Le système sur puce est une petite puce avec tous les composants et circuits électroniques nécessaires. Dans la littérature anglaise, le terme SoC (system-on-a-chip) est utilisé. Le système dans le dispositif de détection de son peut comprendre un CAN, un récepteur audio, une mémoire, un microprocesseur et une commande logique d'E/S utilisateur sur une seule puce.
En médecine, un système SoC basé sur des nano-robots peut agir comme des anticorps programmables pour retarder les premières maladies. Les appareils vidéo à puce peuvent aider les personnes aveugles en leur permettant de recevoir une image, et les appareils audio SoC peuvent faire entendre les personnes sourdes. Le système sur puce évolue avec d'autres technologies telles que le SOI (silicium sur isolant).
Définitions des termes
Le système SoC combine les circuits électroniques requis de divers composants informatiques sur une seule puce intégrée (IC). Un SoC est un système électronique de substrat complet qui peut contenir des signaux analogiques,fonctions numériques, mixtes ou RF. Ses composants comprennent généralement une unité de traitement graphique (GPU), une unité centrale de traitement (CPU), qui peut être multicœur, et une mémoire système (RAM).
Étant donné que le système sur puce comprend à la fois du matériel et des logiciels, il consomme moins d'énergie, offre de meilleures performances, nécessite moins d'espace et est plus fiable que les systèmes multipuces. La plupart des puces système sont aujourd'hui incluses dans les appareils mobiles tels que les smartphones et les tablettes.
Le System-on-a-Chip est spécialement conçu pour répondre aux normes d'incorporation des circuits électroniques requis de nombreux composants informatiques sur une seule puce intégrée. Au lieu d'un système qui assemble plusieurs puces et composants sur un PCB, un SoC crée tous les circuits nécessaires dans un seul appareil.
Les défis du SoC incluent des coûts de prototypage plus élevés, une architecture et un débogage plus complexe. Les circuits intégrés ne sont pas rentables. Cependant, cela peut changer à mesure que la technologie progresse.
Paramètres de micropuce requis
System on Chip Les SoC sont des appareils très complexes. Par exemple, le système sur puce Snapdragon 600 de Qualcomm est le SoC qui était utilisé dans l'ancien smartphone Samsung Galaxy.
Les gens veulent pouvoir utiliser leur smartphone pour surfer sur Internet, écouter de la musique, regarder des vidéos, utiliser la navigation GPS, prendre des photos et des vidéos, jouer à des jeux, accéder aux réseaux sociaux. Toutes ces fonctionnalitéssont fournis non seulement avec un bon processeur, mais également avec une puissante puce graphique System on Chip SoC, un chipset Bluetooth sans fil rapide et une prise en charge de la connexion aux réseaux 4G. Tout cela devrait fonctionner avec la moindre consommation d'énergie.
La solution est de miniaturiser tout ce qui peut être installé. Les appareils doivent être aussi compressés que possible et placés de manière compacte sur une surface plus petite. La conséquence en est une puissance de traitement plus élevée et une consommation d'énergie réduite. C'est exactement ce que propose le SoC.
Conception de système sur puce
Conceptuellement, il existe trois niveaux de stratégie de conception pour les puces fonctionnelles. Le premier niveau est la symétrie du groupe ponctuel. Il dicte la présence ou l'absence d'une certaine réponse physique et anisotropie du cristal. Par conséquent, il peut être utilisé pour rechercher et protéger de nouveaux cristaux fonctionnels.
La symétrie des groupes ponctuels est une exigence nécessaire, mais pas une condition suffisante pour un cristal fonctionnel. Pour qu'un système sur puce SNK présente une propriété particulière, il doit être complété par un deuxième niveau de stratégie de conception: structure de groupe d'espace ou symétrie.
Enfin, pour améliorer ou optimiser la réponse, il existe un troisième niveau de stratégie de conception d'ingénierie moléculaire qui consiste à affiner les structures électroniques ou magnétiques des éléments constitutifs des atomes, des molécules et des amas de cristaux.
Composantsappareils mobiles
Un système sur puce SoC peut avoir divers éléments, selon son objectif. Étant donné que la grande majorité des SoC sont utilisés sur les smartphones, nous proposons une liste des composants les plus courants de ces appareils:
- CPU est le cœur du SoC. C'est la partie qui est chargée de faire la plupart des calculs et des décisions. Il reçoit des entrées d'autres composants matériels et logiciels et fournit des réponses de sortie appropriées. Sans le CPU, il n'y aurait pas de SoC. La plupart des processeurs d'aujourd'hui ont deux, quatre ou huit cœurs à l'intérieur.
- GPU - raccourci pour le module de traitement graphique. On l'appelle aussi une puce vidéo. Le GPU est responsable des jeux 3D ainsi que des transitions visuelles soignées qui sont visibles dans l'interface de tout appareil utilisant un système à puce unique.
- Mémoire RAM - tous les appareils informatiques ont besoin de mémoire pour fonctionner. Pour pouvoir exécuter des applications et des données logicielles, vous devez les utiliser. Pour ce faire, le système sur puce doit disposer de RAM.
- ROM - Tout appareil doit disposer d'une mémoire ROM pour stocker des logiciels tels que le micrologiciel ou le système d'exploitation sur lequel il s'exécute.
- Modem - un smartphone ne sera pas un téléphone s'il ne peut pas se connecter aux réseaux radio. Les modems s'occupent du réseau ou de la connexion cellulaire.
En plus du processeur et de la mémoire, d'autres SoC peuvent inclure des interfaces PCIe conçues pourconnecter des émetteurs-récepteurs radio, des interfaces SATA ou des périphériques USB.
Conception de puces
Les systèmes sur une puce doivent avoir des blocs de mémoire à semi-conducteurs pour effectuer leurs calculs. Selon l'application du SoC, la mémoire peut former une hiérarchie de mémoire et de cache. Ceci est courant sur le marché de l'informatique mobile, mais n'est pas requis dans de nombreux microcontrôleurs embarqués à faible consommation.
Les technologies de mémoire pour les SoC comprennent la mémoire morte (ROM), la mémoire vive (RAM), la ROM programmable effaçable électriquement (EEPROM) et la mémoire flash. Comme pour les autres systèmes informatiques, la RAM peut être divisée en la RAM statique (SRAM) relativement plus rapide mais plus chère et la RAM dynamique (DRAM) plus lente mais moins chère comme le système sur puce illustré dans cet article.
Interfaces externes
Les SoC incluent des interfaces externes, généralement pour les protocoles de communication. Ils sont souvent basés sur des normes industrielles telles que USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI, HDMI, I2C, etc. Les protocoles de réseau sans fil tels que Wi-Fi, Bluetooth, 6LoWPAN et la communication en champ proche peuvent également être pris en charge.
Si nécessaire, les SoC incluent des interfaces analogiques pour le traitement du signal. Ils peuvent interagir avec différents types de capteurs ou d'actionneurs, y compris des convertisseurs intelligents. Ils peuvent également contacter desapplications du module ou être interne au SoC, par exemple, si un capteur analogique est intégré au SoC et que ses lectures doivent être converties en signaux numériques pour un traitement mathématique.
Processeur de signal numérique
Les processeurs de signaux numériques (DSP) sont souvent inclus dans les systèmes sur puce. Ils effectuent le traitement du signal de fonctionnement pour les capteurs, les actionneurs, l'acquisition de données, l'analyse de données et le traitement multimédia. Les cœurs DSP ont généralement un mot d'instruction très long (VLIW) et une architecture de jeu d'instructions unidirectionnelle, ils peuvent donc exploiter le parallélisme.
Les cœurs 4DSP contiennent le plus souvent des instructions spécifiques à l'application et sont les processeurs de l'ensemble de manuels spécifiques à l'application ASIP. Ces instructions correspondent à des unités fonctionnelles spécialisées.
Les instructions DSP typiques incluent l'accumulation multiple, la transformée de Fourier rapide, la multiplication douce et la convolution. Comme avec d'autres systèmes informatiques, les SoC nécessitent des sources d'horloge pour générer des signaux d'horloge, contrôler l'exécution des fonctions et fournir un contexte de synchronisation aux applications de traitement du signal si nécessaire.
Les sources de temps les plus populaires sont les oscillateurs à cristal et les boucles à verrouillage de phase. Les SoC incluent également des régulateurs de tension et des circuits de gestion de l'alimentation.
La différence entre SoC et CPU
Il était une fois, beaucoup de gens pensaient que le processeur était complètement isolé du moniteur. Maintenant, beaucoup comprennent que le CPU n'est qu'une infime partie,et un ordinateur est composé de plusieurs parties.
Le système sur puce est une carte de circuit électronique qui intègre tous les composants nécessaires dans un ordinateur et d'autres systèmes électroniques. Ceux-ci incluent le GPU, le CPU, la mémoire, les circuits de gestion de l'alimentation, le contrôleur USB, les radios sans fil, etc. Ces composants sont soudés sur la carte mère, ce qui est différent des ordinateurs conventionnels, dont certaines parties peuvent être remplacées à tout moment.
On pourrait dire qu'un système sur puce (SoC) est ce qui se passe lorsque Vector de Despicable Me utilise la "compression de faisceau" sur un ordinateur à part entière. Grâce à la puissance de la miniaturisation, le système sur puce est un ordinateur fonctionnel qui a été compressé pour tenir sur une seule puce de silicium.
Où les puces sont utilisées
SoC est généralement minuscule et ne prend pas beaucoup de place à l'intérieur d'un appareil électronique, ce qui le rend idéal pour les petits appareils. Il combine de nombreuses pièces différentes sur une seule puce, ce qui signifie que son fabricant n'a pas à consacrer du temps, de l'argent et des ressources à la mise en place de pièces physiques importantes et à la construction de longs circuits, ce qui signifie à son tour une baisse de la production et des coûts. Les systèmes sur puce sont beaucoup plus efficaces que ceux dotés de composants individuels dédiés, tels qu'un ordinateur de bureau ou un ordinateur portable. Le SoC peut fonctionner sur piles plus longtemps.
Les approches traditionnelles de l'électronique consistaient à créer des systèmes fonctionnant sur desparties indépendantes. Les exemples sont les ordinateurs et les ordinateurs portables. Cependant, la miniaturisation constante de tout ce qui les entoure signifie qu'ils s'appuient de plus en plus sur des systèmes plus petits et plus économes en énergie sur une puce. Les smartphones, les tablettes et même les appareils IoT (Internet des objets) prouvent que les systèmes sur puces sont une partie importante de l'avenir de tous les appareils électroniques.
Périphérique Intel Pentium N3710
Le Pentium N3710 est un système sur puce quadricœur 64 bits conçu par Intel et introduit début 2015 sous le numéro de pièce 3710. Basé sur la microarchitecture Airmont. Cette puce fonctionne à 1,6 GHz avec un mode jusqu'à 2,57 GHz. Le SoC inclut le GPU HD Graphics 405 qui dispose de 16 unités d'exécution et fonctionne à 400 MHz
Détails de l'architecture du système sur puce N3710:
- Concepteur - Intel.
- Fabricant - Intel.
- Numéro de modèle - N3710.
- Numéro de pièce - FH8066501715927
- Portée - mobile.
- Numéro - Mars 2015
- Pentium série N3000.
- Fréquence - 1600 MHz.
- Vitesse - 2567 MHz (1 cœur).
- Type de bus - IDI CPUID 406C4.
- Microarchitecture – Airmont.
- Le nom principal est Braswell.
- Technologie - CMOS.
- Taille du mot - 64 bits.
- Processeurs maximum - monoprocesseur.
- La mémoire maximale est de 8 Go.
- Température PP 0 C - 90 C.
- IntégréInformations graphiques GPU - HD Graphics 405.
- La fréquence maximale est de 700 MHz.
Avantages des systèmes à puce
L'objectif principal de l'utilisation du SOC dans la conception implique les étapes qui constituent les avantages de l'appareil:
- SOC est de petite taille mais comprend de nombreuses fonctionnalités.
- Flexibilité. En termes de taille de puce, de puissance et de facteur de forme, ces systèmes sont très difficiles à battre par d'autres appareils.
- Rendement des coûts, en particulier pour des applications SoC spécifiques telles que le code vidéo.
- Le système sur puce est innombrable. Pour les produits à haute capacité, ils simplifient la protection des ressources et les coûts d'ingénierie.
Cependant, un appareil aussi excellent a ses inconvénients:
- Investissement en temps important. Le processus de conception du SoC peut prendre de 6 à 12 mois.
- Ressources limitées.
- Si un produit à faible volume est développé, un équipement haut de gamme sera nécessaire. Il peut être préférable d'utiliser du matériel tiers, de consacrer du temps et des ressources à des logiciels d'application.
Les systèmes sur puce ont le gros inconvénient de ne pas être adaptables du tout. En d'autres termes, ils ne peuvent pas être mis à niveau. Un système sur une puce meurt généralement de la même manière qu'il a été créé. Rien ne change pendant toute la durée de vie. Si quelque chose se brise à l'intérieur de l'instrument, seule cette pièce ne peut pas être réparée ou changée. Doit remplacer l'ensemble du SoC.
Les plus grands producteurspuces mobiles
Nous vous proposons un bref aperçu des systèmes sur puce des principaux fabricants: Qualcomm, Samsung, MediaTek, Huawei, NVIDIA et Broadcom. Qualcomm, NVIDIA et MediaTek fabriquent et vendent principalement des SoC mobiles pour les entreprises de matériel à utiliser dans les appareils qu'ils fabriquent. Broadcom fabrique des SoC qui sont utilisés dans les routeurs et les appareils réseau, et Samsung et Huawei fabriquent non seulement des SoC, mais sont les deux plus grandes entreprises au monde à les utiliser.
Vous ne pouvez pas dire quel système sur une puce est le meilleur. La conception et le développement de systèmes sur puce évoluent si rapidement qu'au moment de la comparaison, l'option sera déjà obsolète. Cependant, il faut se rappeler que le meilleur SoC n'est peut-être pas le meilleur pour les processeurs ou les transferts sans fil les plus rapides.
