Med så mycket prat om Apples M1 och smartphone chips i dessa dagar, kan du höra om ”system på ett chip” (SoC) designs används i dem. Men vad är SoCs, och hur de skiljer sig från processorer och mikroprocessorer? Vi kommer att förklara.
System on a Chip: Snabb Definition
Ett system på ett chip är en integrerad krets som kombinerar många element av ett datorsystem till ett enda chip. En SoC innefattar alltid en CPU, men det kan också innefatta systemminnet, perifera styrenheter (för USB, lagring), och mer avancerade kringutrustning såsom grafik behandlingsenheter (GPU), specialiserad neural nätverkskretsar, radiomodem (till Blåtand eller Wi-Fi), och mycket mer.
Ett system på ett chip tillvägagångssätt är i kontrast med en traditionell dator med en CPU-chip och separata styrchips, en GPU, och RAM, som kan bytas ut, uppgraderas eller bytas vid behov. Användningen av SoCs gör datorer mindre, snabbare, billigare och mindre makthungriga.
RELATERAD: Vad är Bluetooth?
En kort historia av Electronics Integration
Sedan början av 20-talet har utvecklingen av elektronik följde ett förutsägbart sätt när det gäller två stora trender: miniatyrisering och integration. Miniatyrisering har sett individuella elektroniska komponenter såsom kondensatorer , motstånd och transistorer blir mindre med tiden. Och med uppfinningen av den integrerad krets (IC) i 1958, har integrering kombinerat flera elektroniska komponenter på ett enda stycke av kisel, vilket möjliggör ännu ytterligare miniatyrisering.
Eftersom detta miniatyrisering av elektronik ägde rum under 20-talet, datorer blev mindre också. De tidigaste digitala datorerna gjordes av stora diskreta komponenter såsom reläer eller vakuumrör. Senare använde de diskreta transistorer, då grupper av integrerade kretsar. I 1972, Intel kombinerade elementen i en datorcentralprocessorenhet (CPU) till en enda integrerad krets, och den första kommersiella, single-chip mikroprocessor föddes. Med mikroprocessorn kan datorerna vara mindre och använda mindre ström än någonsin tidigare.
RELATERAD: Mikroprocessorn är 50: firar Intel 4004
Ange Microcontroller och system på ett chip
1974 Texas Instruments släppte den första mikrokontroller , Som är en typ av mikroprocessor med RAM och I / O-enheter integreras med en CPU på ett enda chip. Istället för att behöva separata IC för en CPU, RAM, minnesstyrenhet, seriella styrenheten, och mer, kan allt detta placeras i ett enda chip för små inbäddade applikationer såsom Pocket-kalkylatorer och elektroniska leksaker.
Under större delen av PC-eran, med hjälp av en mikroprocessor med separata controller chips, RAM och grafikhårdvara resulterat i de mest flexibla och kraftfulla persondatorer. Mikrokontrollers var i allmänhet alltför begränsad för att vara bra för allmänna beräkningsuppgifter, så den traditionella metoden att använda mikroprocessorer med diskreta stöd marker återstod.
Nyligen har enheten mot smartphones och surfplattor drivit integration ännu längre än mikroprocessorer eller mikrokontroller. Resultatet är att systemet på ett chip, som kan packa många element i ett modernt datorsystem (GPU, cellmodem, AI acceleratorer, USB controller, nätverksgränssnitt) tillsammans med CPU och systemminnet i ett enda paket. Det är ytterligare ett steg i den fortsatta integration och miniatyrisering av elektronik som sannolikt kommer att fortsätta långt in i framtiden.
Varför använda ett system på en Chip?
Sätta flera element i ett datorsystem på ett enda stycke av kisel sänker effektkraven, reducerar kostnaden, ökar prestanda och minskar fysisk storlek. Allt detta bidrar dramatiskt när man försöker skapa allt mer kraftfulla smartphones, surfplattor och bärbara datorer som använder mindre batteritid.
Till exempel är Apple stolt i att göra kapabla, kompakta datorer. Under de senaste 14 åren har Apple använt SOCS i sina iPhone och iPad linjer. Först användes de Armbaserad Socs designad av andra företag. Under 2010 debuterade Apple A4 Soc , som var den första iPhone SOC designad av Apple. Sedan dess har Apple iterat på sin A-serie av chips med stor framgång. Socs hjälp iPhones använder mindre makt medan du fortfarande bor kompakt och blir mer kapabel hela tiden. Andra smartphone tillverkare använder också Socs också.
Fram till nyligen, Socs sällan uppträdde i stationära datorer. År 2020 introducerade Apple M1 , dess första SOC för stationära och anteckningsbara Macs. M1 kombinerar en CPU, GPU, minne och mer på en bit av kisel. År 2021 förbättrades Apple på M1 med M1 Pro och M1 Max . Alla tre av dessa marker ger Macs imponerande prestanda samtidigt som strömmen slår i förhållande till den traditionella diskreta mikroprocessorarkitekturen som finns i de flesta datorer.
De Hallon pi 4 , en populär hobbyistdator, använder också ett system på ett chip (a Broadcom BCM2711 ) För sina kärnfunktioner, som håller enheten kostar låg (ca $ 35) samtidigt som det ger gott om makt. Framtiden är ljus för SOCS, som fortsätter traditionen för elektronikintegration och miniatyrisering som började över ett sekel sedan. Spännande tider framåt!
RELATERAD: Vad är skillnaden mellan Apples M1, M1 Pro, och M1 Max?
