Dom > Izložba > Sadržaj

Sustav na čipu (SoCs) Ciljevi

Mar 08, 2019

Sustav na čipu (SoC)


Potrošnja energije

Sustavi na čipu optimizirani su za minimiziranje električne energije koja se koristi za obavljanje funkcija SoC-a. Većina SoC-ova mora koristiti nisku snagu. SoC sustavi često zahtijevaju dugo trajanje baterije (kao što su pametni telefoni), mogu potencijalno trošiti mjesece ili godine bez potrebe napajanja izvora za održavanje autonomne funkcije, a često su ograničeni u korištenju energije od strane velikog broja ugrađenih SoC-ova koji su umreženi zajedno u nekom području. Osim toga, troškovi energije mogu biti visoki, a ušteda energije će smanjiti ukupne troškove vlasništva SoC-a. Konačno, otpadna toplina zbog velike potrošnje energije može oštetiti druge komponente kruga ako se rasipa previše topline, dajući drugi pragmatičan razlog za očuvanje energije. Količina energije koja se koristi u strujnom krugu je integralna potrošnja energije u odnosu na vrijeme, a prosječna stopa potrošnje energije je proizvod struje napona. Ekvivalentno, prema Ohmovom zakonu, snaga je struja u kvadratu, kada je otpor ili kvadrat napona podijeljen sa otpornošću:


{prikazati stil P = IV = {frac {V ^ {2}} {R}} = {I ^ {2}} {R}} {displaystyle P = IV = {frac {V ^ {2}} {R}} = {l ^ {2}} {R}}

Sustavi na čipu često su ugrađeni u prijenosne uređaje poput pametnih telefona, GPS navigacijskih uređaja, digitalnih satova (uključujući pametne satove) i netbookova. Kupci žele dugi vijek trajanja baterije za mobilne računalne uređaje, još jedan razlog zbog kojeg potrošnja energije mora biti minimizirana u sustavima na čipu. Na tim uređajima često se izvode multimedijske aplikacije, uključujući videoigre, video streaming, obradu slika; sve su to rasle u složenosti računanja u posljednjih nekoliko godina s korisničkim zahtjevima i očekivanjima za višu kvalitetu multimedije. Računanje je zahtjevnije jer se očekivanja kreću prema 3D videozapisima s visokom razlučivošću s višestrukim standardima, tako da SoC-ovi koji obavljaju multimedijske zadatke moraju biti računalno sposobne platforme dok su male snage za pokretanje standardne mobilne baterije.


Performanse po vatu

Vidi također: Zeleno računalstvo

SoC-ovi su optimizirani kako bi se povećala energetska učinkovitost u performansama po vatu: maksimiziranje performansi SoC-a s obzirom na proračun korištenja energije. Mnoge aplikacije, kao što su ručno računanje, distribuirana obrada i inteligentna inteligencija, zahtijevaju određenu razinu računalnih performansi, ali je snaga u većini SoC okruženja ograničena. ARM arhitektura ima veće performanse po vatu od x86 u ugrađenim sustavima, tako da je preferirana nad x86 za većinu SoC aplikacija koje zahtijevaju ugrađeni procesor.


Otpadna toplina

Glavni članak: Proizvodnja topline u integriranim krugovima

Vidi također: Termičko upravljanje elektronikom i toplinska snaga projektiranja

SoC dizajni su optimizirani kako bi se smanjila količina otpadne topline na čipu. Kao i kod drugih integriranih krugova, toplina proizvedena zbog velike gustoće snage je usko grlo za daljnju minijaturizaciju komponenti. Gustoća snage integriranih krugova velike brzine, osobito mikroprocesora i uključujući SoCs, postala je vrlo neujednačena. Previše otpadne topline može oštetiti sklopove i smanjiti pouzdanost kruga tijekom vremena. Visoke temperature i termički stres negativno utječu na pouzdanost, migraciju naprezanja, smanjenje srednjeg vremena između kvarova, elektromigraciju, spajanje žica, metastabilnost i druge degradacije performansi SoC-a tijekom vremena.


Konkretno, većina SoC-ova je u malom fizičkom području ili volumenu i stoga su učinci otpadne topline složeni jer ima malo prostora za širenje iz sustava. Zbog visokog broja tranzistora na modernim uređajima zbog Moorovog zakona, često je raspored dovoljne propusnosti i visoke gustoće tranzistora fizički izvediv iz procesa proizvodnje, ali bi rezultirao neprihvatljivo visokim količinama topline u volumenu kruga.


Ovi toplinski učinci prisiljavaju SoC i ostale dizajnere čipa na primjenu konzervativnih margina dizajna, stvarajući manje djelotvorne uređaje za ublažavanje rizika od katastrofalnih kvarova. Zbog povećane gustoće tranzistora kako se dužina skale smanjuje, svaka generacija procesa proizvodi više toplinske snage od prethodne. Ujedinjujući ovaj problem, arhitekture sustava na čipu su obično heterogene, stvarajući prostorno nehomogene toplinske tokove, koje se ne mogu učinkovito ublažiti jednolikim pasivnim hlađenjem.