Τι είναι το SoC (System on a Chip)

Έχετε ακούσει τον όρο System on a Chip ή αλλιώς SoC. Γνωρίζετε τι ακριβώς είναι αυτό και σε ποιες συσκευές υπάρχει;

Με τον όρο SoC στην τεχνολογία ορίζουμε διάφορες οντότητες, όπως Security Operation Center ή Service Organization Control. Η πιο διάσημη όμως ερμηνεία είναι η System on a Chip και αναφέρεται σε hardware υλικό.

Οι περισσότεροι χρηστές που έχουν καλή σχέση με την τεχνολογία έχουν ακούσει τον όρο System on a Chip ή SoC. Δεν ήταν ιδιαίτερα διάσημο πριν από δύο με τρεις δεκαετίες, ή τουλάχιστον δεν χρησιμοποιήθηκε τόσο ευρέως όσο σήμερα.

Ωστόσο, στις μέρες μας, το System on a Chip αντιπροσωπεύει μια προσέγγιση να γίνουν οι ηλεκτρονικές συσκευές μικρότερες, πιο ισχυρές και πιο ενεργειακά αποδοτικές από ποτέ.

Όμως γνωρίζετε πραγματικά τι είναι το SoC; Γιατί είναι σημαντικό για smartphone, tablet, ασύρματους δρομολογητές, φορητές συσκευές, IoT και άλλες κινητές συσκευές; Πάμε να τα δούμε όλα αυτά.

Τι είναι το System on a Chip (SoC)

Ένα System on a Chip (αρτικόλεξο = SoC) είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα που ενσωματώνει τα απαραίτητα στοιχεία ενός υπολογιστή ή ενός ηλεκτρονικού συστήματος σε ένα μόνο τσιπ.

Ετυμολογικά ο όρος είναι ολόσωστος, καθώς το πρώτο μέρος του όρου (System) λέει ότι πρόκειται για μια πολύπλοκη ηλεκτρονική συνάθροιση εξαρτημάτων, ενώ το τελευταίο μέρος (Chip) σας λέει ότι όλα τα στοιχεία του συστήματος συμπιέζονται μαζί σε ένα ενιαίο ολοκληρωμένο κύκλωμα.

Αυτά τα εξαρτήματα περιλαμβάνουν σχεδόν πάντα μία κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU), διεπαφές μνήμης, μονάδα γραφικών (GPU), συσκευές και διεπαφές εισόδου/εξόδου, δευτερεύουσες διεπαφές αποθήκευσης, μονάδα NPU (Neural Processing Unit) για εργασίες AI, συχνά παράλληλα με άλλα στοιχεία όπως Wi-Fi/Bluetooth, όλα σε ένα μεμονωμένο μικροτσίπ.

Είναι δηλαδή ένας μικρός πλήρης υπολογιστής σε ένα και μόνο φυσικό εξάρτημα.

Που χρησιμεύουν τα SoC;

Δεν θέλει και μεγάλη φαντασία αυτό το ερώτημα. Τα SoC χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλές βιομηχανίες για κάθε είδους σκοπούς που απαιτούν μικρά μεγέθη, όπως για smartphone, tablet, φορητές συσκευές, ψηφιακές κάμερες, ασύρματους δρομολογητές και ούτω καθεξής.

Ωστόσο, οι πιο συνηθισμένες χρήσεις τους σήμερα είναι πιθανώς για την κατασκευή smartphone. Αν αναρωτιέστε γιατί, έχετε κατά νου ότι τόσο τα smartphone όσο και τα tablet είναι μικρές συσκευές που χρειάζονται πολλή επεξεργαστική ισχύ για να λειτουργήσουν και όλες πρέπει να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις των χρηστών, οι οποίες γίνονται όλο και πιο απαιτητικές.

Αν έχετε ανοίξει ποτέ ένα smartphone, έστω και για να αλλάξετε μπαταρία, θα είδατε ότι η κύρια πλακέτα του έχει ουσιαστικά επάνω της ένα κεντρικό chip, το οποίο είναι ένα SoC και τα υπόλοιπα  περιφερειακά εξαρτήματα αντιπροσωπεύουν τις RAM, βύσματα, και θήκες.

 

Τα σύγχρονα τηλέφωνα γίνονται όλο πιο εξελιγμένα καθώς οι χρήστες τους απαιτούν να μπορούν να περιηγούνται στο διαδίκτυο, να ακούν μουσική, να παρακολουθούν βίντεο, να χρησιμοποιούν πλοήγηση GPS, να τραβούν φωτογραφίες και να κινηματογραφούν βίντεο, να παίζουν παιχνίδια, να είναι πάντα συνδεδεμένοι σε κοινωνικά δίκτυα κ.λπ.

Αυτά τα πράγματα χρειάζονται έναν καλό επεξεργαστή με γρήγορους πυρήνες και, πιο πρόσφατα, ένα NPU για εργασίες AI. Και όχι μόνο. Χρειάζονται επίσης ένα καλό τσιπ γραφικών, ένα γρήγορο τσιπ Wi-Fi και Bluetooth, υποστήριξη για σύνδεση σε δίκτυα 5G, τσιπ GPS και ένα σωρό άλλα καλούδια κ.λπ.

Επιπλέον, όλα πρέπει να συμβαίνουν με τη μικρότερη δυνατή κατανάλωση ενέργειας. Εξάλλου, κανείς δεν θέλει οι συσκευές του να κλείνουν μετά από πολύ λίγες ώρες χρήσης.

Η απάντηση σε όλες αυτές τις απαιτήσεις είναι να τα SoC, που προσφέρουν υψηλή επεξεργαστική ισχύς και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας..

Τι περιλαμβάνει ένα SoC

Ένα System on a Chip μπορεί να έχει ποικίλα στοιχεία, ανάλογα με τον σκοπό του. Ωστόσο, καθώς η συντριπτική πλειοψηφία των SoC χρησιμοποιούνται σε smartphone, ακολουθεί μια λίστα με τα πιο κοινά στοιχεία τέτοιων συσκευών:

• CPU: Είναι το μέρος του SoC που είναι υπεύθυνο για τη λήψη των περισσότερων υπολογισμών και αποφάσεων. Λαμβάνει δεδομένα από άλλα στοιχεία και παρέχει κατάλληλες αποκρίσεις εξόδου. Οι περισσότερες CPU σήμερα έχουν οκτώ ή περισσότερους πυρήνες μέσα τους, για να μπορούν να κάνουν παράλληλη επεξεργασία.

• NPU : Η Neural Processing Unit είναι ένας εξειδικευμένος επιταχυντής για το χειρισμό εργασιών τεχνητής νοημοσύνης (AI). Σε αντίθεση με τις CPU και τις GPU, οι NPU είναι βελτιστοποιημένες για αλγόριθμους βαθιάς εκμάθησης, καθιστώντας τις απαραίτητες για την αποτελεσματική εκτέλεση εργασιών όπως η επεξεργασία φυσικής γλώσσας ή η ανάλυση εικόνας.

• GPU: Πρόκειται για την Μονάδα Επεξεργασίας Γραφικών και είναι υπεύθυνη για τα τρισδιάστατα παιχνίδια που μπορείτε να παίξετε στο smartphone σας και για τα προσεγμένα οπτικά γραφικά που βλέπετε στην οθόνη σας.

• RAM : Όλες οι υπολογιστικές συσκευές χρειάζονται μνήμη για να λειτουργήσουν. Τα δεδομένα πρέπει να χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση εφαρμογών και λογισμικού και ένα σύστημα σε ένα τσιπ πρέπει να διαθέτει μνήμη RAM. Τα SoC υψηλότερης απόδοσης πιθανά να μην περιέχουν RAM και να συνδυάζονται με chip αποκλειστικής μνήμης και δευτερεύουσας αποθήκευσης (όπως LPDDR και eUFS ή eMMC, αντίστοιχα).

• ROM: Ακριβώς όπως ένας υπολογιστής χρειάζεται RAM για την εκτέλεση εφαρμογών και άλλου λογισμικού, πρέπει επίσης να έχει χώρο αποθήκευσης για λογισμικό όπως το firmware ή το λειτουργικό σύστημα.

• Μόντεμ/Wi-Fi/Bluetooth : Κανένα smartphone δεν θα ήταν έξυπνο τηλέφωνο αν δεν μπορούσε να συνδεθεί ασύρματα σε δίκτυα και συσκευές. Το SoC φροντίζει για την σύνδεσή σας στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας 5G και 4G, δίκτυα Wi-Fi και συνδέσεις Bluetooth.

Η παραπάνω λίστα στοιχείων αναφέρεται σε μερικά βασικά, απαραίτητα στοιχεία ενός συστήματος σε ένα τσιπ. Μία σκέτη CPU παρόλο που μπορεί να ενσωματώνει και μία GPU δεν μπορεί να χαρακτηριστεί SoC καθώς της λείπουν τα υπόλοιπα από την παραπάνω λίστα.

Ωστόσο, το Systems on Chips μπορεί να έχει και άλλα μέρη. Για παράδειγμα, πολλά έχουν εξαρτήματα σχεδιασμένα να λειτουργούν με υπηρεσίες GPS, αισθητήρες, ασφάλεια ή διεπαφές, ικανές να χειρίζονται κάμερες ή μεγαλύτερες οθόνες.

Δείτε ένα βίντεο με το πως κατασκευάζονται τα chips

Οι μεγαλύτερες εταιρείες Systems on Chips σήμερα είναι οι Qualcomm, Samsung, MediaTek, HUAWEI, NVIDIA και Broadcom.

Η Qualcomm, η NVIDIA και η MediaTek κατασκευάζουν και πωλούν κυρίως SoC σε άλλες εταιρείες. Η Broadcom κατασκευάζει SoC που χρησιμοποιούνται κυρίως σε δρομολογητές και συσκευές δικτύωσης και η Samsung και η Huawei είναι δύο από τις μεγαλύτερες εταιρείες smartphone στον κόσμο.

Πλεονεκτήματα ενός SoC

Τα SoC έχουν ένα βασικό πλεονέκτημα: είναι μικροσκοπικά. Δεν καταλαμβάνουν πολύ χώρο μέσα σε μια ηλεκτρονική συσκευή, καθιστώντας το μια τέλεια λύση για μικρές συσκευές όπως smartphone, ultrabook, tablet ή φορητές συσκευές.

Το ότι περιέχει ενσωματωμένα ένα σωρό εξαρτήματα διευκολύνει τον κατασκευαστή μίας ηλεκτρονικής συσκευής να γλυτώσει χρόνο, χρήματα και πόρους για την καλωδίωση σημαντικών φυσικών εξαρτημάτων και τη δημιουργία μεγάλων κυκλωμάτων, πράγμα που σημαίνει ταυτόχρονα και χαμηλότερο κόστος κατασκευής.

Σε σύγκριση με μια αρχιτεκτονική πολλαπλών τσιπ, ένα SoC με ισοδύναμη λειτουργικότητα θα έχει μειωμένη κατανάλωση ενέργειας καθώς και μικρότερη επιφάνεια μήτρας ημιαγωγών. Έτσι ένα SoC μπορεί να λειτουργεί με μπαταρίες για μεγαλύτερες περιόδους, καθιστώντας το μια καλή επιλογή για οποιαδήποτε φορητή συσκευή.

Μειονεκτήματα ενός SoC

Από την άλλη πλευρά, τα Systems on Chips έχουν το μειονέκτημα ότι δεν είναι προσαρμόσιμα. Από τη φύση τους, τα εξαρτήματα σε ένα SoC είναι τόσο στενά ενσωματωμένα και μικρά που δεν μπορούν να γίνουν προσαρμόσιμα σε μία αλλαγή, δηλαδή δεν μπορούν να αναβαθμιστούν.

Έτσι ένα system on a chip θα πεθάνει συνήθως όπως γεννήθηκε. Τίποτα δεν αλλάζει κατά τη διάρκεια της ζωής του.

Και ούτε έχουν την δυνατότητα αντικατάστασης των εξαρτημάτων του. Αν κάτι μέσα του χαλάσει, πάει για πέταμα όλο το chip. Αν κάτι σπάσει μέσα σε ένα SoC, δεν μπορείτε να επισκευάσετε ή να αλλάξετε μόνο αυτό το εξάρτημα, πρέπει να αντικαταστήσετε ολόκληρο το SoC.

Μπορεί να είναι φτηνότερα από ένα ισοδύναμο υπολογιστή που είναι φτιαγμένος σε διάφορα κομμάτια, αλλά αν χαλάσει κάτι στο SoC το κόστος αντικατάστασής του ξεπερνάει κατά πολύ το κόστος αντικατάστασης του εξαρτήματος.

Το μέλλον των ηλεκτρονικών

Η ζωή δείχνει ότι τα πράγματα γίνονται όλο και πιο μικρά σε μέγεθος. Δεν μας απασχολεί μόνο, να είναι πιο δυνατά σε επεξεργασία αλλά τα θέλουμε να τα κουβαλάμε επάνω μας.

Η μόνιμη σμίκρυνση όλων των πραγμάτων γύρω μας σημαίνει ότι βασίζονται ολοένα και περισσότερο σε μικρότερα, καλύτερα, πιο αποδοτικά SoC.

Και από την στιγμή που ονομάζουμε SoC κάτι που είναι που ενσωματώνει πολλά εξαρτήματα μαζί, η λογική αυτή δεν θα πεθάνει ποτέ. Στο μέλλον πιθανά να δούμε ένα SoC που θα περιλαμβάνει πολλά SoC μαζί, κάτι σαν data center.

Τα SoC ήρθαν για να μείνουν και θα αποτελέσουν σημαντικό μέρος του μέλλοντος όλων των ηλεκτρονικών.