Mfumo kwenye chip ni chip ndogo yenye viambajengo na saketi zote muhimu za kielektroniki. Katika fasihi ya Kiingereza, neno SoC (mfumo-on-a-chip) hutumiwa. Mfumo katika kifaa cha kutambua sauti unaweza kujumuisha ADC, kipokezi cha sauti, kumbukumbu, kichakataji kidogo na udhibiti wa mantiki wa I/O kwenye chipu moja.
Katika dawa, mfumo wa SoC unaotegemea nano-roboti unaweza kufanya kazi kama kingamwili zinazoweza kupangwa ili kuchelewesha magonjwa ya mapema. Vifaa vya video vilivyo na Chip vinaweza kusaidia vipofu kwa kuwaruhusu kupokea picha, na vifaa vya sauti vya SoC vinaweza kuwafanya viziwi kusikia. Mfumo-kwenye-chip unabadilika pamoja na teknolojia zingine kama vile SOI (silicon kwenye kihami).
Ufafanuzi wa maneno
Mfumo wa SoC unachanganya saketi za kielektroniki zinazohitajika za vijenzi mbalimbali vya kompyuta kwenye chipu moja iliyounganishwa (IC). SoC ni mfumo kamili wa kielektroniki wa substrate ambao unaweza kuwa na analog,kazi za digital, mchanganyiko au RF. Vipengee vyake kwa kawaida hujumuisha kitengo cha uchakataji wa michoro (GPU), kitengo cha usindikaji cha kati (CPU), ambacho kinaweza kuwa msingi-nyingi, na kumbukumbu ya mfumo (RAM).
Kwa sababu mfumo-on-a-chip unajumuisha maunzi na programu, hutumia nishati kidogo, ina utendakazi bora, inahitaji nafasi kidogo na inategemewa zaidi kuliko mifumo ya chipu nyingi. Chipu nyingi za mfumo zimejumuishwa katika vifaa vya mkononi kama vile simu mahiri na kompyuta kibao leo.
System-on-a-Chip imeundwa mahususi kukidhi viwango vya kujumuisha sakiti za kielektroniki zinazohitajika za vipengee vingi vya kompyuta kwenye chipu moja iliyounganishwa. Badala ya mfumo unaokusanya chip na vijenzi vingi kwenye PCB, SoC huunda sakiti zote zinazohitajika katika kifaa kimoja.
Changamoto za SoC ni pamoja na gharama kubwa za uchapaji, usanifu na utatuzi changamano zaidi. ICs hazina gharama nafuu. Hata hivyo, hii inaweza kubadilika kadiri teknolojia inavyoendelea.
Vigezo vinavyohitajika vya uchanganuzi wa udogo
Mfumo kwenye Chip SoCs ni vifaa changamano sana. Kwa mfano, mfumo wa Qualcomm's Snapdragon 600-on-a-chip ndio SoC ambayo ilitumika katika simu mahiri ya zamani ya Samsung Galaxy.
Watu wanataka kuweza kutumia simu zao mahiri kuvinjari Mtandao, kusikiliza muziki, kutazama video, kutumia uelekezaji wa GPS, kupiga picha na video, kucheza michezo, kufikia mitandao ya kijamii. Vipengele hivi vyotehazitolewi tu na kichakataji kizuri, bali pia na Chip yenye nguvu ya Mfumo kwenye Chip SoC ya michoro, chipset ya Bluetooth isiyo na waya ya haraka, na usaidizi wa kuunganisha kwenye mitandao ya 4G. Haya yote yanafaa kufanya kazi kwa kutumia nishati kidogo zaidi.
Suluhisho ni kupunguza kila kitu kinachoweza kusakinishwa. Vifaa vinapaswa kusisitizwa iwezekanavyo na kuwekwa kwenye uso mdogo. Matokeo ya hii ni nguvu ya juu ya usindikaji na matumizi ya chini ya nguvu. Hivi ndivyo SoC inatoa.
Muundo wa Mfumo kwenye Chip
Kidhana, kuna viwango vitatu vya mkakati wa kubuni wa chip zinazofanya kazi. Ngazi ya kwanza ni ulinganifu wa kikundi cha pointi. Inaamuru kuwepo au kutokuwepo kwa majibu fulani ya kimwili na anisotropy ya kioo. Kwa hivyo, inaweza kutumika kutafuta na kulinda fuwele mpya zinazofanya kazi.
Ulinganifu wa kikundi chenye ncha ni hitaji la lazima, lakini si hali ya kutosha kwa fuwele inayofanya kazi. Ili mfumo wa SNK-on-a-chip uonyeshe sifa fulani, ni lazima ijazwe na kiwango cha pili cha mkakati wa kubuni-muundo wa kikundi cha nafasi au ulinganifu.
Mwishowe, ili kuboresha au kuboresha jibu, kuna kiwango cha tatu cha mkakati wa usanifu wa uhandisi wa molekuli ambayo inahusisha urekebishaji vyema miundo ya kielektroniki au sumaku ya vizuizi vya ujenzi vya atomi, molekuli na nguzo za fuwele.
Vipengeevifaa vya mkononi
Mfumo wa SoC-on-a-chip unaweza kuwa na vipengele mbalimbali, kulingana na madhumuni yake. Kwa kuwa idadi kubwa ya SoCs hutumiwa kwenye simu mahiri, tunatoa orodha ya vipengele vinavyojulikana zaidi vya vifaa hivyo:
- CPU ndio msingi ndani ya SoC. Hii ndio sehemu ambayo ina jukumu la kufanya mahesabu na maamuzi mengi. Inapokea pembejeo kutoka kwa vipengele vingine vya maunzi na programu na hutoa majibu yanayofaa ya matokeo. Bila CPU, kusingekuwa na SoC. Vichakataji vingi leo vina cores mbili, nne au nane ndani.
- GPU - imefupishwa kwa sehemu ya uchakataji wa michoro. Pia inaitwa chip ya video. GPU inawajibika kwa uchezaji wa 3D na vile vile mabadiliko nadhifu ya mwonekano ambayo yanaonekana katika kiolesura cha kifaa chochote kwa kutumia mfumo wa chipu-moja.
- Kumbukumbu ya RAM - vifaa vyote vya kompyuta vinahitaji kumbukumbu ili kufanya kazi. Ili uweze kuendesha programu na data ya programu, lazima uzitumie. Ili kufanya hivyo, mfumo-on-a-chip lazima uwe na RAM.
- ROM - Kifaa chochote lazima kiwe na kumbukumbu ya ROM ili kuhifadhi programu kama vile programu dhibiti au mfumo wa uendeshaji unaotumia.
- Modemu - simu mahiri haitakuwa simu ikiwa haiwezi kuunganishwa kwenye mitandao ya redio. Modemu hutunza mtandao au muunganisho wa simu za mkononi.
Mbali na CPU na kumbukumbu, SoCs zingine zinaweza kujumuisha violesura vya PCIe vilivyoundwa kwa ajili yakuunganisha vipenyo vya redio, violesura vya SATA, au vifaa vya USB.
Muundo wa Chip
Mifumo kwenye chip lazima iwe na vizuizi vya kumbukumbu vya semiconductor ili kufanya hesabu zake. Kulingana na utumiaji wa SoC, kumbukumbu inaweza kuunda safu ya kumbukumbu na kache. Hili ni jambo la kawaida katika soko la kompyuta za rununu, lakini halihitajiki katika vidhibiti vidogo vingi vilivyopachikwa vya nishati ya chini.
Teknolojia za kumbukumbu za SoCs ni pamoja na kumbukumbu ya kusoma tu (ROM), kumbukumbu ya ufikiaji bila mpangilio (RAM), ROM inayoweza kufutwa kwa umeme (EEPROM), na kumbukumbu ya flash. Kama ilivyo kwa mifumo mingine ya kompyuta, RAM inaweza kugawanywa katika RAM tuli ya kasi zaidi lakini ghali zaidi (SRAM) na RAM inayobadilika polepole lakini ya bei nafuu (DRAM) kama vile mfumo-on-a-chip katika picha katika makala haya.
Miunganisho ya nje
SoCs ni pamoja na violesura vya nje, kwa kawaida kwa itifaki za mawasiliano. Mara nyingi hutegemea viwango vya sekta kama vile USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C, na zaidi. Itifaki za mtandao zisizotumia waya kama vile Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN, na mawasiliano ya karibu ya uga pia zinaweza kutumika.
Ikihitajika, SoCs hujumuisha violesura vya analogi kwa uchakataji wa mawimbi. Wanaweza kuingiliana na aina mbalimbali za vitambuzi au vitendaji, ikiwa ni pamoja na vigeuzi mahiri. Wanaweza pia kuwasiliana maalumprogramu za moduli au iwe ndani ya SoC, kwa mfano, ikiwa kihisi cha analogi kimejengwa ndani ya SoC na usomaji wake lazima ubadilishwe kuwa mawimbi ya dijitali kwa usindikaji wa hisabati.
Vichakataji Mawimbi ya Dijiti
Vichakataji mawimbi ya dijiti (DSP) mara nyingi hujumuishwa kwenye mifumo kwenye chip. Wanafanya usindikaji wa ishara za operesheni kwa sensorer, actuators, upatikanaji wa data, uchambuzi wa data na usindikaji wa multimedia. Misingi ya DSP kwa kawaida huwa na neno refu sana la maagizo (VLIW) na usanifu wa maagizo ya unidirectional, kwa hivyo zinaweza kutumia usambamba.
Core za 4DSP mara nyingi huwa na maagizo mahususi ya programu na ni vichakataji vya seti ya mwongozo maalum ya ASIP. Maagizo kama haya yanalingana na vitengo maalum vya utendaji.
Maelekezo ya kawaida ya DSP ni pamoja na mkusanyiko wa nyingi, ubadilishaji wa haraka wa Fourier, uzidishaji laini na ugeuzaji. Kama ilivyo kwa mifumo mingine ya kompyuta, SoCs zinahitaji vyanzo vya saa ili kutoa mawimbi ya saa, kudhibiti utendakazi wa vipengele, na kutoa muktadha wa saa ili kuashiria kuchakata programu ikihitajika.
Vyanzo vya wakati maarufu ni viosilata vya kioo na vitanzi vilivyofungwa kwa awamu. SoCs pia ni pamoja na vidhibiti vya voltage na saketi za usimamizi wa nishati.
Tofauti kati ya SoC na CPU
Hapo zamani, watu wengi walifikiri kwamba CPU imetengwa kabisa na kifuatilizi. Sasa wengi wanaelewa kuwa CPU ni sehemu ndogo tu,na kompyuta ina sehemu nyingi.
Mfumo kwenye chip ni bodi ya saketi ya kielektroniki inayounganisha vipengele vyote muhimu katika kompyuta na mifumo mingine ya kielektroniki. Hizi ni pamoja na GPU, CPU, kumbukumbu, sakiti za udhibiti wa nishati, kidhibiti cha USB, redio zisizo na waya na zaidi. Vipengele hivi vinauzwa kwenye ubao mama, ambayo ni tofauti na kompyuta za kawaida, ambazo sehemu zake zinaweza kubadilishwa wakati wowote.
Unaweza kusema kwamba mfumo kwenye chip (SoC) ndio hufanyika Vekta kutoka Despicable Me inapotumia "minyano ya boriti" kwenye kompyuta kamili. Kwa uwezo wa kufanya mabadiliko kidogo, Mfumo kwenye Chip ni kompyuta inayofanya kazi ambayo imebanwa ili kutoshea kwenye chipu moja ya silikoni.
Mahali ambapo chipsi zinatumika
SoC kwa kawaida ni ndogo na haichukui nafasi nyingi ndani ya kifaa cha kielektroniki, na hivyo kukifanya kiwe bora kwa vifaa vidogo. Inachanganya sehemu nyingi tofauti kwenye chip moja, kumaanisha kwamba mtengenezaji wake hahitaji kutumia muda, pesa na rasilimali kuweka sehemu muhimu za kimwili na kujenga mizunguko mirefu, ambayo ina maana ya chini ya uzalishaji na gharama. Mifumo kwenye chip ni bora zaidi kuliko ile iliyo na vipengee maalum kama vile Kompyuta ya mezani au kompyuta ya mkononi. SoC inaweza kufanya kazi kwenye betri kwa muda mrefu zaidi.
Mbinu za jadi za kielektroniki zimekuwa kuhusu kuunda mifumo inayoendeshwa na mtu binafsisehemu za kujitegemea. Mifano ni kompyuta na kompyuta ndogo. Walakini, uboreshaji mdogo wa kila kitu kinachozunguka inamaanisha kuwa wanazidi kutegemea mifumo ndogo, yenye ufanisi zaidi wa nishati kwenye chip. Simu mahiri, kompyuta kibao na hata vifaa vya IoT (Mtandao wa Mambo) vinathibitisha kuwa mifumo kwenye chipsi ni sehemu muhimu ya siku zijazo za vifaa vyote vya kielektroniki.
Kifaa cha Intel Pentium N3710
Pentium N3710 ni mfumo wa 64-bit quad-core-on-a-chip ulioundwa na Intel na ulianzishwa mapema 2015 kama sehemu ya nambari 3710. Kulingana na usanifu mdogo wa Airmont. Chip hii inafanya kazi kwa 1.6GHz na hali ya hadi 2.57GHz. SoC inajumuisha HD Graphics 405 GPU ambayo ina vitengo 16 vya utekelezaji na inaendeshwa kwa 400 MHz
N3710 maelezo ya usanifu wa mfumo-on-chip:
- Msanifu - Intel.
- Mtengenezaji - Intel.
- Nambari ya mfano - N3710.
- Nambari ya sehemu - FH8066501715927
- Upeo - simu.
- Toleo - Machi 2015
- Pentium N3000 mfululizo.
- Marudio - 1600 MHz.
- Kasi - 2567 MHz (msingi 1).
- Aina ya basi - IDI CPUID 406C4.
- Microarchitecture – Airmont.
- Jina kuu ni Braswell.
- Teknolojia - CMOS.
- Ukubwa wa neno - 64-bit.
- Upeo wa vichakataji - uniprocessor.
- Upeo wa kumbukumbu ni 8.
- PP halijoto 0 C - 90 C.
- ImeunganishwaMaelezo ya michoro ya GPU - Picha za HD 405.
- Marudio ya juu zaidi ni 700 MHz.
Faida za mifumo ya chipu
Kusudi kuu la kutumia SOC katika muundo linahusisha hatua zinazounda manufaa ya kifaa:
- SOC ni ndogo kwa ukubwa lakini inajumuisha vipengele vingi.
- Kubadilika. Kwa upande wa ukubwa wa chip, nguvu na kipengele cha umbo, mifumo hii ni ngumu sana kushinda kwa vifaa vingine.
- Ufanisi wa gharama, hasa kwa programu mahususi za SoC kama vile msimbo wa video.
- Mfumo-kwenye-chip ni nyingi. Kwa bidhaa za uwezo wa juu, hurahisisha ulinzi wa rasilimali na gharama za uhandisi.
Hata hivyo, kifaa bora kama hiki kina shida zake:
- Uwekezaji wa muda mwingi. Mchakato wa usanifu wa SoC unaweza kuchukua kutoka miezi 6 hadi 12.
- Nyenzo chache.
- Ikiwa bidhaa ya kiwango cha chini inatengenezwa, vifaa vya hali ya juu vitahitajika. Huenda ikawa bora kutumia maunzi ya wahusika wengine, kutumia muda na rasilimali kwenye programu ya programu.
Mifumo kwenye chip ina hasara kubwa kwamba haiwezi kubadilika hata kidogo. Kwa maneno mengine, haziwezi kuboreshwa. Mfumo kwenye chip kawaida hufa sawa na ulivyoundwa. Hakuna kinachobadilika ndani yake wakati wa maisha yote ya huduma. Ikiwa kitu kinavunjika ndani ya chombo, sehemu hiyo tu haiwezi kutengenezwa au kubadilishwa. Lazima ubadilishe SoC nzima.
Wazalishaji wakubwa zaidichips za simu
Tunatoa muhtasari mfupi wa mifumo kwenye chip kutoka kwa watengenezaji wakuu: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA na Broadcom. Qualcomm, NVIDIA, na MediaTek hutengeneza na kuuza SoCs za rununu kwa kampuni za maunzi kutumia katika vifaa wanavyotengeneza. Broadcom hutengeneza SoCs ambazo hutumika katika vipanga njia na vifaa vya mitandao, na Samsung na Huawei sio tu kwamba hutengeza SoC, bali pia kampuni mbili kubwa zaidi duniani katika kuzitumia.
Huwezi kusema ni mfumo gani kwenye chip ulio bora zaidi. Muundo na maendeleo ya mifumo-on-a-chip inakwenda kwa kasi sana kwamba kwa wakati wa kulinganisha, chaguo tayari kitakuwa kizamani. Hata hivyo, ni lazima mtu akumbuke kwamba SoC bora zaidi inaweza isiwe bora kwa vichakataji au uhamishaji wa haraka sana usiotumia waya.
