System-on-a-chip

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AMD Geode, processador x86 compatível com a tecnologia.

System-on-a-chip (SoC), System On Chip (SOC) ou, em português, sistema-em-um-chip, se refere a todos os componentes de um computador, ou qualquer outro sistema eletrônico, em um circuito integrado (chip). Ele pode conter funções digitais, analógicas, mistas e, muitas vezes, de Radiofrequência - RF; tudo em um.[1] Uma típica aplicação é na área de sistemas embarcados.[2]

As características de um SoC assemelham-se às de um microcontrolador. Normalmente, microcontroladores possuem menos que 100K de RAM (apenas poucos KBytes), e frequentemente são sistemas de chip único. Enquanto que o termo SoC é várias vezes usado para processadores mais potentes, capazes de executarem programas como o Windows ou o Linux, nas quais necessitam de memórias externas (flash, RAM) para funcionarem, e que são usados com vários periféricos acoplados. A grande maioria dos sistemas que se rotulam System-on-chip, possuem uma conotação técnica maior de que a realidade: aumentam a integração do chip para reduzir os custos de fabricação e tornar disponíveis sistemas mais compactos. Muitos são complexos demais para se ajustarem em apenas um chip construído com um processo otimizado para apenas uma das funções do sistema.[3]

Quando não há praticidade para construir uma determinada aplicação SoC, uma alternativa é o sistema em um encapsulamento (System in package (SiP), em inglês), abrangendo vários chips em um único encapsulamento. E, em larga escala, acredita-se que o SoC possui um custo menor que o SiP, quando aumentada a produção,[1] por ser mais simples realizar o agrupamento.[4]

Outra opção, por exemplo, como visto na maioria dos telefones celulares e no Beagleboard, é o Pacote em Pacote empilhando durante a montagem do cartão. O SOC chip inclui processadores e números digitais periféricos, e vem em uma grade de bolas, pacote com conexões inferiores e superiores. As bolas inferiores conectam o cartão e vários periféricos, com as bolas superiores em um anel segurando um barramento de memórias usado para acessar NAND flash e DDR2 RAM. Pacotes de memória podem vir de vários fornecedores.

Conteúdo[editar | editar código-fonte]

1. Estrutura

2. Fluxo de Projeto

3.Fabricação

Estrutura[editar | editar código-fonte]

Um típico SOC consiste de:

- Um micro controlador, um microprocessador ou DSP núcleo(s) Alguns SOCs chamado sistema multiprocessador no chip (MPSOC). Inclui mais do que um processador de núcleo.

- Blocos de memória incluindo um sistema de  ROM, RAM, EEPROM e Memória flash. 

- Cronometragem de fontes incluindo osciladores e anéis de bloqueio de fase.

- Periféricos incluindo contra temporizadores, temporizadores em tempo real e geradores de redefinição de ativação.

- Interfaces externas, incluindo os padrões da indústria, tais como USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI.

- Interfaces analógicas incluindo ADCs e DACs.

- Reguladores de tensão e circuitos de gerenciamento de energia.

Estes blocos são ligados por qualquer proprietário ou ônibus padrão da indústria, tais como a AMBA ônibus da ARM Holdings, controladores de rota de dados DMA direto entre interfaces externas e memória, o processador núcleo bypassing e thereby aumentando os dados de rendimento do SOC.

Fluxo de projeto[editar | editar código-fonte]

Um SOC consiste tanto das ferramentas (hardware) descritas acima, e do software controlando do micro controlador ou núcleos DSP, periféricos ou interfaces. O fluxo de projeto para um SOC pretende desenvolver este hardware e software em paralelo. A maioria dos SOCs são desenvolvidos a partir de blocos de hardware pré-qualificados, para os elementos de hardware descritos acima, juntamente com os drivers de software que controlam o sua operação. De particular importância são as pilhas de protocolos que orientam interfaces padrão da indústria, como USB. Os blocos de hardware são colocados em conjunto, utilizando ferramentas de CAD; Os módulos do software são integrados usando um ambiente de desenvolvimento de software.

Chips são verificados quanto à sua exatidão lógica antes de ser enviado para fundição. Este processo é chamado de verificação funcional e é responsável por uma parcela significativa do tempo e energia gasta no ciclo da vida de design de chips (embora a figura frequentemente citado de 70% é provavelmente um exagero). Com o crescimento da complexidade dos chips, as línguas de verificação de hardware, como SystemVerilog, SystemC e OpenVera estão sendo usados. Bugs encontrados na etapa de verificação são relatados para o designer. Tradicionalmente, os engenheiros têm utilizado simuladores de aceleração, emulação e/ou um protótipo de FPGA para verificar e depurar tanto hardware e software para SoC para projetos prévios de tapeout. Com alta capacidade e tempo de compilação rápida, aceleração e emulação são poderosas tecnologias que proporcionam ampla visibilidade em sistemas. Ambas as tecnologias, contudo, operar-se lentamente, a fim de MHz, que pode ser significativamente mais lento - até 100 × lento - SOCs que a frequência de operação. Aceleração e emulação de caixas também são muito grandes e caros em US $1M +.

Protótipos FPGA, ao contrário, usam FPGAs diretamente para permitem que os engenheiros validem e testem, ou perto de, frequência de operação completa do sistema com estímulos do mundo real. Ferramentas como Certus são usados ​​para inserir sondas no FPGA RTL que fazem sinal disponível para observação. Isto é usado para depuração de hardware, firmware e software através de vários FPGAs com capacidades semelhantes às de um analisador lógico.

Após depurar o hardware do SOC segue a fase de lugar e rota (Place and route) do projeto de um circuito integrado ou ASIC antes de ser fabricado.

Fabricação[editar | editar código-fonte]

- SOCs podem ser fabricados por diversas tecnologias, incluindo:

Samsung Exynos 4 Quad , SoC usado no Samsung Galaxy S3
Samsung Exynos 4 Quad , SoC usado no Samsung Galaxy S3

Full custom

Standard cell

FPGA

SOC projetados geralmente consomem menos energia e têm um custo mais baixo e maior confiabilidade do que os sistemas multi chips que eles substituem. E com menos pacotes no sistema, custos de montagem são bem reduzidos.

No entanto, como a maioria dos projetos VLSI, o custo total é maior para um chip grande do que para a mesma funcionalidade distribuída ao longo de vários chips menores, por causa de rendimentos mais baixos e custos mais elevados de engenharias não recorrentes (NRE).

Exemplos de aplicações
Arquitetura ARM: Todos os chips contendo ARM Cortex-A sejam, Allwinner, Exynos Samsung, MediaTek, Texas Instruments OMAP, Rockchip, nVidia Tegra, Snapdragon

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. a b VLADIMIR CHVODKA JÚNIOR. «Tecnologia SOC e o microcontrolador PSOC» (PDF) (em português). USJT. Consultado em 26 de novembro de 2009 
  2. «Certificado em Projeto de Sistemas de Hardware Dedicados» (em português). UNICAMP. Consultado em 25 de novembro de 2009 
  3. «TPPDI - Multiprocessor System on a Chip» (PDF). PUCRS (em português). Consultado em 25 de novembro de 2009 
  4. «O Grande Debate: SOC X SIP» (em inglês). Eetimes.com. Consultado em 12 de agosto de 2009 

Ligações externas[editar | editar código-fonte]

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