повечето процесори днес имат две, четири или осем ядра вътре.

Графичен процесор - съкратен за графичния модул за обработка. Тя се нарича още видео чип. GPU отговаряза 3D игри, както и за чисти визуални преходи, които могат да се видят в интерфейса на всяко устройство, използващо монокристална система.

RAM Memory - Всички изчислителни устройства изискват памет. За да можете да стартирате приложения и софтуерни данни, трябва да ги използвате. За да направите това, системата на чипа трябва да има RAM.

ROM - Всяко устройство трябва да има ROM памет за съхраняване на софтуер, като например фърмуер или операционна система, в която работи.

Модем - смартфонът няма да бъде телефон, ако не може да се свърже с радиомрежите. Модемите се грижат за мрежова или клетъчна свързаност.

В допълнение към процесора и паметта, други SoCs могат да включват PCIe интерфейси за свързване на радиоприемници, SATA интерфейси или USB устройства.

Проектиране на чипове

Системите на кристала трябва да имат полупроводникови блокове памет за извършване на техните изчисления. В зависимост от използването на SoC, паметта може да формира йерархия на паметта и кеш. На пазара на мобилни компютри това е често срещано явление, но при много вградени микроконтролери с ниска мощност това не е задължително. Технологиите за памет за SoC включват постоянно устройство за съхранение (ROM), оперативно запаметяващо устройство (RAM), електрически почистено програмируемо ROM (EEPROM) и флаш памет. Подобно на други компютърни системи, RAM може да бъде разделена на относително бърза, но по-скъпа статична RAM (SRAM) и по-бавна, но по-евтинаДинамична RAM (DRAM) система на кристал, снимката на която е представена в нашата статия.

Външни интерфейси

SoCs включват външни интерфейси, обикновено за комуникационни протоколи. Те често се основават на индустриални стандарти, като USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C и други. Може да се поддържат и безжични мрежови протоколи като Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN и близкото поле. Ако е необходимо, SoCs включват аналогови интерфейси за обработка на сигнали. Те могат да взаимодействат с различни видове сензори или изпълнителни механизми, включително интелигентни преобразуватели. Те могат също да комуникират със специфични модули на приложението или да бъдат вътрешни за SoC, например, ако аналоговият сензор е вграден в SoC, и неговите доказателства трябва да бъдат преобразувани в цифрови сигнали за математическа обработка.

Цифрови сигнални процесори

Цифровите сигнални процесори (DSP) често се включват в системата върху кристал. Те изпълняват операции по обработка на сигнали за сензори, задвижвания, събиране на данни, анализ на данни и мултимедийна обработка. Ядрата на DSP обикновено имат много дълга командна дума (VLIW) и еднопосочна архитектура на набори от инструкции, така че те са обект на паралелизъм. 4DSP ядрата често съдържат инструкции за специфични приложения и са набори от инструкции за процесори за специфични приложения на ASIP. Такива инструкции съответстват на специализирани функционални устройства.
Типичните инструкции за DSP включват множествено натрупване, бързо преобразуване на Фурие, гладко умножение и нагъване. Подобно наВ други компютърни системи SoC изисква синхронизиращи източници за генериране на сигнали на часовника, изпълнение на функцията за контрол и осигуряване на временен контекст за приложения за обработка на сигнали, ако е необходимо. Популярни източници на време са кварцови осцилатори и вериги от фазова синхронизация. SoC включва също регулатори на напрежението и електрически вериги.

Разлика между SoC и CPU

Дълго време мнозина смятаха, че процесорът е напълно изолиран от монитора. Сега много хора осъзнават, че процесорът е само малка част, а компютърът се състои от много части. Системата на чипа е електронна печатна платка, която комбинира всички необходими компоненти на компютъра и другите електронни системи. Те включват графичен процесор, процесор, памет, схема за управление на захранването, USB контролер, безжични радиоприемници и др. Тези компоненти са запоени на дънната платка, която се различава от обикновените компютри, части от които могат да бъдат подменени по всяко време. Може да се каже, че система на чип (SoC) е това, което се случва, когато Vector от Despicable Me използва "компресия на лъча" на пълноценен компютър. Благодарение на силата на миниатюризацията, системата на чипа е функционален компютър, компресиран за инсталиране на един силиконов чип.

Когато се използват чипове

, SoC, като правило, е малка, не заема много място в електронното устройство, което го прави идеално решение за малки устройства. Той комбинира много различни части на еднаТова означава, че производителят не трябва да губи време, пари и ресурси за полагане на големи физически части и създаване на дълги вериги, което от своя страна означава по-малко производство и разходи. Системите на чипа са много по-ефективни от специалните компоненти като настолен или лаптоп. SoC може да работи с батерии за по-дълго време. Традиционните подходи към електрониката са свързани със създаването на системи, работещи в отделни независими части. Примерите включват компютри и лаптопи. Постоянното миниатюризиране на всички неща наоколо означава, че те все повече разчитат на по-малки, по-енергийно ефективни чипсети. Смартфоните, таблетите и дори IoT устройствата (Internet of Things) доказват, че системите на чипове са важна част от бъдещето на цялата електроника.

Intel Pentium N3710

Pentium N3710 е 64-битова четириядрена чип система, разработена от Intel и стартирана в началото на 2015 г. под номер 3710. Произведена на базата на микроархитектурата Airmont. Този чип работи на 16 GHz с режим до 257 GHz. SoC включва графичен процесор HD Graphics 405, който има 16 изпълними и работи на 400 MHz. Подробности за системната архитектура на чипа n3710:

Дизайнер - Intel.

Производител - Intel.

Номерът на модела е N3710.

​​

Номер на част - FH8066501715927

Обхват - мобилен.

Издание - март 2015 г.

Серия "Pentium" N3000.

Честота - 1600 MHz.

Честотата на въртене е 2567 MHz (1 ядро).

Тип автобус - IDI CPUID406C4.

Микроархитектура - Airmont.

Основното име е Braswell.

Технология - CMOS.

Размерът на думата е 64-битов.

Максимален брой процесори - единичен процесор.

Максимална памет - 8 G.

Температура PP 0 C - 90 C.

Интегрирана графична информация GPU - HD Graphics 405.

Максимална честотата е 700 MHz.

Предимства на системите за чип

Основната цел на използването на дизайна на SOC включва стъпките, които оформят предимствата на устройството:

Размерът на SOC е малък, но включва много характеристики.

Гъвкавост. По отношение на размера на чипа, мощността и форм-фактора, такива системи са много трудни за преодоляване на други устройства.

Ефективност на разходите, особено за специфични SoC приложения, като например кодиране на видео.

Системата за чипове е безброй. За продукти с голям капацитет те опростяват защитата на ресурсите и разходите за инженерни решения.

Въпреки това в такова голямо устройство съществуват недостатъци:

Големи временни разходи. Процесът на проектиране на SoC може да отнеме от 6 до 12 месеца.

Ограничени ресурси.

Ако се разработва продукт с малък обем, се изисква висококачествено оборудване. Може да е по-добре да използвате хардуера на друг производител, за да отделите време и ресурси за приложния софтуер.

Чип системите имат голям недостатък, че те изобщо не могат да бъдат приспособими. С други думи, те не могат да бъдат модернизирани. Чип системата, като правило, умира така, както е създадена. Тя не променя нищо през целия срокуслуга. Ако устройството счупи нещо вътре, не е възможно да се поправи или промени само тази част. Трябва да замените целия SoC.

Най-големите производители на мобилни чипове

Предлагаме кратък преглед на кристалните системи на големите производители: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA и Broadcom. Qualcomm, NVIDIA и MediaTek произвеждат и продават предимно мобилни SoC за хардуерни компании, които ги използват в своите устройства. Broadcom пуска SoCs, използвани в рутери и мрежови устройства, докато Samsung и Huawei не само създават SoC, но и са двете най-големи компании в света за тяхното използване. Невъзможно е да се каже коя система на чипа е по-добра. Проектирането и разработването на системи на кристала се насърчава толкова бързо, че преди времето на сравнението, опцията ще бъде остаряла. Въпреки това, трябва да се помни, че най-добрият SoC може да не е най-добрият за процесорите или най-бързите безжични предавания.