Кристалл soc что это
Система на кристалле
Система на кристалле (однокристальная система) — в микроэлектронике — электронная схема, выполняющая функции целого устройства (например, компьютера) и размещенная на одной интегральной схеме.
В англоязычной литературе называется System-on-a-Chip, SoC .
В зависимости от назначения она может оперировать как цифровыми сигналами, так и аналоговыми, аналого-цифровыми, а также частотами радиодиапазона. Как правило, применяются в портативных и встраиваемых системах.
Если разместить все необходимые цепи на одном полупроводниковом кристалле не удается, применяется схема из нескольких кристаллов, помещенных в единый корпус (System in a package, SiP). SoC считается более выгодной конструкцией, так как позволяет увеличить процент годных устройств при изготовлении и упростить конструкцию корпуса.
Содержание
Устройство
Типичная SoC содержит:
Блоки могут быть соединены с помощью шины собственной разработки или стандартной конструкции, например AMBA в чипах компании ARM. Если в составе чипа есть контроллер прямого доступа к памяти (ПДП), то с его помощью можно заносить данные с большой скоростью из внешних устройств напрямую в память чипа, минуя процессорное ядро.
Разработка систем-на-кристалле
Для функционирования системы программное обеспечение не менее важно, чем аппаратное. Разработка, как правило, ведётся параллельно. Аппаратная часть собирается из стандартных отлаженных блоков, для сборки программной части используются готовые подпрограммы настройки соответствующих блоков, реализующие необходимые процедуры и функции, которые в англо-язычной литературе часто называются драйверами. Применяются средства автоматизации разработки CAD и интегрированные программные оболочки.
Для того, чтобы удостовериться в правильной работе созданной комбинации блоков, драйверы и программу загружают в эмулятор аппаратной части (микросхему с программируемыми цепями, FPGA). Также требуется задать расположение блоков и разработать межблочные связи.
Перед сдачей в производство аппаратная часть тестируется на корректность с использованием языков Verilog и VHDL, а для более сложных схем — SystemVerilog, SystemC, e и OpenVera. До 70 % общих усилий на разработку затрачивается именно на этом этапе.
Системы-на-кристалле потребляют меньше энергии, стоят дешевле и работают надёжнее, чем наборы микросхем с той же функциональностью. Меньшее количество корпусов упрощает монтаж. Тем не менее, создание одной большой и сложной системы на кристалле оказывается более дорогим процессом, чем серии из маленьких, из-за сложности разработки и отладки и снижения процента выхода годных изделий.
Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library
Персональные инструменты
SoC (System-on-a-Chip)
Систе́ма на криста́лле (СнК), однокриста́льная систе́ма (англ. System-on-a-Chip, SoC (произносится как «эс-оу-си»)) — в микроэлектронике — электронная схема, выполняющая функции целого устройства (например, компьютера) и размещенная на одной интегральной схеме.
Содержание
История
В 1976 году в Intel создали первую систему на кристалле. Это были «всего лишь» электронные часы Microma LCD watch (ссылка с фотографиями). Начинкой была система на кристалле под названием Intel 5810 CMOS chip. Прогресс на часах не остановился, Со временем, прогрессирующие технологии позволили уменьшить микросхемы и изготовить транзисторы, изготовленные по 1.5-1 микрометровой технологии (если положить в ряд 200, то они как раз займут миллиметр на линейке). По этой технологи в Intel в 1985 году сделали процессор третьего поколения 80386. Примечательна также и модель 386SL 1990 года, объединяющая на одном кристалле процессор, контроллер шины, контроллер оперативной и внешней кеш-памяти. А в 1995 появился 386EX, в кристалл которого поместили ещё контроллер прерываний, таймеры, счётчики и логику тестирования JTAG, которая используется и по сей день для прошивки и контроля качества микросхем. Несмотря на свои незначительные, по сегодняшним меркам, 25Мгц, процессор 386EX встраивали в спутники.
В 2007 году Intel анонсировала своё следущее SoC решение Intel EP80579 с кодовым названием Tolapai. На одном кристалле объединили процессор с частотой от 600 Мгц до 1200 Мгц, контроллер памяти и I/O контроллеры, а в некоторых вариациях на чипе был расположен QuickAssist для аппаратного шифрования, и его использовали, например, в vpn-решениях.
Структура
Если разместить все необходимые цепи на одном полупроводниковом кристалле не удается, применяется схема из нескольких кристаллов, помещенных в единый корпус (англ. System in a package, SiP). SoC считается более выгодной конструкцией, так как позволяет увеличить процент годных устройств при изготовлении и упростить конструкцию корпуса.
Типичная SoC содержит:
В программируемые SOC часто входят также блоки программируемых логических матриц — ПЛМ; а в прогреннаммируемые аналого-цифровые SOC — еще и программируемые аналоговые блоки. Блоки могут быть соединены с помощью шины собственной разработки или стандартной конструкции, например, AMBA[1] в чипах компании ARM. Если в составе чипа есть контроллер прямого доступа к памяти (ПДП), то с его помощью можно заносить данные с большой скоростью из внешних устройств напрямую в память чипа, минуя процессорное ядро.
Особенности проектирования СнК
В большинстве случаев СнК представляет собой цифровую СБИС, которая может также содержать ряд аналоговых блоков. Поэтому для проектирования СнК используются те же методы и средства, что и для СБИС. Эти средства реализованы в виде систем автоматизированного проектирования (САПР), поставляемых компаниями Cadance, Synopsis, Mentor Graphics и др. В качестве элементной базы эти САПР используют библиотеки функциональных элементов, в состав которых входят как простые логические вентили и триггеры, так и макроэлементы, выполняющие более сложные функции: регистры, счетчики, сумматоры, умножители, арифметико-логические устройства и т.д.
При разработке микроконтроллеров в 90-х гг. прошлого века широкое распространение получила концепция создания микроконтроллерных семейств, имеющих одинаковое процессорное ядро и различающихся набором периферийных устройств и объемом внутренней памяти. Для реализации этой концепции при проектировании СБИС микроконтроллеров кроме функциональных библиотек стали использоваться сложно-функциональные блоки (СФ-блоки) — процессоры, таймеры, АЦП, различные интерфейсные блоки (UART, SPI, CAN, Ethernet и т.д). Эти СФ-блоки формировали верхний уровень функциональных библиотек, используемых разработчиками и производителями микроконтроллеров. Они были достаточно жестко ориентированы на конкретную технологию компании-производителя, являясь внутрифирменной материальной ценностью.
Проблемы при повышении сложности
Повышение сложности проектируемых СБИС, жесткие требования к срокам их проектирования (сокращение времени выхода изделия на рынок) поставили перед разработчиками новые проблемы. В сложившихся условиях самостоятельное проектирование разработчиком СнК всех СФ-блоков, входящих в ее состав, не всегда целесообразно. Поэтому в последние годы широкое распространение получила практика разработки отдельных СФ-блоков для их последующего представления на рынок средств проектирования СнК. СФ-блоки, предназначенные для использования в разнообразных проектах, стали называть IP (Intellectual Property) модулями, тем самым подчеркивается, что эта продукция является предметом интеллектуальной собственности. СФ-блоки, используемые при проектировании СнК, имеют две основные формы представления:
Таким образом, разработчик может либо непосредственно «вмонтировать» в структуру проектируемой СБИС топологически готовый СФ-блок, либо использовать имеющуюся модель СФ-блока и выполнить его схемотехническое и топологическое проектирование в составе реализуемой СБИС СнК.
Различные решения для разработки
В процессе проектирования СнК разработчик имеет возможность выбора следующих решений:
Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки. Как уже отмечалось, самостоятельная разработка всех СФ-блоков может привести к увеличению сроков проектирования и задержке выпуска конечного изделия. Покупка СФ-блоков сопряжена с определенными финансовыми затратами, повышающими стоимость разработки. Применение СФ-блоков, имеющихся в свободном доступе, возможно только после их тщательной верификации, что требует обычно значительных временных затрат. При выполнении каждого проекта разработчик должен провести оценку поставленных требований и имеющихся ресурсов, чтобы выбрать оптимальный вариант реализации СнК. Таким образом, основная особенность проектирования СнК — возможность использования достаточно широкой номенклатуры синтезируемых СФ-блоков, имеющихся на рынке и в свободном доступе, которые могут быть реализованы на базе различных функциональных библиотек и технологий и интегрированы в кристалл средствами современных САПР.
Возможности реализации систем на кристалле
Технологии реализации
СнК могут быть созданы с помощью нескольких технологий, включая так называемые
Проблемы связанные с первыми технологиями
Изготовление опытной партии специализированных СБИС (несколько тысяч образцов) по технологии 0,13 — 0,18 мкм стоит несколько сотен тысяч долларов, а по технологии 0,09 мкм — свыше миллиона долларов. При этом имеющийся опыт разработки СнК показывает, что только в 25% проектов первоначально полученные опытные образцы соответствуют заданным требованиям. В большинстве случаев для получения необходимого результата требуется несколько итераций, что значительно увеличивает стоимость проекта. Можно надеяться, что развитие средств САПР позволит снизить риски при выполнении таких проектов.
Преимущества реализации СнК на базе FPGA
Преимущества реализации СнК на базе FPGA:
Таким образом, СнК на базе FPGA имеют практически те же достоинства, что и системы на плате, но отличаются лучшими техническими характеристиками — более низким энергопотреблением, меньшими габаритами и массой. При этом по таким параметрам как производительность и энергопотребление СнК на базе FPGA уступают СнК, реализованным в виде ASIC. Исходя из сказанного, можно сделать вывод, что СнК на базе FPGA будут конкурировать и постепенно вытеснять системы на плате. При этом вместо микропроцессоров и микроконтроллеров в этих СнК будут использоваться различные варианты процессорных СФ-блоков. СнК схемы обычно потребляют меньше энергии, имеют меньшую стоимость и большую надежность, чем много кристальные системы, которые они заменяют. С меньшим количеством кристаллов, стоимости сборки также снижаются. Однако у многих схем, общая стоимость больше у одного большого кристалла с той же функциональностью, нежели у нескольких маленьких схем.
Исчерпывающий гайд: все, что нужно знать о мобильных процессорах (системах на кристалле)
Относительно недавно тема процессоров, их производителей и сроков выхода новых моделей была интересна узкой группе гиков. Сейчас гораздо большее количество людей знает, чем Qualcomm лучше MediaTek, какой конкретно чип подходит для тех или иных задач и когда не стоит смотреть на количество ядер или частоту.
Это же сопровождается большим количеством мифов, неточностей и недосказанностей. В этом материале мы расскажем все, что вам нужно знать о системах-на-кристалле, которые большая часть пользователей привыкла называть просто «процессорами»; научим определять их возможности точнее чем «Qualcomm лучше MediaTek»; и рассмотрим на примерах самые популярные чипы.
Развеивая мифы
Qualcomm Snapdragon 845 – это процессор? A Apple A11? Нет, это микросхемы, состоящие из нескольких элементов, включая тот самый микрочип, о которым мы привыкли говорить, рассуждая о компьютерных процессорах, таких как Intel i7-7700 и других.
Реальные размеры типичной системы на кристалле
Названные выше чипы и другие известные вам названия (Kirin 970 или Helio P60) – это системы на кристалле, однокристальные системы или системы на чипе (от англ. system on a chip). В английском используется аббревиатура SoC.
Тем не менее понятие «процессор» так плотно вошло в употребление, что даже специализированные СМИ, точно знающие значения этих терминов, используют их, ведь так понятнее потребителям. Правильнее же говорить чип или система с дальнейшим указанием ее названия.
Состав чипа
Профессиональный инженер видит в типичном чипе сотни элементов, но нам важно разбирать лишь основные его составляющие, особенно, если мы говорим о мобильной системе:
Процессорный модуль, состоящий из нескольких ядер. Их тип и производительность во многом определяют возможности системы. Именно этот единственный элемент стоит называть процессором
Графический модуль, определяющий возможности устройства в играх и других задачах с обработкой графики. Можно встретить сокращения GPU (Graphical Processing Unit) или VPS (Visual Processing Sybsystem)
Сотовый модем влияет на возможности устройства в вопросах связи: интернета и телефонии
Аудиочип отвечает за качество звучания устройства
Условная схема типичной системы на кристалле на примере Qualcomm Snapdragon 801
Здесь можно было бы затронуть модуль DSP (digital signal processor), обрабатывающий цифровые сигналы, процессор данных изображений (ISP) и процессор безопасности (secure processing unit), контроллеры памяти, регулятор напряжения и еще более мелкие элементы, но чаще всего производители даже не упоминают их в «материалах для всех»,а знание таких подробностей не сделает ваш выбор конкретного чипа осознаннее.
Характеристики чипа
Мы добрались до самого интересного раздела — как научиться определять возможности системы и сравнивать ее с остальными. Вам нужно хотя бы в основе разбирать типы комплектующих, чтобы корректно их сопоставлять между собой. Хотя игроков на рынке систем на кристалле не так уж и много, так что если вы заинтересуетесь, разберетесь за один присест.
В процессе написания этого материала мы столкнулись с тем, что определение архитектуры отличается и при этом довольно спокойно принимается в самых разных значениях.
Условно говоря, архитектура — это способность чипа исполнять определенный машинный код. Это методы взаимодействия аппаратных составляющих и софта. На рынке компьютеров преобладает архитектура x86 авторства Intel, а в мобильном мире — ARM.
ARM – это и архитектура, построенная на платформе RISC, и название компании, которая ее лицензирует. Последняя предоставляет сторонним производителям возможность самостоятельно создавать чипы.
На ARM работают, грубо говоря, все современные смартфоны или планшеты.
Актуальной версией архитектуры считается ARMv8.4-A. Этот факт вряд ли будет упоминаться в описаниях чипов, но запомнить его стоит.
Напоследок стоит отметить, что переход с ARMv7 на ARMv8 обозначил смену архитектуры с 32-битной на 64-битную. Говоря простым языком, с того момента как произошла смена, чипы смартфонов научились работать с числами, имеющими не 32, а 64 разряда. Это не только увеличило их производительность, но и позволило использовать в связке с ними бóльшие объемы оперативной памяти.
Все-таки об архитектурах речь заходит не так часто, как о ядрах. В эпоху компьютеров многие судили по их количеству о том, насколько мощный ПК. Теперь почти все знают, что это не главное.
10-ядерная система на примере чипа MediaTek: 2 ядра Cortex-A72 для самых сложных задач, 4 Cortex-A53 с частотой 2.0 ГГц для оптимального соотношения производительность/энергоэффективность и 4 энергоэффективных Cortext-A53
В случае с SoC значение имеет тип каждого отдельного ядра. Производители часто объединяют в одном модуле несколько производительных ядер, которые будут использоваться для производительных задач, в частности, ресурсоемких игр, и некое число энергоэффективных ядер. Последние уменьшат энергопотребление в тех ситуациях, когда пользователь работает с простыми программами. Такой принцип называется big.LITTLE.
3. Тактовая частота
Этот пункт также часто вызывает недоразумения. Частота всегда указывается в герцах. Средний показатель современного чипа: 1.5-2.2 ГГц.
ГГц — расшифровывается как «гигагерц». Гига — миллиард, герц — один цикл в секунду. Частота чипа — это то, сколько операций (или тактов) он способен выполнить в секунду.
Но стоит понимать, что более высокая частота (2,4 ГГц) среднепроизводительного чипа хуже чем средняя частота (1,8 ГГц) производительной системы, если речь идет о сложных задачах.
4. Кэш (сверхоперативная память)
Это миниатюрный модуль, предоставляющий процессору некий объем памяти. Он дает возможность не обращаться каждый раз к оперативной памяти (которая работает медленнее, чем чип) и таким образом увеличить скорость исполнения простых программ.
5. Технологический процесс
Флагманские чипы 2018 года выполнены по 10нм процессу, однако уже в конца года ожидается ряд чипов, построенных по 7нм.
Индустрия слегка отстает от некогда заданного графика, но будущее сулит невероятные прорывы
Уменьшение разрешающей способности дает возможность уместить ту же систему на физическом кристалле меньшего размера или, соответственно, большую систему на кристалле такого же размера.
Топовые производители
Как мы уже знаем, почти все процессоры построены на архитектуре ARM. Но компания абсолютно лояльно относится ко всем остальным и предлагает им широкие возможности в плане создания собственных решений. Те же Apple и Samsung не просто создают на базе ARM собственные чипы, но даже уникальные версии ядер.
В лидерах по производству однокристальных систем такие компании как Apple (серия Apple A), Qualcomm (Snapdragon), MediaTek (Helio), Samsung (Exynos), Huawei (Kirin).
Некоторое время назад в мобильных устройствах можно было встретить чипы Intel. Этот тот редкий случай, когда вместо архитектуры ARM использовалась x86. Правда, подобное положение вещей создавало проблемы для производителей смартфонов, ведь другая архитектура предусматривает иные принципы работы с софтом, и поэтому часто даже очень оптимизированные игры и программы хуже работали на таких системах. В свое время в пользу Intel свой выбор сделала компания Asus, представившая линейку из трех смартфонов Asus Zenfone 4, 5 и 6, а потом и Zenfone 2 на Intel Atom. На этом эксперимент был окончен, а сейчас Zenfone комплектуется чипами Snapdragon.
Отдельно стоит отметить компанию Nvidia, которая лишь экспериментирует на мобильном рынке, но не пытается с кем-то конкурировать. Nvidia Tegra использовался в минимальном количестве устройств, а сейчас на нем работает портативная консоль Nintendo Switch, и неизвестно, есть ли у компании дальнейшие планы в этом направлении.
Кое-какие шаги в этом направлении предпринимает и китайская Xiaomi. Зимой прошлого года она показала первое поколение Surge S1. Многие ждали продолжения в этом году и ожидали, что он предстанет в Xiaomi Mi A2, но компания пока хранит молчание.
Если Xiaomi не бросит начатое, то нас ждет еще один конкурентоспособный игрок на рынке
О составляющих на примерах
Теперь, когда мы разобрали, что из себя представляет типичная система на кристалле, из чего она состоит и чем характеризуется, можем рассказать о тех же вещах, но уже называя конкретные имена.
Первым делом речь всегда заходит о ядрах. В случае с процессорами ARM это почти всегда Cortex. Например, в топовом на 2018 год Kirin 970 используются самые производительные ядра ARM Cortex-73. Всего их 4, несмотря на то что система восьмиядерная. Еще 4 ядра — это Cortex-A53, более энергоэффективные. Это тот самый принцип big.LITTLE, когда система включает в себя несколько ядер для разных задач.
Хоть ARM и является повсеместной архитектурой, компания дает возможность сторонним производителям максимально кастомизировать свои чипы. Так, Qualcomm в топовых чипах предлагает собственные решения (основанные на тех же Cortex) — Kryo. У флагманского Snapdragon 845, например, стоит 8 ядер Kryo 385. В данном случае используются одни и те же ядра с разной частотой: для требовательных задач до 2,8 ГГц, а в простых — до 1,8 ГГц.
Со следующими названиями графических ускорителей вы также наверняка знакомы. Qualcomm использует собственную разработку Adreno, у Apple стоят решения от PowerVR, а у всех остальных ARM Mali – разработка той же компании, которой принадлежит архитектура. Возможности каждого ускорителя можно определить количеством ядер, но намного важнее смотреть на поддерживаемые технологии: OpenGL ES 3.2, DirectX 12 и так далее.
В скобочках с уточнением техпроцесса часто указывается название компании, которая производит чипы (Samsung или TSMC).
Названия сетевых модемов вам вряд ли что-то скажут, поэтому всегда смотрите на максимальные показатели скорости, достижимые при их использовании в устройствах.
Тенденции
Тик-так
Вот так это выглядит у Intel, но мобильная индустрия уже впереди
Искусственный интеллект
Эту тему также эксплуатируют почти все производители.
У Huawei есть NPU (neural processing unit) для задач, связанных с работой нейронных сетей, искусственного интеллекта и так далее. У A11, который имеет приставку Bionic в названии, за это отвечает Neural Engine. А вот у Qualcomm пока нет выделенного решения. За ИИ в чипах компании отвечает сигнальный процессор Hexagon.
В скором времени стоит ожидать появления отдельных модулей даже в среднебюджетных и недорогих чипах. Пока этим может похвастаться лишь Helio P60.
Модем
Здесь речь идет уже больше не о чипах, а о производителях устройств, которые успеют использовать их раньше остальных, застолбив за собой звание первых со связью нового поколения.
Новое поколение связи не только обеспечит большую скорость данных, но и даст возможность использовать режим «device-to-device», минуя сервера. Что касается чипов, то они постепенно начнут появляться сначала в дорогих устройствах, со временем становясь решением для всех.
Резюмируя
В отличие от микропроцессоров, устанавливаемых в компьютеры и ноутбуки, системы на кристалле (SoC) состоят из множества элементов и представляют из себя целые устройства, размещенные, тем не менее, на одной интегральной схеме.
Основные элементы любой такой схемы: процессорный модуль из нескольких ядер, графический процессор, модем, аудиочип и цифровой сигнальный процессор. Достаточно знать только их, чтобы составить впечатление о производительности чипа.
Все современные мобильные системы построены на архитектуре ARM, но сторонние производители добавляют в них собственные элементы, начиная с ядер и заканчивая графическими ускорителями. Двигателями отрасли являются Qualcomm, MediaTek, Huawei, Samsung и Apple.
В конце этого года мы ожидаем появления первых систем, построенных по 7нм техпроцессу, увеличения роли модулей для работы с искусственным интеллектом и перехода на связь нового поколения (5G).
Системы на кристалле: от наручных часов до больших боевых роботов
Давным давно, ещё в 1958 году, некто Джон Маккарти написал язык обработки списков под названием LISP. Написал он его потому, что увлекался созданием искусственного интеллекта, и ему нужен был подходящий язык.
С тех пор прогресс, конечно, есть, а вот искусственного интеллекта по-прежнему нет. Я вообще не понимаю, как можно спроектировать и создать такую сложную систему, как мозг и моё самомнение успокаивает только то, что не я один такой: пока никто не придумал, как сделать этот величайший куайн в истории человечества. Но ведь сделают и создадут уже, наконец-то, киборгов.
При создании исккуственного интеллекта одним лиспом не обойдёшься: нужно его на чём-то запускать и железо тоже не стоит на месте. Причём, именно тут, на мой взгляд, прогресс куда более заметен. Оно всегда так, когда пытаешься сравнить прогресс в практической и теоретической части.
С железом люди придумали умную штуку под названием система на кристалле (System On a Chip, SoC). Казалось бы, процессор себе и процессор, ну на кристалле и на кристалле, а ведь по принципу работы — это почти мозг. Он (мозг) — это биологическая система на кристалле: в нашем мозге находится и центральный процессор, и графический процессор, и модуль управления памятью, и сама память как кратковременная, так и долгосрочная, и система ввода-вывода.
Как всем нам известно, прорыв в схемотехнике случился благодаря транзистору, но новый этап наступил в 1978 году, когда Intel выпустила в свет процессор 8086, прародителя нашего счастливого настоящего (изначально, кстати, считалось, что он способен на управление светофором, но никак не компьютером). Но гораздо интереснее, что за два года до этого в Intel создали первую систему на кристалле. Это были «всего лишь» электронные часы Microma LCD watch (ссылка с фотографиями). И внутри у них была система на кристалле под названием Intel 5810 CMOS chip.
Прогресс на часах не остановился, техпроцессы всё улучшались и улучшались, а транзисторы становились меньше и меньше. На место больших вакуумных ламп пришли транзисторы, изготовленные по 1.5-1 микрометровой технологии (если положить в ряд штук 200, то они как раз займут миллиметр на линейке). По этой технологи в Intel в 1985 году сделали процессор третьего поколения 80386 (кстати, а вы знали, что 80386 выпускала не только Intel, но и AMD? :)). Примечательна также и модель 386SL 1990 года, объединяющая на одном кристалле процессор, контроллер шины, контроллер оперативной и внешней кеш-памяти. А в 1995 появился 386EX, в кристалл которого поместили ещё контроллер прерываний, таймеры, счётчики и логику тестирования JTAG, которая используется и по сей день для прошивки и контроля качества микросхем. Несмотря на свои незначительные, по сегодняшним меркам, 25Мгц, процессор 386EX встраивали в спутники. Такая вот система на кристалле на орбите получилась.
В 2007 году Intel анонсировала своё следущее SoC решение Intel EP80579 с кодовым названием Tolapai. На одном кристалле объединили процессор с частотой от 600 Мгц до 1200 Мгц, контроллер памяти и I/O контроллеры, а в качестве killer feature в некоторых вариациях на чипе был расположен QuickAssist для аппаратного шифрования, и его использовали, например, в vpn-решениях. На сайте Intel есть отличная презентация, которая мне очень понравилась (ну, насколько вообще нормальному человеку может понравиться презентация).
Самая современная система на кристалле от Intel выполнена по 32нм технологии и называется Atom Z2460 с кодовым именем Medfield. Уже сегодня на Medfield есть прототип смартфона про который недавно был написан хороший пост и совсем скоро он должен поступить в продажу.
Современность
Системы на кристалле — это совсем непросто, да и видов их уже больше одного. Например, бывают мультипроцессорные системы на кристалле. Есть частный случай SoC под названием сеть на кристалле — с текущим техпроцессом уже совсем не обязательно делать сетевую PCI-карту, достаточно небольшого чипа на материнской плате. И радио на кристалле, которое объединяет на одном чипе и приёмник, и передатчик и занимает совсем немного места, по сравнению с предыдущими решениями.
С точки зрения пользователя, ничего особенного в SoC нет. Подумаешь, раньше была большая плата с кучей разноцветных штук, а теперь этих разноцветных штук мало. Велика разница. Но выгода налицо: из-за того, что все распологается внутри одного кристалла значительно уменьшается энергопотребление (это особенно важно для мобильных и автономных решений) и тепловыделение, а значит, можно обойтись либо пассивным охлаждением, либо слабеньким куллером. Ну и цена будет со временем всё ниже и ниже, что тоже всегда приятно.
У производителя всё обстоит не так просто. Чем сложнее устроено нечто, тем сложнее это нечто делать. Если это нечто ещё и маленькое, то делать это совсем непросто. SoC объединяет в себе много совершенно разных вещей, которые традиционно принято разносить по всей материнской плате, и поэтому нужен оригинальный подход к проектированию, позволяющий располагать большое колличество разнотипных компонентов в маленьком корпусе, причем, так, чтобы при работе они не мешали друг другу.
К сложностям проектирования добавляется и увеличивающийся процент брака, неизбежно возникающий при переходе на более высокий уровень техпроцесса. Впрочем, компания Intel уже строит завод Fab42, который будет изготавливать процессоры не по «допотопному» 32нм техроцессу, а по 14нм! Тогда в SoC можно будет разместить ещё больше транзисторов и тем самым увеличить их производительность. Что тогда произойдёт с обычными микропроцессорами, подумать страшно. Берегись, закон Мура!
Конечно же, Intel не единственный производитель систем на кристалле: их достаточно большое колличество, и среди них такие известные бренды как Atheros, ARM Holdings, Broadcom, Marvell Technology Group, Nokia, NVIDIA, Qualcomm, Sharp и другие.
Ближайшее будущее
Системы на кристалле заменят современные микропроцессоры так же, как микропроцессоры заменили вакуумные лампы — это просто вопрос времени. А там, глядишь, и Терминатора соберут.
Уже сейчас SoC можно встретить везде, например, в наручных часах. Хотя, кто сейчас носит наручные часы? Посмотрите, лучше, на свой смартфон. Если он работает на Android, Meego или iOS, там внутри система на кристалле. Посмотрите на свой роутер или adsl-модем — и там внутри SoC. Плеер? И в нём тоже. Да любой микроконтроллер (и даже всеми нами любимая ардуинка) — это система на кристалле.
SoC уже везде. Пока они занимают нишу устройств, не требующих высокой производительности, но это всего лишь вопрос времени. С нетерпением жду того дня, когда мне больше не нужно будет носить с собой тяжеленный ноутбук (нет, я не хочу компьютер в облаке), а будет хватать телефона, клавиатуру к которому я буду подключать по блутузу, а монитор через WiDi, и производительности этого телефона мне будет хватать для всего.