النظام الموجود على الشريحة عبارة عن شريحة صغيرة بها جميع المكونات والدوائر الإلكترونية اللازمة. في الأدب الإنجليزي ، يستخدم مصطلح SoC (نظام على شريحة). قد يشتمل النظام الموجود في جهاز الكشف عن الصوت على ADC ، وجهاز استقبال صوتي ، وذاكرة ، ومعالج دقيق ، والتحكم المنطقي I / O للمستخدم على شريحة واحدة.
في الطب ، يمكن لنظام SoC القائم على الروبوتات النانوية أن يعمل كأجسام مضادة قابلة للبرمجة لتأخير الأمراض المبكرة. يمكن لأجهزة الفيديو القائمة على الرقاقة أن تساعد المكفوفين من خلال السماح لهم بتلقي صورة ، ويمكن لأجهزة الصوت SoC أن تجعل الصم يسمعون. يتطور النظام على الرقاقة جنباً إلى جنب مع التقنيات الأخرى مثل SOI (السيليكون على العازل).
تعريفات المصطلحات
يجمع نظام SoC بين الدوائر الإلكترونية المطلوبة لمكونات الكمبيوتر المختلفة على شريحة واحدة متكاملة (IC). SoC عبارة عن نظام إلكتروني كامل للركيزة يمكن أن يحتوي على تمثيلي ،وظائف رقمية أو مختلطة أو RF. تشتمل مكوناته عادةً على وحدة معالجة الرسومات (GPU) ، ووحدة المعالجة المركزية (CPU) ، والتي يمكن أن تكون متعددة النواة ، وذاكرة النظام (RAM).
نظرًا لأن النظام الموجود على شريحة يتضمن كلاً من الأجهزة والبرامج ، فإنه يستهلك طاقة أقل ، ويتمتع بأداء أفضل ، ويتطلب مساحة أقل ، وأكثر موثوقية من الأنظمة متعددة الشرائح. يتم تضمين معظم شرائح النظام في الأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية اليوم.
تم تصميم System-on-a-Chip خصيصًا لتلبية معايير دمج الدوائر الإلكترونية المطلوبة للعديد من مكونات الكمبيوتر في شريحة واحدة متكاملة. بدلاً من نظام يقوم بتجميع شرائح ومكونات متعددة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، تقوم شركة نفط الجنوب بإنشاء جميع الدوائر الضرورية في جهاز واحد.
تحديات SoC تشمل ارتفاع تكاليف النماذج الأولية ، والهندسة المعمارية ، وتصحيح الأخطاء الأكثر تعقيدًا. المرحلية ليست فعالة من حيث التكلفة. ومع ذلك ، قد يتغير هذا مع تقدم التكنولوجيا.
معلمات الرقائق الدقيقة المطلوبة
النظام على Chip SoCs عبارة عن أجهزة معقدة للغاية. على سبيل المثال ، نظام Qualcomm's Snapdragon 600 على شريحة هو SoC الذي تم استخدامه في هاتف Samsung Galaxy الذكي القديم.
يريد الأشخاص أن يكونوا قادرين على استخدام هواتفهم الذكية لتصفح الإنترنت ، والاستماع إلى الموسيقى ، ومشاهدة مقاطع الفيديو ، واستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، والتقاط الصور ومقاطع الفيديو ، وممارسة الألعاب ، والوصول إلى الشبكات الاجتماعية. كل هذه الميزاتلا يتم تزويدها بمعالج جيد فحسب ، بل مزودة أيضًا بنظام قوي على شريحة رسومات Chip SoC ومجموعة شرائح Bluetooth لاسلكية سريعة ودعم الاتصال بشبكات 4G. كل هذا يجب أن يعمل بأقل استهلاك للطاقة
الحل هو تصغير كل شيء يمكن تثبيته. يجب أن تكون الأجهزة مضغوطة قدر الإمكان وتوضع بشكل مضغوط على سطح أصغر. والنتيجة هي طاقة معالجة أعلى واستهلاك أقل للطاقة. هذا هو بالضبط ما تقدمه شركة نفط الجنوب.
تصميم نظام على رقاقة
من الناحية المفاهيمية ، هناك ثلاثة مستويات من استراتيجية التصميم للرقائق الوظيفية. المستوى الأول هو تناظر مجموعة النقاط. إنها تملي وجود أو عدم وجود استجابة مادية معينة وتباين في البلورة. لذلك ، يمكن استخدامه للبحث عن بلورات وظيفية جديدة وحمايتها.
تناظر مجموعة النقاط هو مطلب ضروري ، لكنه ليس شرطًا كافيًا لبلورة وظيفية. لكي يُظهر نظام SNK-on-a-chip خاصية معينة ، يجب استكماله بمستوى ثانٍ من استراتيجية التصميم - بنية أو تناظر مجموعة الفضاء.
أخيرًا ، لتحسين الاستجابة أو تحسينها ، يوجد مستوى ثالث من إستراتيجية تصميم الهندسة الجزيئية التي تتضمن ضبط الهياكل الإلكترونية أو المغناطيسية للكتل الأساسية للذرات والجزيئات والتكتلات البلورية.
مكوناتأجهزة المحمول
يمكن أن يحتوي نظام SoC على شريحة على عناصر مختلفة ، اعتمادًا على الغرض منه. نظرًا لاستخدام الغالبية العظمى من SoCs على الهواتف الذكية ، فإننا نقدم قائمة بالمكونات الأكثر شيوعًا لهذه الأجهزة:
- وحدة المعالجة المركزية هي جوهر داخل شركة نفط الجنوب. هذا هو الجزء المسؤول عن إجراء معظم الحسابات والقرارات. يتلقى مدخلات من مكونات وبرامج الأجهزة الأخرى ويوفر استجابات الإخراج المناسبة. بدون وحدة المعالجة المركزية ، لن يكون هناك SoC. تحتوي معظم المعالجات اليوم على اثنين أو أربعة أو ثمانية نوى بالداخل.
- GPU - اختصار لوحدة معالجة الرسومات. ويسمى أيضًا شريحة الفيديو. وحدة معالجة الرسومات (GPU) هي المسؤولة عن الألعاب ثلاثية الأبعاد بالإضافة إلى التحولات المرئية المرئية في واجهة أي جهاز باستخدام نظام أحادي الشريحة.
- ذاكرة الوصول العشوائي - تحتاج جميع أجهزة الحوسبة إلى ذاكرة للعمل. لتتمكن من تشغيل التطبيقات وبيانات البرامج ، يجب عليك استخدامها. للقيام بذلك ، يجب أن يحتوي النظام الموجود على شريحة على ذاكرة وصول عشوائي.
- ROM - يجب أن يحتوي أي جهاز على ذاكرة ROM لتخزين البرامج مثل البرامج الثابتة أو نظام التشغيل الذي يعمل عليه.
- المودم - لن يكون الهاتف الذكي هاتفاً إذا لم يتمكن من الاتصال بشبكات الراديو. تهتم أجهزة المودم بالشبكة أو الاتصال الخلوي.
بالإضافة إلى وحدة المعالجة المركزية والذاكرة ، قد تشتمل SoCs الأخرى على واجهات PCIe مصممة من أجلتوصيل أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية أو واجهات SATA أو أجهزة USB.
تصميم رقاقة
يجب أن تحتوي الأنظمة الموجودة على رقاقة على كتل ذاكرة من أشباه الموصلات لإجراء حساباتها. اعتمادًا على تطبيق SoC ، يمكن أن تشكل الذاكرة تسلسلًا هرميًا للذاكرة وذاكرة التخزين المؤقت. هذا أمر شائع في سوق الحوسبة المتنقلة ، ولكنه ليس مطلوبًا في العديد من وحدات التحكم الدقيقة المضمنة منخفضة الطاقة.
تتضمن تقنيات الذاكرة الخاصة بشبكات SoCs ذاكرة للقراءة فقط (ROM) وذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وذاكرة ROM القابلة للمسح والبرمجة كهربائيًا (EEPROM) وذاكرة فلاش. كما هو الحال مع أنظمة الكمبيوتر الأخرى ، يمكن تقسيم ذاكرة الوصول العشوائي إلى ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة الأسرع نسبيًا ولكن الأكثر تكلفة (SRAM) وذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية الأبطأ ولكن الأرخص (DRAM) مثل نظام على شريحة مصور في هذه المقالة.
واجهات خارجية
SoCs تشمل واجهات خارجية ، عادة لبروتوكولات الاتصال. غالبًا ما تستند إلى معايير الصناعة مثل USB و FireWire و Ethernet و USART و SPI و HDMI و I2C والمزيد. قد يتم أيضًا دعم بروتوكولات الشبكة اللاسلكية مثل Wi-Fi و Bluetooth و 6LoWPAN والاتصال بالمجال القريب.
إذا لزم الأمر ، تتضمن SoCs واجهات تناظرية لمعالجة الإشارات. يمكنهم التفاعل مع أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار أو المشغلات ، بما في ذلك المحولات الذكية. يمكنهم أيضا الاتصال محددةتطبيقات الوحدة النمطية أو تكون داخلية في SoC ، على سبيل المثال ، إذا تم تضمين مستشعر تناظري في SoC ويجب تحويل قراءاته إلى إشارات رقمية للمعالجة الرياضية.
معالجات الإشارات الرقمية
غالبًا ما يتم تضمين معالجات الإشارات الرقمية (DSPs) في الأنظمة الموجودة على شريحة. يقومون بمعالجة إشارة التشغيل لأجهزة الاستشعار والمحركات واكتساب البيانات وتحليل البيانات ومعالجة الوسائط المتعددة. تحتوي نوى DSP عادةً على كلمة تعليمات طويلة جدًا (VLIW) وبنية مجموعة تعليمات أحادية الاتجاه ، لذا فهي قابلة لاستغلال التوازي.
تحتوي نوى4DSP غالبًا على إرشادات خاصة بالتطبيق وهي معالجات لمجموعة دليل تطبيق ASIP. تتوافق هذه التعليمات مع الوحدات الوظيفية المتخصصة.
تتضمن إرشادات DSP النموذجية التراكم المتعدد ، وتحويل فورييه السريع ، والضرب السلس ، والتواء. كما هو الحال مع أنظمة الكمبيوتر الأخرى ، تتطلب SoCs مصادر الساعة لتوليد إشارات الساعة ، والتحكم في تنفيذ الوظائف ، وتوفير سياق توقيت لتطبيقات معالجة الإشارات إذا لزم الأمر.
مصادر الوقت الشائعة هي المذبذبات البلورية والحلقات المغلقة الطور. تتضمن SoCs أيضًا منظمات الجهد ودوائر إدارة الطاقة.
الفرق بين SoC و CPU
ذات مرة ، اعتقد الكثير من الناس أن وحدة المعالجة المركزية معزولة تمامًا عن الشاشة. يدرك الكثيرون الآن أن وحدة المعالجة المركزية ليست سوى جزء صغير ،والكمبيوتر مكون من عدة اجزاء
النظام الموجود على الشريحة عبارة عن لوحة دوائر إلكترونية تدمج جميع المكونات الضرورية في الكمبيوتر والأنظمة الإلكترونية الأخرى. يتضمن ذلك وحدة معالجة الرسومات (GPU) ووحدة المعالجة المركزية (CPU) والذاكرة ودائرة إدارة الطاقة ووحدة تحكم USB وأجهزة الراديو اللاسلكية والمزيد. هذه المكونات ملحومة على اللوحة الأم ، وهي تختلف عن أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، ويمكن استبدال أجزاء منها في أي وقت.
يمكنك القول أن النظام الموجود على شريحة (SoC) هو ما يحدث عندما يستخدم Vector من Despicable Me "ضغط الحزمة" على جهاز كمبيوتر كامل. مع قوة التصغير ، فإن النظام الموجود على الشريحة هو كمبيوتر وظيفي تم ضغطه ليلائم شريحة سيليكون واحدة.
مكان استخدام الرقائق
SoC صغير جدًا ولا يشغل مساحة كبيرة داخل جهاز إلكتروني ، مما يجعله مثاليًا للأجهزة الصغيرة. فهو يجمع بين العديد من الأجزاء المختلفة على شريحة واحدة ، مما يعني أن الشركة المصنعة لا تضطر إلى إنفاق الوقت والمال والموارد في وضع أجزاء مادية مهمة وبناء دوائر طويلة ، مما يعني بدوره انخفاض الإنتاج والتكاليف. تعد الأنظمة الموجودة على الشريحة أكثر كفاءة من تلك التي تحتوي على مكونات فردية مخصصة مثل كمبيوتر سطح المكتب أو الكمبيوتر المحمول. يمكن تشغيل SoC على البطاريات لفترة أطول.
كانت الأساليب التقليدية للإلكترونيات تدور حول إنشاء أنظمة تعمل على الأفرادأجزاء مستقلة. الأمثلة هي أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. ومع ذلك ، فإن التصغير المستمر لكل شيء حوله يعني أنهم يعتمدون بشكل متزايد على أنظمة أصغر وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة على شريحة. تثبت الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وحتى أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) أن الأنظمة الموجودة على الرقائق جزء مهم من مستقبل جميع الأجهزة الإلكترونية.
جهاز Intel Pentium N3710
إن Pentium N3710 عبارة عن نظام رباعي النواة 64 بت على شريحة تم تصميمه بواسطة Intel وتم تقديمه في أوائل عام 2015 باعتباره الجزء رقم 3710. استنادًا إلى الهندسة المعمارية الدقيقة لـ Airmont. تعمل هذه الشريحة بسرعة 1.6 جيجاهرتز مع وضع يصل إلى 2.57 جيجاهرتز. يتضمن SoC HD Graphics 405 GPU الذي يحتوي على 16 وحدة تنفيذ ويعمل بسرعة 400 ميجاهرتز
N3710 تفاصيل بنية النظام على الرقاقة:
- مصمم - إنتل.
- الشركة المصنعة - إنتل.
- رقم الموديل - N3710.
- رقم الجزء - FH8066501715927
- النطاق - الجوال.
- العدد - مارس 2015
- سلسلة بنتيوم N3000.
- التردد - 1600 ميغا هرتز.
- السرعة - 2567 ميجاهرتز (1 نواة).
- نوع الناقل - IDI CPUID 406C4.
- الهندسة المعمارية الدقيقة - Airmont.
- الاسم الرئيسي براسويل.
- التكنولوجيا - CMOS.
- حجم الكلمة - 64 بت.
- الحد الأقصى من المعالجات - أحادي المعالج.
- الحد الأقصى للذاكرة هو 8 G.
- PP درجة الحرارة 0 درجة مئوية - 90 درجة مئوية
- متكاملمعلومات رسومات GPU - HD Graphics 405.
- الحد الأقصى للتردد 700 ميغا هرتز.
مزايا أنظمة الشرائح
الغرض الرئيسي من استخدام SOC في التصميم يتضمن الخطوات التي تشكل فوائد الجهاز:
- SOC صغير الحجم لكنه يتضمن العديد من الميزات.
- المرونة. من حيث حجم الرقاقة وعامل الطاقة والشكل ، يصعب التغلب على هذه الأنظمة من قبل الأجهزة الأخرى.
- كفاءة التكلفة ، خاصة لتطبيقات SoC المحددة مثل كود الفيديو.
- النظام على الرقاقة لا حصر له. بالنسبة للمنتجات عالية السعة ، فإنها تبسط حماية الموارد وتكاليف الهندسة.
ومع ذلك ، فإن مثل هذا الجهاز الممتاز له عيوبه:
- استثمار وقت كبير. يمكن أن تستغرق عملية تصميم SoC من 6 إلى 12 شهرًا.
- موارد محدودة.
- إذا تم تطوير منتج منخفض الحجم ، فستكون هناك حاجة إلى معدات عالية الجودة. قد يكون من الأفضل استخدام أجهزة طرف ثالث ، وقضاء الوقت والموارد على برامج التطبيق.
الأنظمة الموجودة على الرقاقة لها عيب كبير أنها لا يمكن أن تكون قابلة للتكيف على الإطلاق. بمعنى آخر ، لا يمكن ترقيتهم. عادة ما يموت النظام الموجود على الرقاقة كما تم إنشاؤه. لا شيء يتغير خلال فترة الخدمة بأكملها. إذا انكسر شيء ما داخليًا في الجهاز ، فلا يمكن إصلاح هذا الجزء فقط أو تغييره. يجب استبدال SoC بالكامل.
أكبر المنتجينرقائق المحمول
نقدم لمحة موجزة عن الأنظمة الموجودة على شريحة من كبرى الشركات المصنعة: Qualcomm و Samsung و MediaTek و Huawei و NVIDIA و Broadcom. تقوم Qualcomm و NVIDIA و MediaTek بتصنيع وبيع SoCs المحمولة بشكل أساسي لشركات الأجهزة لاستخدامها في الأجهزة التي تصنعها. تصنع Broadcom SoCs التي تُستخدم في أجهزة التوجيه وأجهزة الشبكات ، ولا تقوم Samsung و Huawei بصنع SoCs فحسب ، بل تعد أكبر شركتين في العالم في استخدامها.
لا يمكنك القول أي نظام على الرقاقة هو الأفضل. إن تصميم وتطوير الأنظمة على شريحة يتحرك بسرعة كبيرة بحيث بحلول وقت المقارنة ، سيكون الخيار قد عفا عليه الزمن بالفعل. ومع ذلك ، يجب على المرء أن يتذكر أن أفضل شركة نفط الجنوب قد لا تكون الأفضل للمعالجات أو أسرع عمليات النقل اللاسلكي.
