ما هو SoC؟

إذا سبق لك أن نظرت داخل برج كمبيوتر ، يمكنك أن ترى أن هناك الكثير من المكونات المختلفة. يحتوي الكمبيوتر المحمول العادي على معظم المكونات نفسها ولكنه يقلص حجمها ، ويعيد تنسيقها ، ويقلص أكبر قدر ممكن من المساحة "الضائعة". يمكن للهاتف الذكي أن يفعل نفس الأشياء مثل كمبيوتر سطح المكتب أو الكمبيوتر المحمول ، على الرغم من أنه من المسلم به أنه ليس بالسرعة نفسها. إنه يفعل ذلك لأنه يحتوي على نفس نوع الأجهزة. على الرغم من ذلك ، في جسم الهاتف الذكي الصغير ، لا توجد مساحة كافية للأشياء حتى تبدو وكأنها كمبيوتر محمول. للتغلب على قيود المساحة الكبيرة ، يتم استخدام نموذج تصميم جديد تمامًا.

النظام على رقاقة

يتم تشغيل الكمبيوتر بواسطة وحدة المعالجة المركزية أو الهاتف الذكي بواسطة SoC أو نظام على رقاقة. يحتوي SoC على وحدة معالجة مركزية ، ولكنه يحتوي أيضًا على أكثر من ذلك بكثير. وهذا ما يميزه ، ويمكّن عامل شكل الهاتف الذكي الصغير من تقديم نفس ميزات الكمبيوتر أثناء تركيبه في جيبك وتشغيل بطارية صغيرة.

ملاحظة: SoC اختصار لـ System on Chip ، ومع ذلك ، فإن نظام الانكماش على الشريحة يكون أكثر منطقية. إذا كان ذلك مفيدًا ، يمكنك افتراض أن الحرف "a" موجود بين قوسين ويتم افتراضه ولكنه لم يُقال.

يتمثل نموذج الكمبيوتر في فصل الأجزاء حتى تتمكن من تحسين كل منها بشكل مستقل وتبريدها بشكل صحيح ، على الرغم من أن أجهزة الكمبيوتر المحمولة تميل إلى الصراع مع هذا الجزء الأخير. يتمثل نموذج الأجهزة المحمولة في تجميع كل شيء معًا في شريحة فائقة شاملة واحدة ونظام كمبيوتر كامل على شريحة واحدة.

ماذا تحتوي شركة نفط الجنوب؟

يعتمد الأمر حقًا على SoC وما هو المقصود منه. يجب أن تحتوي على جوهر معالجة واحد على الأقل. يمكن أن يكون هذا نواة وحدة المعالجة المركزية للأغراض العامة ، أو يمكن أن يكون نواة متحكم دقيق أو شيء أكثر تحديدًا مثل معالج الإشارات الرقمية. عادةً ما تحتوي SoC على عدة مراكز معالجة ، على الرغم من أن بعض المنتجات البسيطة قد تستخدم واحدة فقط. يجب أن تحتوي SoC أيضًا على نوع من الاتصال البيني لتوصيل المكونات المختلفة على الشريحة. من الناحية التاريخية ، كان هذا ناقلًا مشتركًا ، ومع ذلك ، تتجه الأنظمة الحالية والمستقبلية نحو نظام أكثر قوة يشبه الشبكة يشار إليه باسم NoC أو Network on Chip.

نصيحة: لا يجب الخلط بين رقم عدم الممانعة ومركز عمليات الشبكة.

كل شيء آخر اختياري ، على الرغم من أنه يجب احتواء المزيد حتى تكون شركة نفط الجنوب. يمكن دمج الذاكرة ووحدة التحكم في الذاكرة في الشريحة في شكل ذاكرة التخزين المؤقت SRAM و DRAM ، على الرغم من إمكانية استخدام الذاكرة خارج الشريحة أيضًا. تميل SoCs المخصصة للهواتف الذكية إلى دمج أنواع أخرى من وحدات المعالجة مثل GPU و NPU ومعالج الإشارات الرقمية المدمج.

zzz

لماذا تختار SoC؟

عادةً ما تكون SoC عبارة عن شريحة سيليكون متجانسة واحدة. ومع ذلك ، بدأت تقنيات التغليف الحديثة في تمكين التراص ثلاثي الأبعاد لرقائق السيليكون فوق بعضها البعض. لا يزال يشار إلى هذه التصميمات ثلاثية الأبعاد على أنها شرائح فردية وكذلك SoCs. يتم تمييز SoC الذي يستخدم chiplets المتميزة كنظام في حزمة أو SIP.

يعد تصميم نظام يدمج كل شيء في شريحة واحدة أمرًا ممتازًا للبيئات ذات المساحات المحدودة نظرًا لأن كثافة IP على السيليكون عالية للغاية. ومع ذلك ، فإن تحديات الفضاء تحدث. تميل الرقائق الأكبر حجمًا إلى الحصول على عوائد أقل حيث من المرجح أن تؤثر العيوب الموجودة في رقاقة السيليكون على أي شريحة معينة. إن تعبئة الكثير من طاقة المعالجة معًا يعني أيضًا أنه يمكن أن يكون هناك الكثير من إنتاج الحرارة. يعني هذا مجتمعة أنه يجب تقديم تنازلات لضمان استقرار النظام. يتآزر هذا أيضًا بشكل جيد مع متطلبات الطاقة للعديد من الأجهزة التي تعمل بالبطارية والتي تستخدم SoCs حيث تكون كفاءة الطاقة هي المفتاح.

بالنسبة لأجهزة المستخدم النهائي المباشر ، يجب إيجاد توازن بين كفاءة الطاقة العالية والأداء العالي. لتحقيق هذه الغاية ، تستخدم معظم شرائح الهاتف الذكي مجموعة من نوى وحدة المعالجة المركزية ، تم ضبط بعضها للأداء والبعض الآخر تم ضبطه لتحقيق الكفاءة.

من خلال وضع كل شيء على شريحة واحدة ، يتم تقليل زمن الوصول إلى الحد الأدنى ويمكن تحقيق نطاقات أعلى. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقليل الطاقة اللازمة لتوصيل الإشارات لأن "الكابلات" أقصر. مع وجود شريحة مدمجة بإحكام ، هناك القليل من الأخطاء. بالإضافة إلى ذلك ، لا تشمل تكاليف التصنيع تكاليف خطوات الدمج الإضافية كما هو الحال في تصميم رقاقة صغيرة.

حدود شركة نفط الجنوب

أكبر حد منفرد لشركة نفط الجنوب هو كثافة الحرارة / الطاقة. من الصعب تبريد الأجهزة ، خاصةً شيء مثل الهاتف الذكي الذي يجب أن يعتمد على التبريد السلبي. يجب ضبط SoC على الغلاف الحراري المتوقع. هذا هو في النهاية عامل الحد من الأداء على الهواتف الذكية. عند التوسع في الأجهزة ذات التبريد الأكثر نشاطًا مثل كتب Mac الحديثة باستخدام السيليكون المصمم ذاتيًا من Apple ، يمكن زيادة ميزانية الطاقة حيث يمكن تبديد هذه الحرارة بشكل أكثر كفاءة. على هذا النحو ، توفر شرائح M1 و M2 قوة معالجة أكبر بكثير من شريحة هاتف ذكي SoC.

هناك حد لهذا بالرغم من ذلك. إن وحدات المعالجة المركزية (CPU) الحديثة المتطورة ووحدات معالجة الرسومات (GPU) ساخنة بالفعل بشكل لا يصدق. لا يمكنك ببساطة دمج كليهما في شركة نفط الجنوب كبيرة واحدة. ستكون الكثافة الحرارية عالية جدًا ، وسيكون من المستحيل تبريدها بشكل أساسي. بعض هذه الأجهزة ، ووحدات معالجة الرسومات (GPU) أكثر من وحدات المعالجة المركزية (CPU) تصل أيضًا إلى حدود التكنولوجيا الحالية فيما يتعلق بالرقائق المتجانسة. يمكن ملاحظة ذلك من خلال التحول الذي بدأ بالفعل نحو تصميمات رقاقة صغيرة.

تساعد Chiplets في نواح كثيرة ، وتقليل بعض تكاليف التصميم وزيادة الغلة ولكن ليس لها تأثير كبير على درجات الحرارة حيث لا تزال تحتاج إلى حزم chiplets بالقرب من بعضها البعض ومشاركة نفس معدات تبديد الحرارة. على هذا النحو ، لا يوجد سوى قدر كبير من قوة المعالجة التي يمكن حشرها في SoC قبل أن تصبح كبيرة جدًا وغير عملية ، وعند هذه النقطة يمكن تحقيق أداء أكبر عن طريق فصل المكونات كما هو موضح في أجهزة الكمبيوتر الحديثة.

ومع ذلك ، فإن أجهزة الكمبيوتر تدمج ببطء المزيد والمزيد من الميزات في وحدة المعالجة المركزية. هناك فوائد أداء للقيام بذلك. من غير المحتمل أن تمتد هذه العملية إلى أبعد مما ينبغي. من غير المحتمل أن يتم دمج التخزين كبير السعة والذاكرة الحيوية والرسومات المتطورة بشكل خاص.

خاتمة

SoC تعني System on Chip. لا ينبغي الخلط بينه وبين SOC التي تعني مركز عمليات الأمان أو أنظمة التحكم في المؤسسة. إنه مفهوم دمج معظم مكونات جهاز الكمبيوتر مباشرة في شريحة سيليكون واحدة. جوهر الشريحة هو وحدة المعالجة المركزية ولكن يتم أيضًا تضمين معظم المكونات الأخرى وقوة المعالجة بشكل مباشر. لقد كان نموذج تصميم SoC ناجحًا للغاية في سوق الهواتف الذكية. كما أنه يرى استخدامًا في الأجهزة المضمنة ، وإنترنت الأشياء ، والأنظمة الصناعية حيث يقدم "ذكاء" أكثر من المتحكمات الدقيقة التقليدية. يمكن العثور على SoCs أيضًا في الأجهزة اللوحية وبعض أجهزة الكمبيوتر المحمولة الرقيقة والخفيفة.

نظرًا لسوقها ، يتم ضبط SoCs عادةً لكفاءة الطاقة مع أداء ذروة اختياري عند الطلب. هذا ليس بالضرورة جزءًا لا يتجزأ من التصميم. الأداء العام مقيد بالكثافة الحرارية مما يعني أن هناك حدودًا لمقدار الوظائف التي يجب دمجها في SoC بدلاً من تقسيمها.