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ⓘ System-on-a-chip




System-on-a-chip
                                     

ⓘ System-on-a-chip

Un system on a chip, nellelettronica digitale, è un circuito integrato che in un solo chip contiene un intero sistema, o meglio, oltre al processore centrale, integra anche un chipset ed eventualmente altri controller come quello per la memoria RAM, la circuiteria input/output o il sotto sistema video.

Un singolo chip può contenere componenti digitali, analogici e circuiti in radiofrequenza in un unico integrato. Questa tipologia di integrati viene utilizzata comunemente nelle applicazioni embedded, date le dimensioni ridotte che essi raggiungono con lintegrazione di tutti i componenti. Una alternativa è costituita da system in package SiP, ovvero un singolo package che racchiude in sé diversi circuiti integrati.

                                     

1. Cenni storici

Intel, aveva tentato già nel 2001 di sviluppare un SoC, grazie al progetto Timna destinato ai PC economici ma che venne poi abbandonato per questioni strategiche in favore del primo Pentium M Banias che era sempre un processore tradizionale. Successivamente Intel non ha più parlato di SoC nelle sue presentazioni alla stampa o al pubblico, continuando a percorrere uno sviluppo hardware tradizionale. Altre compagnie tuttavia presentarono alcuni prodotti SoC e tra queste una delle più attive negli anni è stata VIA che li destinava però soprattutto per il settore embedded.

Nel 2007 Intel è tornata a parlare di SoC con il progetto Tolapai, destinato anchesso proprio al settore embedded, e che integra al suo interno il controller della memoria RAM e la circuiteria di input/output. Tolapai quindi è un processore perfettamente integrato con il chipset, e in particolare sia con il Northbridge, sia con il Southbridge. Quasi contemporaneamente venne annunciato anche il prossimo arrivo del primo processore SoC destinato allimpiego nei sistemi ultra portatili UMPC, Lincroft, che sarà alla base della futura piattaforma Intel Moorestown prevista inizialmente per il 2009.

Altri sistemi SoC famosi sono ad esempio Nvidia Tegra, Qualcomm Snapdragon, Samsung Exynos, ST-Ericsson NovaThor, i.MX di Freescale Semiconductor, Apple Ax e ZiiLABS di ZMS.

                                     

2. Struttura

Un tipico sistema SoC comprende:

  • Convertitori digitali-analogici e convertitori analogici-digitali
  • Un modulo di memoria contenente uno o più blocchi di tipo ROM, RAM, EEPROM o Memoria flash.
  • Regolatori di tensione e circuiti di gestione dellalimentazione.
  • Un generatore di clock e un PLL
  • Uno o più core di microcontrollori, microprocessori o DSP
  • Connettori per interfacce standard come USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI
  • Periferiche come contatori, orologi e altro

I vari blocchi funzionali sono collegati tramite BUS proprietari o BUS standard come il BUS AMBA progettato da ARM. Una gestione DMA dei trasferimenti tra la memoria e i bus esterni incrementa le prestazioni senza appesantire il processore.

                                     

3. Progetto

Un Soc è composto dai blocchi descritti sopra ma anche dal software che controlla i vari componenti e li fa interagire. I programmi sono progettati in modo da creare dei flussi paralleli allinterno del chip in modo da seguire un approccio parallelo. Molti SoC sono sviluppati a partire da blocchi standard che descrivono i componenti hardware e dai driver che gestiscono i blocchi. Di particolare importanza sono i driver che gestiscono linterfacciamento con i bus standard. I moduli hardware sono uniti in un unico integrato tramite strumenti CAD mentre i singoli driver sono uniti in un unico programma tramite opportuni ambienti di sviluppo.

Il progetto di un sistema SoC passa per la fase fondamentale dellemulazione. I moduli del sistema SoC vengono caricati entro un chip FPGA mentre il programma viene memorizzato dalla RAM dellambiente di sviluppo. Questo permette di testare e affinare il chip SoC in modo rapido e semplice dato che lemulatore replica perfettamente il chip SoC ma consente una modifica rapida dellhardware modificando semplicemente il programma caricato dallFPGA. Dopo la fase di emulazione il chip SoC segue le fasi classiche di sviluppo di un chip custom.

Il chip viene sottoposto alla fase di verifica. I linguaggi tipo Verilog e VHDL sono utilizzati per la verifica dellintegrato. Per integrati complessi si utilizzano anche sistemi come SystemVerilog, SystemC e Vera. I difetti e gli errori individuati dalla fase di verifica sono riferiti alla progettazione per le opportune correzioni. Normalmente il 70% del tempo di sviluppo di un chip viene utilizzato durante la fase di verifica.



                                     

4. Realizzazione

I SoC possono essere realizzati con diverse tecnologie, tra le quali:

  • FPGA
  • Full custom
  • Standard cell

I sistemi SoC normalmente sono dispositivi a basso consumo e a basso costo oltre ad avere unaffidabilità maggiore dei sistemi multichip che rimpiazzano. Il numero ridotto di componenti inoltre riducono il costo di montaggio le dimensioni del prodotto.

Tuttavia come tutti i progetti VLSI gli elevati costi di sviluppo di soluzioni custom incidono in misura notevole sui costi totali e quindi questi integrati in genere finiscono per costare più di soluzioni basate su integrati generici.

                                     

5. Produttori

  • Texas Instruments
  • Imagination Technologies
  • NVIDIA Corporation
  • Teridian Semiconductor
  • Apple
  • Cirrus Logic
  • ARM Ltd
  • Infineon Technologies
  • SoCrates Software India Private Limited
  • Atmel
  • Conexant Systems
  • Sequence Design
  • Sharp
  • ASIX Electronics
  • Skyworks Solutions Inc
  • Samsung
  • Mistletoe Technologies
  • Actions Semiconductor
  • NXP Semiconductors formerly Philips Semiconductors
  • STMicroelectronics
  • Microchip Technology
  • NuCORE Technology
  • Sigmatel
  • Zoran Corporation
  • Renesas
  • Freescale
  • Nokia
  • Analog Devices
  • Silicon Motion
  • Core Logic
  • Cypress Semiconductors
  • Axis Communications
                                     
  • la sigla di Programmable System on Chip ovvero chip che integrano un microcontrollore e dei componenti analogici e digitali a logica programmabile. In
  • bus di comunicazione inizialmente sviluppata per i sistemi di tipo system - on - a - chip SoC Al giorno d oggi è ampiamente utilizzata negli ASIC e nei SoC
  • un chip x86, in grado quindi di poter eseguire almeno in linea teorica qualsiasi applicazione sviluppata nel settore PC, di tipo System on a Chip SoC
  • operazioni legate alla sicurezza. Molti di questi processori sono System - on - a - chip sviluppati per il mercato embedded. I processori PowerQUICC sono utilizzati
  • L Apple A8X è un system - on - a - chip a 64 bit progettato da Apple Inc. e prodotto da TSMC. Viene montato dall iPad Air 2, annunciato il 16 ottobre 2014. È
  • ne conoscono ancora le caratteristiche tecniche, tranne il processo produttivo che dovrebbe essere quello a 45 nm. System on a Chip Tolapai Lincroft
  • Lincroft. Il predecessore di Medfield, Lincroft, è una CPU del tipo System on a Chip SoC e ha consentito un deciso passo avanti nell ottimizzazione generale

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