Едночипова система: Разлика между версии
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
м Робот Добавяне {{без източници}} |
Много са Етикети: добавен етикет nowiki в статията Визуален редактор |
||
Ред 1:
== Въведение ==
'''Едночипова система''' ('''еднокристална система''', на англ.: ''system on a chip'', ''SoC'', произнася се „''ес-оу-си''“) – [[интегрална схема]] включваща в себе си всичките основни компоненти на един компютър – [[процесор]], [[оперативна памет]], контролери за различни външни интерфейси и др. Често включва и допълнителни схеми в зависимост от предназначението си, например – [[графичен процесор]], радиочестотни функции, [[Аналогово-цифров преобразувател|АЦП]] и [[Цифрово-аналогов преобразувател|ЦАП]] преобразуватели и т.н. – всичко вградено в един чип. Използва се предимно при [[вградена система|вградените системи]].
Система на чип (SoC / ˌɛsˌoʊˈsiː / es-oh-SEE или / sɒk / sock) [nb 1] е интегрална схема (известна още като „чип“), която интегрира всички или повечето компоненти на компютър или други електронни система. Тези компоненти почти винаги включват централен процесор (CPU), памет, входно / изходни портове и вторично съхранение - всички на един субстрат или микрочип, размерът на монета. [1] Той може да съдържа функции за обработка на цифрови, аналогови, смесени сигнали и често радиочестотни сигнали, в противен случай ще се счита само за процесор на приложения. Тъй като са интегрирани на един субстрат, SoC консумират много по-малко енергия и заемат много по-малко площ от многочиповите дизайни с еквивалентна функционалност. Поради това SoC са много често срещани в мобилните компютри (като например в смартфоните) и пазарите на крайни изчислителни системи. [2] [3] Системите на чипа обикновено са произведени по технология метал-оксид-полупроводник (MOS) и обикновено се използват във вградени системи и в Интернет на нещата. По-високопроизводителните SoCs често са сдвоени със специална и физически отделена памет и чипове за вторично съхранение, които могат да бъдат слоени отгоре на SoC в това, което е известно като конфигурация Package on package (PoP).
SoCs са в контраст с обичайната традиционна PC-архитектура, базирана на дънна платка, която разделя компоненти въз основа на функция и ги свързва чрез централна взаимосвързана платка. [Nb 2] Докато дънната платка се свързва и свързва сменяеми или сменяеми компоненти, SoCs интегрират всички тези компоненти в една интегрална схема, сякаш всички тези функции са вградени в дънната платка. SoC обикновено интегрира интерфейс на процесор, графика и памет, [nb 3] свързване на твърд диск и USB, [nb 4] памет с произволен достъп и само за четене и вторично съхранение в една схема умре, докато дънната платка ще се свърже тези модули като дискретни компоненти или разширителни карти.
По-плътно интегрираните дизайни на компютърни системи подобряват производителността и намаляват консумацията на енергия, както и полупроводниковата матрица, необходима за еквивалентна конструкция, съставена от дискретни модули, с цената на намалена заменяемост на компонентите. По дефиниция, проектите на SoC са напълно или почти напълно интегрирани в различни компоненти модули. Поради тези причини е налице обща тенденция към по-тясно интегриране на компоненти в индустрията на компютърен хардуер, отчасти поради влиянието на SoCs и поуки от мобилните и вградените компютърни пазари. SoC могат да се разглеждат като част от по-голямата тенденция към вградени изчисления и хардуерно ускорение.
SoC интегрира микроконтролер или микропроцесор с усъвършенствани периферни устройства като графичен процесор (GPU), Wi-Fi модул или един или повече копроцесори. [4] Подобно на това как микроконтролер интегрира микропроцесор с периферни схеми и памет, SoC може да се разглежда като интегриране на микроконтролер с още по-напреднали периферни устройства. За преглед на интегрирането на системни компоненти вижте системна интеграция.
За разлика от [[микроконтролер]]а, едночиповата система е по-универсална и изпълнява повече функции, често е снабдена с по-мощен процесор, който ѝ позволява да изпълнява приложения и [[операционна система|операционни системи]] с общо предназначение (настолен [[Linux]], [[Windows]], [[iOS]], [[Android]] и др.). За постигане на определена и пълна функционалност, едночиповите системи обикновено се допълват с външни периферни схеми и устройства – външна памет (най-често [[флаш-памет]]), радиокомуникационен процесор, микрофон, дисплей и много други.[[Файл:ARMSoCBlockDiagram.svg|мини|вдясно|Схема на едночипова система с ARM ядро]]
<br />
== '''Видове''' ==
Като цяло има четири различими типа SoC:
# SoCs, изградени около микроконтролер (μC),
# SoCs, изградени около микропроцесор (μP), често срещан в мобилни телефони;
# Специализирани SoC, предназначени за конкретни приложения, които не се вписват в горните две категории;
# Програмируеми SoCs (PSoC), при които повечето функционалности са фиксирани, но някои функционалности се препрограмират по начин, аналогичен на матрица за програмиране на поле.
=== '''Приложения''': ===
SoC могат да бъдат приложени към всяка компютърна задача. Те обаче обикновено се използват в мобилни изчислителни системи като таблети, смартфони, умни часовници и нетбуци, както и вградени системи и в приложения, където преди това биха се използвали микроконтролери.
=== '''Вградени системи''' ===
Там, където по-рано могат да се използват само микроконтролери, SoC се увеличават до известност на пазара на вградени системи. По-тясната системна интеграция предлага по-добра надеждност и средно време между отказ, а SoCs предлагат по-разширена функционалност и изчислителна мощност от микроконтролерите. [5] Приложенията включват AI ускорение, вградено машинно виждане, [6] събиране на данни, телеметрия, векторна обработка и околна интелигентност. Често вградените SoCs са насочени към интернет на нещата, към индустриалния интернет на нещата и към крайните компютърни пазари.
=== Мобилни компютърни решения ===
SoCs, базирани на мобилни компютри, винаги обединяват процесори, спомени, кеш-памет, възможности за безжична мрежа и често хардуер и фърмуер за цифрови камери. С увеличаването на размера на паметта, високите класове SoC често няма памет и флаш памет и вместо това, паметта и флаш паметта ще бъдат поставени непосредствено до или над (пакет на пакета), SoC. [7] Някои примери за мобилни изчислителни SoC включват:
Samsung Electronics: списък, обикновено базиран на ARM7 и ARM9
Exynos, използван основно от серията смартфони на Samsung от Galaxy
Qualcomm:
Snapdragon (списък), използван в много смартфони LG, Xiaomi, Google Pixel, HTC и Samsung Galaxy. През 2018 г. Snapdragon SoC се използват като гръбнак на лаптоп компютри, работещи под Windows 10, продавани като „Винаги свързани компютри“. [8] [9]
=== Персонални компютри ===
Още през 1992 г. Acorn Computers произвежда гамата от персонални компютри A3010, A3020 и A4000 с ARM250 SoC. Той комбинира оригиналния процесор Acorn ARM2 с контролер на паметта (MEMC), видео контролер (VIDC) и I / O контролер (IOC). В предишните компютри, работещи с Acorn ARM, това бяха четири отделни чипа. Чипът ARM7500 беше тяхното второ поколение SoC, базирано на ARM700, VIDC20 и IOMD контролери, и беше широко лицензиран във вградени устройства като приставки, както и в по-късните персонални компютри на Acorn.
SoCs се прилагат към основните лични компютри от 2018 г. [8] Те се прилагат особено за лаптопи и таблети. Производителите на таблети и лаптопи са извлекли поуки от пазарите на вградени системи и смартфони за намалена консумация на енергия, по-добра производителност и надеждност от по-тясното интегриране на хардуерни и фърмуерни модули и LTE и други безжични мрежови комуникации, интегрирани на чип (интегрирани мрежови интерфейсни контролери). [10 ]
ARM базирани:
* Qualcomm Snapdragon [9]
* ARM250
* ARM7500 (FE)
* x86 базирани:
* Intel Pentium Gold 4415Y, използван в Microsoft Surface Go
= Структура =
SoC се състои от хардуерни функционални единици, включително микропроцесори, които изпълняват софтуерен код, както и комуникационна подсистема за свързване, управление, директно и интерфейс между тези функционални модули.
=== Функционални компоненти ===
==== Процесорни ядра ====
SoC трябва да има поне едно ядро на процесора, но обикновено SoC има повече от едно ядро. Ядрите на процесора могат да бъдат микроконтролер, микропроцесор (µP), [11] процесор на цифрови сигнали (DSP) или ядро на специфичен за приложения процесор (ASIP). [12] ASIP имат набор от инструкции, които са персонализирани за приложение на домейн и са проектирани да бъдат по-ефективни от инструкциите за общо предназначение за конкретен тип натоварване. Мултипроцесорните SoC имат по дефиниция повече от едно процесорно ядро.
Независимо дали едноядрени, многоядрени или многокорректни, SoC процесорни ядра обикновено използват RISC архитектурни инструкции. Архитектурите на RISC са изгодни пред CISC процесорите за SoCs, тъй като се нуждаят от по-малко цифрова логика и следователно по-малко мощност и площ на борда, а на пазарите за вградени и мобилни компютри, площта и мощността често са силно ограничени. По-специално, процесорните ядра на SoC често използват архитектурата на ARM, тъй като той е мек процесор, определен като IP ядро и е по-ефективен по отношение на мощността от x86.
==== Памет ====
SoCs трябва да имат полупроводникови блокове памет, за да извършат изчисленията си, както правят микроконтролерите и други вградени системи. В зависимост от приложението, SoC паметта може да формира йерархия на паметта и йерархия на кеша. На пазара на мобилни компютри това е често срещано, но в много вградени микроконтролери с ниска мощност това не е необходимо. Технологиите за памет за SoC включват памет само за четене (ROM), памет с произволен достъп (RAM), електрически изтриваем програмируем ROM (EEPROM) и флаш памет. [11] Както и в други компютърни системи, RAM може да бъде разделена на сравнително по-бърза, но по-скъпа статична RAM (SRAM) и по-бавната, но по-евтина динамична RAM (DRAM). Когато SoC има кешарска йерархия, SRAM обикновено се използва за внедряване на процесорни регистри и ядра L1 кешове, докато DRAM ще се използва за по-ниски нива на йерархията на кеша, включително основната памет. "Основната памет" може да бъде специфична за един процесор (който може да бъде многоядрен), когато SoC има множество процесори, в този случай тя се разпределя памет и трябва да бъде изпратена чрез § Интермодулна комуникация на чипа, за да бъде достъпна от различен процесор. [12] За по-нататъшно обсъждане на проблеми с многообработната памет вижте кохерентността на кеша и латентността на паметта.
==== Интерфейси ====
SoC включват външни интерфейси, обикновено за комуникационни протоколи. Те често се основават на индустриални стандарти като USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I²C и т.н. Тези интерфейси ще се различават в зависимост от предвиденото приложение. Протоколите за безжична мрежа като Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN и комуникация в близост също могат да се поддържат.
При необходимост SoC включват аналогови интерфейси, включително аналогово-цифрови и цифрово-аналогови преобразуватели, често за обработка на сигнали. Те могат да могат да взаимодействат с различни видове сензори или задействащи механизми, включително интелигентни датчици. Те могат да взаимодействат със специфични за приложение модули или екрани. [Nb 5] Или може да са вътрешни за SoC, например, ако аналогов сензор е вграден в SoC и неговите показания трябва да бъдат преобразувани в цифрови сигнали за математическа обработка.
==== Дигитални процесори ====
Ядрата на цифровия сигнален процесор (DSP) често са включени в SoC. Те извършват операции за обработка на сигнали в SoC за сензори, задействащи механизми, събиране на данни, анализ на данни и мултимедийна обработка. DSP ядра обикновено съдържат много дълга инструкция дума (VLIW) и единична инструкция, множество данни (SIMD) набор от архитектури от инструкции и следователно са много податливи на използване на паралелизъм на ниво инструкции чрез паралелна обработка и свръхскален изпълнение. [12]: 4 DSP ядра най-много често съдържат специфични за приложение инструкции и като такива обикновено са специфични за приложението процесори за набор от инструкции (ASIP). Такива инструкции за приложение съответстват на специализирани хардуерни функционални единици, които изчисляват тези инструкции.
Типичните инструкции за DSP включват умножаване на натрупване, бързо преобразуване на Фурие, кондензирано мултиплициране и добавяне.
==== Други ====
Както и при други компютърни системи, SoC изискват източници на време за генериране на сигнали на тактова честота, контролиране на изпълнението на функциите на SoC и осигуряване на времеви контекст за приложенията за обработка на сигнали на SoC, ако е необходимо. Популярни източници на време са кристални осцилатори и фазово заключени контури.
SoC периферни устройства, включително броячи на таймери, таймери в реално време и генератори за нулиране при включване. SoC включват също регулатори на напрежението и вериги за управление на мощността.
==== Междумодулна комуникация ====
SoC съдържа много единици за изпълнение. Тези единици често трябва да изпращат данни и инструкции напред и назад. Поради това всички, освен най-тривиалните SoC, изискват комуникационни подсистеми. Първоначално, както при други микрокомпютърни технологии, се използваха архитектури на шината за данни, но наскоро проектите, базирани на оскъдни взаимосвързани мрежи, известни като мрежи на чип (NoC), станаха известни и се очаква в близко бъдеще да завладеят архитектурите на шини за SoC дизайн [13].
==== Шинно-базирана комуникация ====
В исторически план, споделена глобална компютърна шина обикновено свързваше различните компоненти, наричани също „блокове“ на SoC. [13] Много често срещана шина за комуникации в SoC е безплатният стандарт на ARM Advanced Microcontroller Bus Architecture (AMBA).
Контролерите за директен достъп до памет маршрутизират данни директно между външни интерфейси и SoC памет, заобикаляйки процесора или контролния блок, като по този начин увеличават пропускането на данни на SoC. Това е подобно на някои драйвери на устройства на периферни устройства на компонентни мулти-чип модулни компютърни архитектури.
Компютърните шини са ограничени в мащабируемост, поддържащи само до десетки ядра (многоядрени) на един чип. [13]: xiii Забавянето на проводника не е мащабируемо поради продължителната миниатюризация, производителността на системата не се увеличава с броя на прикачените ядра, Работната честота на SoC трябва да намалява с всяко допълнително присъединено ядро, за да е устойчива мощността и дългите проводници консумират големи количества електрическа енергия. Тези предизвикателства са прекомерни в подкрепа на многокоректни системи на чип. [13]: xiii
==== Мрежа върху чип ====
===== Основни статии : [[:en:Design_flow_(EDA)|Electronics design flow]], [[:en:Physical_design_(electronics)|Physical design (electronics)]], и [[:en:Platform-based_design|Platform-based design]] =====
===== Вижте още: [[:en:Systems_design|Systems design]] и [[:en:Software_design|Software design process]] =====
===== Основна статия : [[:en:Network_on_a_chip|Мрежа върху чип]] =====
В края на 2010 г. се появи тенденция на прилагането на подсистеми за комуникация под формата на мрежова топология, вместо на базирани на шина протоколи. Тенденцията към повече процесорни ядра на SoCs е причинила ефективността на комуникацията на чипа да се превърне в един от ключовите фактори за определяне на цялостната производителност и разходи на системата. [13]: xiii Това доведе до появата на мрежи за взаимно свързване с пакет, базиран на рутери превключване, известно като "мрежи на чип" (NoCs), за да се преодолеят затрудненията на автобус базирани мрежи. [13]: xiii
Мрежите на чипа имат предимства, включително специфични за дестинацията и приложението маршрутизация, по-голяма енергийна ефективност и намалена възможност за съпротивление на шината. Архитектурите на мрежата върху чипа черпят вдъхновение от мрежовите протоколи като TCP и пакета от интернет протоколи за комуникация на чип [13], въпреки че обикновено имат по-малко мрежови слоеве. Оптималните мрежови архитектури на мрежата са непрекъсната област от голям научен интерес. Архитектурите на NoC варират от традиционните топологии на разпределената изчислителна мрежа като торус, хиперкуб, мрежи и мрежи от дървета до планиране на генетичен алгоритъм до рандомизирани алгоритми като случайни разходки с разклонения и рандомизирано време за живот (TTL).
Много изследователи на SoC смятат, че архитектурите на NoC са бъдещето на дизайна на SoC, тъй като е доказано, че ефективно отговарят на нуждите от мощност и производителност на SoC дизайни. Настоящите архитектури на NoC са двумерни. 2D IC дизайнът има ограничен избор на етажно планиране, тъй като броят на ядрата в SoC се увеличава, така че когато се появят триизмерни интегрални схеми (3DIC), дизайнерите на SoC се стремят към изграждане на триизмерни мрежи на чипове, известни като 3DNoC. [13]
== Проектиращ поток ==
==== За повече информация: [[:en:Functional_verification|Functional verification]] and [[:en:Signoff_(electronic_design_automation)|Signoff (electronic design automation)]] ====
Системата на чипа се състои както от хардуера, описан в [[:en:System_on_a_chip#Structure|§ Структура]], така и от софтуера, управляващ ядрата, периферните устройства и интерфейсите на микроконтролера, микропроцесора или цифровия сигнал. Проектният поток за SoC цели едновременно да разработи този хардуер и софтуер, известен още като архитектурен съвместен дизайн. Проектният поток също трябва да отчита оптимизациите (§ Оптимизационни цели) и ограниченията.
Повечето SoCs са разработени от IP спецификации на основни хардуерни компоненти за хардуерните елементи и единици за изпълнение, заедно "описани по-горе", заедно с драйвери на софтуерни устройства, които могат да контролират тяхната работа. От особено значение са стековете от протоколи, които задвижват стандартни за индустрията интерфейси като USB. Хардуерните блокове са комбинирани с помощта на компютърни инструменти за проектиране, по-специално електронни инструменти за автоматизация на дизайна; софтуерните модули са интегрирани с помощта на софтуерна интегрирана среда за разработка.
Компонентите на SoCs също често се проектират в езици за програмиране на високо ниво като C ++, MATLAB или SystemC и се преобразуват в RTL дизайни чрез инструменти за високо ниво на синтез (HLS) като C към HDL или поток към HDL. [14] Продуктите HLS, наречени „алгоритмичен синтез“, позволяват на дизайнерите да използват C ++ за моделиране и синтезиране на нива на система, схема, софтуер и проверка, всички в един език на високо ниво, общоизвестен на компютърните инженери по начин, независим от времевите скали, които обикновено са посочени в HDL. [15] Други компоненти могат да останат софтуер и да бъдат компилирани и вградени в процесори с меки ядра, включени в SoC като модули в HDL като IP ядра.
След като е дефинирана архитектурата на SoC, всички нови хардуерни елементи се записват в абстрактно описание на хардуерното описание на езика, наречено ниво на пренос на регистър (RTL), което определя поведението на веригата или се синтезира в RTL от език на високо ниво чрез синтез на високо ниво. Тези елементи са свързани заедно в хардуерен език за описание, за да създадат пълния SoC дизайн. Логиката, определена за свързване на тези компоненти и конвертиране между евентуално различни интерфейси, предоставени от различни доставчици, се нарича лепилна логика.
==== Проверка на проектирането ====
Чиповете се проверяват за логическа коректност, преди да бъдат изпратени в леярна за полупроводници. Този процес се нарича функционална проверка и той отчита значителна част от времето и енергията, изразходвани в жизнения цикъл на проектиране на чипове, често цитирани като 70%. [16] [17] С нарастващата сложност на чиповете се използват хардуерни езици за проверка като SystemVerilog, SystemC, e и OpenVera. Открити грешки в етапа на проверка се докладват на дизайнера.
По традиция инженерите са използвали симулационно ускорение, емулация или прототипиране на препрограмируем хардуер за проверка и отстраняване на грешки от хардуер и софтуер за SoC дизайни преди финализирането на дизайна, известен като лента. Програмируемите полеви масиви (FPGA) са предпочитани за прототипиране на SoC, тъй като прототипите на FPGA се препрограмират, позволяват отстраняване на грешки и са по-гъвкави от специфичните за приложение интегрални схеми (ASIC). [18] [19]
С висок капацитет и бързо време за компилиране, ускорението и емулацията на симулацията са мощни технологии, които осигуряват широка видимост в системите. И двете технологии обаче работят бавно, от порядъка на MHz, което може да бъде значително по-бавно - до 100 пъти по-бавно - от работната честота на SoC. Каретата за ускорение и емулация също са много големи и скъпи от над 1 милион долара. [Необходимото цитиране]
За разлика от FPGA прототипите използват FPGA директно, за да позволят на инженерите да валидират и тестват при или близо до пълната работна честота на системата с реални стимули. Инструменти като Certus [20] се използват за поставяне на сонди във FPGA RTL, които предоставят сигнали за наблюдение. Това се използва за отстраняване на грешки на хардуер, фърмуер и софтуерни взаимодействия в множество FPGA с възможности, подобни на логически анализатор.
Успоредно с това хардуерните елементи се групират и преминават през процес на логически синтез, по време на който се прилагат ограничения на производителността, като работна честота и очаквани закъснения на сигнала. Това генерира изход, известен като netlist, описващ дизайна като физическа верига и неговите взаимовръзки. Тези мрежови списъци са комбинирани с логиката на лепилото, свързваща компонентите, за да се получи схематичното описание на SoC като схема, която може да бъде отпечатана върху чип. Този процес е известен като място и маршрут и предхожда лентата в случай, че SoC се произвеждат като специфични за приложение интегрални схеми (ASIC).
== Постижения в оптимизацията ==
SoCs трябва да оптимизират потреблението на енергия, площта на матрицата, комуникацията, позиционирането за местоположение между модулни единици и други фактори. Оптимизацията е задължително целта на дизайна на SoC. Ако оптимизацията не беше необходима, инженерите ще използват многочипова архитектура на модулите, без да отчитат използването на площта, консумацията на енергия или производителността на системата в еднаква степен.
Следват общи насоки за оптимизация за дизайните на SoC, с обяснения на всеки. Като цяло, оптимизирането на което и да е от тези количества може да е труден комбиниращ оптимизационен проблем и наистина може да бъде NP-трудно сравнително лесно. Поради това често се изискват сложни алгоритми за оптимизация и в някои случаи може да е практично да се използват апроксимационни алгоритми или евристика. Освен това повечето SoC дизайни съдържат множество променливи за оптимизиране едновременно, така че Pareto ефективни решения се търсят в SoC дизайн. Често целите за оптимизиране на някои от тези количества са пряко противоречиви, което допълнително добавя сложност към оптимизирането на дизайна на SoC и въвежда компромиси в дизайна на системата.
За по-широко покритие на компромиси и анализ на изискванията вижте инженеринг на изискванията.
=== Цели ===
==== Консумация на енергия ====
SoCs са оптимизирани да сведат до минимум електрическата мощност, използвана за изпълнение на функциите на SoC. Повечето SoC трябва да използват ниска мощност. Системите SoC често изискват дълъг живот на батерията (като смартфони), потенциално могат да прекарат месеци или години, без източник на енергия да се нуждае от поддържане на автономна функция и често са ограничени в използването на енергия от голям брой вградени SoC мрежи, свързани в мрежа. Освен това енергийните разходи могат да бъдат високи, а спестяването на енергия ще намали общите разходи за собственост на SoC. И накрая, отработената топлина от високата консумация на енергия може да повреди други компоненти на веригата, ако се разсейва твърде много топлина, което ще даде друга прагматична причина за пестене на енергия. Количеството енергия, използвана в дадена верига, е интегралът на консумираната мощност по отношение на времето, а средната скорост на консумацията на енергия е произведена от ток по напрежение. Еквивалентно по закона на Ом, мощността е текуща квадратна пъти съпротивление или напрежение в квадрат, разделено на съпротивление:
'''<big>P= IV= V<sup>2</sup>/R=I<sup>2</sup>R</big>'''
SoCs често са вградени в преносими устройства като смартфони, GPS навигационни устройства, цифрови часовници (включително смарт часовници) и нетбуци. Клиентите искат дълъг живот на батерията за мобилни изчислителни устройства, друга причина, че консумацията на енергия трябва да бъде сведена до минимум в SoCs. Мултимедийните приложения често се изпълняват на тези устройства, включително видео игри, поточно видео, обработка на изображения; всички от които през последните години нарастват в изчислителната сложност с потребителски искания и очаквания за по-висококачествена мултимедия. Изчислението е по-взискателно, тъй като очакванията се движат към 3D видео с висока разделителна способност с многобройни стандарти, така че SoCs, изпълняващи мултимедийни задачи, трябва да бъде изчислимо способна платформа, като същевременно е с ниска мощност, за да изтощи стандартна мобилна батерия. [12]: 3
==== Производителност на ват ====
SoCs са оптимизирани, за да увеличат енергийната ефективност на производителност на ват: максимизиране на производителността на SoC с бюджет на потребление на енергия Много приложения като крайни изчисления, разпределена обработка и околна интелигентност изискват определено ниво на изчислителна производителност, но мощността е ограничена в повечето SoC среди. Архитектурата на ARM има по-висока производителност на ват от x86 във вградените системи, така че е предпочитана над x86 за повечето SoC приложения, изискващи вграден процесор.
==== Отделена топлина ====
SoC дизайните са оптимизирани, за да минимизират отработената топлина на чипа. Както при другите интегрални схеми, топлината, генерирана поради висока плътност на мощността, е тясното място за по-нататъшното миниатюризиране на компонентите. [21]: 1 Плътността на мощността на високоскоростните интегрални схеми, особено микропроцесорите, включително SoCs, стана много неравномерна. Твърде много отпадна топлина може да повреди веригите и да наруши надеждността на веригата във времето. Високите температури и топлинният стрес влияят негативно върху надеждността, миграцията на напрежението, намаленото средно време между отказите, електромиграцията, свързването на проводниците, метастабилността и други влошаващи се характеристики на SoC във времето. [21]: 2–9
По-специално, повечето SoCs са в малка физическа зона или обем, поради което ефектите на отпадната топлина се усложняват, тъй като има малко място за разпръскването й извън системата. Поради високия брой транзистори на съвременните устройства поради закона на Мур, често оформление с достатъчна пропускателна способност и висока плътност на транзистора е физически осъществимо от производствените процеси, но би довело до неприемливо големи количества топлина в обема на веригата. [21]: 1
Тези термични ефекти принуждават SoC и други дизайнери на чипове да прилагат консервативни граници на дизайна, създавайки по-малко ефективни устройства за намаляване на риска от катастрофални повреди. Поради увеличената плътност на транзисторите, тъй като мащабите на дължината стават по-малки, всяко поколение на процеса произвежда повече топлинна мощност от последното. Засилвайки този проблем, SoC архитектурите обикновено са разнородни, създавайки пространствено нехомогенни топлинни потоци, които не могат да бъдат смекчени ефективно чрез равномерно пасивно охлаждане. [21]:
== Вижте също ==
* [[Интегрална схема]]
* [[Микроконтролер]]
*[[:en:List_of_system-on-a-chip_suppliers|List of system-on-a-chip suppliers]]
*[[:en:Post-silicon_validation|Post-silicon validation]]
*[[:en:ARM_architecture|ARM architecture]]
*[[:en:Single-board_computer|Single-board computer]]
*[[:en:System_in_package|System in package]]
*[[:en:Network_on_a_chip|Network on a chip]]
*[[:en:Programmable_system-on-chip|Programmable SoC]]
*[[:en:Application-specific_instruction_set_processor|Application-specific instruction set processor]] (ASIP)
*[[:en:Platform-based_design|Platform-based design]]
*[[:en:Lab_on_a_chip|Lab on a chip]]
*[[:en:Organ_on_a_chip|Organ on a chip]] in biomedical technology
== Бележки ==
# ^ Тази статия използва конвенцията, че SoC се произнася / ˌɛsˌoʊˈsiː / es-oh-SEE. Следователно, той използва конвенцията "а" за неопределената статия, съответстваща на SoC ("a SoC"). Други източници могат да го произнасят като / sɒk / sock и затова използват „a SoC“.
# ^ Тази централна дъска се нарича "дъска за майка" за хостинг на "детски" компонентни карти.
# ^ Графичните връзки (PCI Express) и RAM исторически съставляват северния мост на дискретни архитектури, поддържани от дънната платка.
# ^ Твърдият диск и USB свързаността исторически съставляваха част от южния мост на дискретни модулни архитектури, поддържани от дънната платка.
# ^ Във вградените системи „щитовете“ са аналогични на разширителните карти за персонални компютри. Те често се побират върху микроконтролер като Arduino или еднопланов компютър като Raspberry Pi и функционират като периферни устройства за устройството.
== Препратки ==
Shah, Agam (January 3, 2017). "7 dazzling smartphone improvements with Qualcomm's Snapdragon 835 chip". Network World.
Pete Bennett, EE Times. "The why, where and what of low-power SoC design." December 2, 2004. Retrieved July 28, 2015.
Nolan, Stephen M. "Power Management for Internet of Things (IoT) System on a Chip (SoC) Development". Design And Reuse. Retrieved 2018-09-25.
Mittal, Sparsh. "A Survey on Optimized Implementation of Deep Learning Models on the NVIDIA Jetson Platform". Journal of Systems Architecture. ISSN 1383-7621.
"Is a single-chip SOC processor right for your embedded project?". Embedded. Retrieved 2018-10-13.
"Qualcomm launches SoCs for embedded vision | Imaging and Machine Vision Europe". www.imveurope.com. Retrieved 2018-10-13.
"Samsung Galaxy S10 and S10e Teardown". iFixit. March 6, 2019.
"ARM is going after Intel with new chip roadmap through 2020". Windows Central. Retrieved 2018-10-06.
"Always Connected PCs, Extended Battery Life 4G LTE Laptops | Windows". www.microsoft.com. Retrieved 2018-10-06.
"Gigabit Class LTE, 4G LTE and 5G Cellular Modems | Qualcomm". Qualcomm. Retrieved 2018-10-13.
Furber, Stephen B. (2000). ARM system-on-chip architecture. Harlow, England: Addison-Wesley. <nowiki>ISBN 0201675196</nowiki>. OCLC 44267964.
Haris Javaid, Sri Parameswaran (2014). Pipelined Multiprocessor System-on-Chip for Multimedia. Springer. <nowiki>ISBN 9783319011134</nowiki>. OCLC 869378184.
Kundu, Santanu; Chattopadhyay, Santanu (2014). Network-on-chip: the Next Generation of System-on-Chip Integration (1st ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. <nowiki>ISBN 9781466565272</nowiki>. OCLC 895661009.
"Best Practices for FPGA Prototyping of MATLAB and Simulink Algorithms". EEJournal. 2011-08-25. Retrieved 2018-10-08.
Bowyer, Bryan (2005-02-05). "The 'why' and 'what' of algorithmic synthesis". EE Times. Retrieved 2018-10-08.
EE Times. "Is verification really 70 percent?." June 14, 2004. Retrieved July 28, 2015.
"Difference between Verification and Validation". Software Testing Class. Retrieved 2018-04-30. In interviews most of the interviewers are asking questions on “What is Difference between Verification and Validation?” Lots of people use verification and validation interchangeably but both have different meanings.
Rittman, Danny (2006-01-05). "Nanometer prototyping" (PDF). Tayden Design. Retrieved 2018-10-07.
"FPGA Prototyping to Structured ASIC Production to Reduce Cost, Risk & TTM". Design And Reuse. Retrieved 2018-10-07.
Brian Bailey, EE Times. "Tektronix hopes to shake up ASIC prototyping." October 30, 2012. Retrieved July 28, 2015.
Ogrenci-Memik, Seda (2015). Heat Management in Integrated circuits: On-chip and system-level monitoring and cooling. London, United Kingdom: The Institution of Engineering and Technology. <nowiki>ISBN 9781849199353</nowiki>. OCLC 934678500.
Lin, Youn-Long Steve (2007). Essential Issues in SOC Design: Designing Complex Systems-on-Chip. Springer Science & Business Media. p. 176. <nowiki>ISBN 9781402053528</nowiki>.
"FPGA vs ASIC: Differences between them and which one to use? – Numato Lab Help Center". numato.com. Retrieved 2018-10-17.
EE Times. "The Great Debate: SOC vs. SIP." March 21, 2005. Retrieved July 28, 2015.
"COSMIC". www.ece.ust.hk. Retrieved 2018-10-08.
[[Категория:Интегрални схеми]]
| |||