Sistema en un chip
Un sistema en chip (SoC, de l'anglés system on a chip) descriu la tendència cada volta més freqüent d'usar tecnologies de fabricació que integren tots o gran part dels mòduls que componen un computador o qualsevol atre sistema informàtic o electrònic en un únic circuit integrat o chip.
El disseny d'estos sistemes pot estar basat en circuits de senyal digital, senyal analògica, o inclús de senyal mixta (tant analògica com digital), i a sovint mòduls o sistemes de radiofrecuencia (mòduls de comunicació inalàmbrica: Wi-Fi, Bluetooth, i uns atres).
Un àmbit comú d'aplicació de la tecnologia SoC són els sistemes embebidos, encara que en el temps s'ha anat estandardisant en l'hardware convencional.
La diferència principal d'un SoC en un microcontrolador tradicional no deu passar-se per alt, ya que estos rara volta disponen de més de 100 kilobytes de memòria RAM (de fet, lo més freqüent és que les memòries, tant la RAM com la flash, d'un microcontrolador consten d'uns pocs kilobytes), i gran part d'estos són estructures monochip, mentres que el terme SoC és usat per a processadors més potents i d'arquitectura més complexa, com són els que integren els ordenadors i dispositius actuals que depenen de chips o mòduls de memòria externs per a ser eficaces.
Per a sistemes més grans i complexos seria impropi parlar de SoC, convertint-se el terme en tal cas, més en una mera referència o directiva a seguir que en la pròpia realitat d'estos:
- Aumentar l'integració en un mateix chip en l'objectiu de reduir costs i construir sistemes cada volta més reduïts (capaços de lo mateix o més que sistemes més antics i voluminosos).
Resultaria impropi, principalment, perque els interessos de la majoria dels proyectes desenrollats en esta àrea fixen els seus objectius en dissenys tan específics i complexos que no solen permetre -pel cost d'estos- l'implementació de tot el sistema en un sol chip. Estos solen ser dissenyats expressament per a una optimisació en la realisació d'un o varis dels processos que suponen la major part de la seua rutina quotidiana de funcionament.
Una alternativa al disseny i fabricació d'un SoC —quan açò no siga rendable, per eixemple— per a una determinada aplicació és un sistema sistema en paquet o SiP (system in package), que comprén un número determinat de chips ensamblados —no integrats com en un SoC— formant un sol paquet (d'ahí el terme). A pesar d'açò, s'estima que la fabricació en gran volum de SoC serà més i més rendable (per unitat) que la de sistemes SiP, degut a que el rendiment de fabricació unitari per a un SoC és major i el seu montage i empaquetat molt més senzills.[1]
Una tercera opció en l'integració de sistemes electrònics (present, per eixemple, en mòvils d'alta gama de fa menys d'una década o minicomputadores basats en processadors OMAP de Texas Instruments), és l'apilat de diferents capes de circuits al ensamblarse el producte final (package-on-package, o POP). Consistix, bàsicament, en la soldadura de la placa/capa principal —normalment la que conté el processador o circuit integrat primari— en plaques superiors i/o inferiors per mig d'un entramat d'esferes metàliques (encapsulado de tipo BGA, acrònim de Ball Grid Array). Este ensamblado proporciona a l'estructura una forma de sándwich al mateix temps que interconecta el processador o circuit primari en, per eixemple, els busos de memòria d'una placa i capa diferents que s'apila en la principal.[2] En alguns casos, cada una estes plaques o capes independents que formaran part del producte final són fabricades i distribuïdes per empreses distintes entre sí, o de les que típicament fabriquen microcontroladors, microprocessadors o SoC.cita requerida
Arquitectura
Un SoC estàndar està constituït per:
- Un microcontrolador en el núcleu de la CPU. Alguns SoC —cridats multiProcessor system on chip (MPSoC)— són construïts en microprocessadors dotats de varis núcleus o be més d'un microprocessador.
Núcleu DSP.
- Mòduls de memòria (informàtica) incloent part o tots els tipos de memòria a continuació llistats: ROM (memòria de només llectura), RAM (memòria d'accés aleatori), EEPROM (memòria de només llectura programable i borrable electrònicament) i Flash (memòries NAND d'accés molt ràpit en comparació als tradicionals soports magnètics).
- Generadors de freqüència fixa com per eixemple osciladors o llaços de seguiment de fase o Phase Locked Loops (PLL per les seues sigles en anglés).
- Components perifèrics com contadors-temporisadors, temporisadors/rellonges a temps real i generadors Power-on Reset (o PER per les seues sigles en anglés, dispositius que reajusten un sistema electrònic en rebre una senyal digital determinada, permetent-li arrancar des d'un estat conegut).
- Controladors de comunicació en interfaços externes normalment estàndar com USB, IEEE 1394/Firewire, Ethernet, UART, o SPI. Note's que externes implica externes al chip, no necessàriament al dispositiu del que formen part.
- Controladors d'interfaços analògiques, incloent conversores ADC i DAC.
- Reguladors de voltage i circuits de gestió eficaç de l'energia.
Estos mòduls estan units d'acort a estàndars industrials per a l'interconexió de busos, encara que poden seguir directrius de caràcter propietari com per eixemple l'especificació AMBA, arquitectura de bus dissenyada per ARM.
Controladors DMA dedicats dirigixen l'informació entre interfaços externes i la memòria principal, evitant el pas innecessari d'esta a través del processador i incrementant aixina el volum de treball del SoC.
Procés de disseny
Un SoC està constituït, per una part, del hardware dalt descrit, i per una atra del software que maneja el núcleu/s del microcontrolador, processador, o DSP, ademés dels perifèrics i ports o interfaços. Una bona planificació del disseny d'un SoC tractarà de desenrollar paralelament l'arquitectura física o hardware i el software.
La majoria de SoC són desenrollats a partir de mòduls d'hardware bàsics prèviament provats per a la construcció de diversos elements (llistats anteriorment) més complexos junt en els controladors de software que proporcionen les instruccions per al seu maneig. De gran importància són les famílies de protocols d'Internet que manegen interfaços universals com el famós Universal Serial Bus o USB. Els mòduls de hardware es posicionen sobre les plaques de la manera més òptima (compactar en l'espai disponible la major cantitat possible de components) en ajuda de ferramentes CAD, permetent elaborar un disseny previ de l'arquitectura que es desija fabricar sense cost adicional. A la seua volta, els mòduls de software s'implementen en el sistema final usant potents ferramentes de desenroll, conegudes com IDE i SDE.
Un pas clau en la confecció del SoC és l'emulació: el hardware es mapea tal i com serà fabricat en una plataforma d'emulació basada en un FPGA, que reproduïx fidelment el comportament del SoC, en la finalitat de provar els mòduls de software. Per a això, estos són carregats en la memòria volàtil de l'emulador.
Una volta posada a punt, la plataforma és posada en funcionament: tant el hardware com el software rèpliques del futur SoC arranquen per a ser provats i depurats baix les condicions més pròximes a la màxima velocitat de treball del SoC. (L'emulació va generalment precedida d'una àmplia simulació per software, de fet, els FPGA són usats principalment per a accelerar alguna part concreta del procés de simulació).
Despuix de l'emulació satisfactòria del hardware del SoC, es procedix a la fase de posicionament i encaminat de la circuitería (per ad açò s'utilisen aplicacions CAD, com ya s'ha dit abans), obtenint el disseny òptim per a la seua fabricació en série.
Els chips són provats i verificats per a possibles correccions llògiques abans d'enviar-se a fundició definitivament. Esta tasca es denomina verificació funcional, i garantisa un correcte funcionament, temps d'operació i energia consumida, durant gran part de la seua cicle de vida (encara que el percentage del 70 % a sovint assegurat pel fabricant és exagerat).[3] Els HDL com Verilog o VHDL són ferramentes comunament usades en el procés de verificació. Per la creixent complexitat dels chips, s'estan escomençant a usar HDL més alvançats com són SystemVerilog, SystemC, i, o OpenVera.
Els bugs trobats durant la verificació són redactats en un informe enviat al dissenyador, per a la seua corresponent reparació.
Vore també
Referències
- ↑ «The Great Debat: SOC vs. SIP». Eetimes.com. Consultat el 12 d'agost de 2009.
- ↑ http://blog-leanstream.blogspot.com.es/2010/11/3what-llaure-pop-techniques.html Qué són les tècniques Package On Package (en anglés)
- ↑ «Is verification really 70 percent?». Eetimes.com. Consultat el 12 d'agost de 2009.
Referències
- Este artícul conté una traducció derivada de «Sistema en un chip» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.