سوالات ساده: SoC (سیستم روی تراشه) چیست؟

ما شرط می بندیم که اکثر افرادی که دانش خوبی از فناوری دارند اصطلاح SoC یا System on a Chip را شنیده اند . 20(thing 20) سال پیش چندان مورد استفاده نبود، یا حداقل چیزی به اندازه امروز مورد استفاده نبود، اما در روزگار کنونی، سیستم روی یک تراشه(System on a Chip) نشان دهنده رویکردی برای کوچکتر کردن، قدرتمندتر کردن دستگاه های الکترونیکی است. انرژی کارآمدتر(energy efficient) از همیشه همه اینها خوب و آسان است، اما آیا می دانید Soc چیست؟ SoC یا System on a Chip به چه معناست؟ چرا برای گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، روترهای بی‌سیم، پوشیدنی‌ها و سایر دستگاه‌های تلفن همراه اینقدر مهم است؟ اگر می خواهید در مورد چه SoC(SoC) اطلاعات بیشتری کسب کنیدبه این معنی است که چه کاری انجام می دهد و چرا این کار بزرگ است، این مقاله را بخوانید و پاسخ هایی خواهید یافت:

SoC (سیستم روی تراشه) چیست؟

SoC کوتاه مدت برای System on a Chip است. یک سیستم روی یک تراشه(System on a Chip) یک مدار مجتمع الکترونیکی است که شامل اجزای الکترونیکی مختلفی است که برای کار با هم برای دستیابی به یک هدف مشترک طراحی شده اند. بخش اول عبارت - System - می گوید که همه چیز در مورد یک مجموعه الکترونیکی پیچیده است، در حالی که قسمت آخر - Chip - به شما می گوید که تمام اجزای آن سیستم در یک مدار مجتمع واحد فشرده شده اند.

برای درک بهتر سیستم روی یک تراشه(System on a Chip) ، آن را به عنوان یک کامپیوتر کامل تصور کنید که کوچک شده و فشرده شده است تا روی یک تراشه قرار گیرد. به عنوان مثال، یک SoC را می توان با یک سیستم مینیاتوری(miniature system) که دارای یک مادربرد، یک پردازنده، یک کارت گرافیک، یک کارت شبکه(network card) و غیره است مقایسه کرد. برای دریافت تصویر بهتر، به زیر این پاراگراف نگاه کنید و خواهید دید که یک سیستم Exynos 4 Quad (4412) روی یک تراشه ، روی یک (System on a Chip)برد مدار(circuit board) از گوشی هوشمند Samsung Galaxy S III(Samsung Galaxy S III smartphone) چگونه به نظر می رسد .

SoC، سیستم روی یک تراشه

منبع: ویکی پدیا(Wikipedia)

کاربردهای رایج SoC چیست؟

سیستم‌های روی تراشه‌ها(Systems on Chips) به‌طور گسترده در بسیاری از صنایع برای انواع مقاصد مانند گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، پوشیدنی‌ها، دوربین‌های دیجیتال، روترهای بی‌سیم و غیره استفاده می‌شوند. با این حال، احتمالاً رایج‌ترین کاربردهای آن‌ها امروزه برای تامین انرژی گوشی‌های هوشمند است. اگر نمی‌دانید چرا، به خاطر داشته باشید که هم گوشی‌های هوشمند و هم تبلت‌ها دستگاه‌های کوچکی هستند که برای کار کردن به قدرت پردازش زیادی نیاز دارند و همگی باید نیازهای کاربران را برآورده کنند، که به طور فزاینده‌ای نیاز دارند.

در اینجا نحوه پیچیده بودن سیستم اسنپدراگون 600 کوالکام (Snapdragon 600)روی (Qualcomm)یک تراشه(System on a Chip ) - یک SoC که در تلفن هوشمند قدیمی سامسونگ گلکسی اس 4(Samsung Galaxy S4 smartphone) استفاده می شد، توضیح داده شده است . تلفن‌های جدیدتر حتی پیچیده‌تر هستند و دارای SoC(SoCs) هایی هستند که حتی کوچک‌تر هستند.

SoC، سیستم روی یک تراشه

منبع: (Source:) ویکی پدیا(Wikipedia)

به عنوان مثال، مردم می‌خواهند بتوانند از گوشی‌های هوشمند خود برای مرور اینترنت، گوش دادن به موسیقی، تماشای فیلم(watch videos) ، استفاده از مسیریابی GPS(GPS navigation) ، عکس‌برداری و فیلم‌برداری، بازی کردن، همیشه متصل به شبکه‌های اجتماعی و غیره استفاده کنند. همه اینها چیزهایی هستند که نه تنها به یک پردازنده خوب، بلکه به یک تراشه گرافیکی خوب، یک تراشه بی‌سیم و بلوتوث(wireless and Bluetooth chip) سریع ، پشتیبانی برای اتصال به شبکه‌های 4G، یک تراشه GPS(GPS chip) نیاز دارند و لیست را می‌توان ادامه داد. و همه اینها باید با کمترین مصرف برق اتفاق بیفتد(power consumption)ممکن است. از این گذشته، هیچ‌کس نمی‌خواهد دستگاه‌هایش پس از چند ساعت استفاده خاموش شوند. پاسخ این است که هر چیزی را که می توان مینیاتوری کرد و تا آنجا که ممکن است روی یک سطح کوچکتر فشرده کرد. نتیجه قدرت پردازش(processing power) بالاتر و مصرف انرژی(power consumption) کمتر است . این دقیقاً همان چیزی است که یک سیستم روی تراشه(System on a Chip) ارائه می دهد.

اجزای معمول یک SoC کدامند؟

یک سیستم روی یک تراشه(System on a Chip) بسته به هدفش می تواند عناصر مختلفی داشته باشد. با این حال، از آنجایی که اکثریت قریب به اتفاق SoC(SoCs) ها در تلفن های هوشمند استفاده می شوند، در اینجا لیستی از رایج ترین اجزای این دستگاه ها آورده شده است:

  • CPU - واحد پردازش مرکزی(Central Processing Unit) یا پردازنده هسته همه چیز در یک SoC است. این بخشی از SoC است که مسئول انجام بیشتر محاسبات و تصمیمات است. ورودی را از سایر قطعات سخت افزاری و نرم افزار دریافت می کند و پاسخ های خروجی مناسب را ارائه می دهد. (software and delivers)بدون CPU ، SoC وجود نخواهد داشت . امروزه اکثر CPU ها دارای دو، چهار یا هشت هسته هستند تا بتوانند پردازش موازی انجام دهند.
  • GPU - مخفف Graphical Processing Unit است و به عنوان (Graphical Processing Unit)تراشه ویدیویی(video chip) نیز شناخته می شود . GPU مسئول آن بازی‌های سه بعدی است که می‌توانید در گوشی هوشمند خود بازی کنید و همچنین برای انتقال‌های بصری منظمی که در رابط کاربری هر دستگاهی با استفاده از SoC مشاهده می‌کنید .
  • (RAM )حافظه (Memory)RAM - همه دستگاه های محاسباتی برای کار به حافظه نیاز دارند. برای اینکه بتوان برنامه‌ها و داده‌های نرم‌افزاری را اجرا کرد، باید از داده‌های نرم‌افزاری استفاده کرد و برای انجام این کار، یک سیستم روی تراشه(System on a Chip) باید حافظه رم داشته باشد.
  • حافظه ROM(ROM memory) - همانطور که یک دستگاه برای اجرای برنامه ها و سایر نرم افزارها به حافظه RAM نیاز دارد، باید (RAM memory)حافظه ROM(ROM memory) نیز داشته باشد تا بتواند نرم افزارهایی مانند سیستم عامل یا سیستم عاملی را(operating system) که اجرا می کند ذخیره کند.
  • مودم(Modem) - اگر هیچ گوشی هوشمندی قادر به اتصال به شبکه های رادیویی نباشد، تلفن نخواهد بود. و با آن، هم به شبکه های بی سیم و هم به شبکه های تلفن همراه 3G یا 4G اشاره می کنیم. مودم ها از اتصال شبکه یا سلولی مراقبت می کنند.

در اینجا تصویری از اجزای سیستم موجود در تراشه ای(System on a Chip) به نام اسنپدراگون 410(Snapdragon 410) از کوالکام ارائه شده است:

SoC، سیستم روی یک تراشه

علاوه بر پردازنده و حافظه(processor and memory) ، سایر SoC(SoCs) ها، مانند مواردی که در روترهای بی‌سیم و سایر دستگاه‌های شبکه مشابه یافت می‌شوند، ممکن است شامل رابط‌های PCIe باشند که برای اتصال فرستنده‌های رادیویی، رابط‌های SATA و/یا USB برای اتصال به دستگاه‌های ذخیره‌سازی طراحی شده‌اند. در تصویر زیر می‌توانید آنچه در داخل یک SoC BCM5862X(BCM5862X SoC) از Broadcom یافت می‌شود را ببینید. و اگر کنجکاو هستید که بیشتر در مورد روترها ، Systems on Chips بدانید ، در اینجا مطالب بیشتری در مورد این موضوع وجود دارد: Router SoC 101 .

SoC، سیستم روی یک تراشه

منبع: (Source:) Tom's Hardware

فهرست اجزایی که در پاراگراف‌های بالا فهرست کرده‌ایم، تنها چند عنصر اصلی و ضروری از یک سیستم روی یک تراشه را(System on a Chip) نشان می‌دهد . با این حال، Systems on Chips می‌تواند بخش‌های دیگری نیز داشته باشد. به عنوان مثال، بسیاری از آنها اجزایی دارند که برای کار با خدمات مکان، حسگرها، امنیت، یا رابط هایی طراحی شده اند که قادر به کار با دوربین های بهتر یا صفحه نمایش های بزرگتر هستند. لیست ادامه دارد.

بزرگترین تولیدکنندگان SoCهای موبایل کدامند(SoCs) و بهترین SoC امروز(SoC today) کدام است ؟

بزرگترین تولیدکنندگان SoC امروزه کوالکام، (Qualcomm,)سامسونگ، مدیاتک، هواوی( Samsung, MediaTek, Huawei) ، انویدیا(NVIDIA,) و برادکام(Broadcom) هستند. کوالکام، انویدیا(Qualcomm, NVIDIA, ) و مدیاتک عمدتاً (MediaTek)SoC(SoCs) های موبایل را به سایر شرکت‌های سخت‌افزاری که از آنها در دستگاه‌هایی که تولید می‌کنند استفاده می‌کنند ، تولید و می‌فروشند . Broadcom SoC(SoCs) هایی می‌سازد که عمدتاً در روترها و دستگاه‌های شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرند، و سامسونگ(Samsung) و هواوی(Huawei) نه تنها SoC می‌سازند(SoCs) ، بلکه دو تا از بزرگترین شرکت‌های گوشی‌های هوشمند در جهان هستند.

گفتن اینکه بهترین سیستم روی یک تراشه(System on a Chip) کدام است غیرممکن است. این صنعت به سرعت در حال رشد و تکامل است که تا زمانی که بتوانید مقایسه کنید و تصمیم بگیرید که کدام SoC بهترین است، احتمالاً یک SoC جدید در راه است تا دستگاه های آینده را تامین کند.

با این حال، به خاطر داشته باشید که بهترین(the best ) SoC برای شما( for you) ممکن است پردازنده ای با بهترین پردازنده یا سریع ترین انتقال بی سیم نباشد. سیستم روی یک تراشه(System on a Chip) برای شما سیستمی است که می‌تواند تلفن هوشمند یا دستگاه(smartphone or device work) بعدی شما را به خوبی کار کند، تمام موارد اولیه مورد نیاز را ارائه دهد و تمام «تجهیزات جانبی» مورد نظر شما را در بر بگیرد (پشتیبانی از 4G LTE(LTE support) ، WiFi با پشتیبانی از استاندارد 802.11ac ، اتصال USB(USB connectivity) و غیره).

در اینجا یک ویدیوی جالب وجود دارد که به شما نشان می‌دهد چگونه سازندگان گوشی‌های هوشمند سیستم مناسب روی یک تراشه را(System on a Chip) برای هر یک از تلفن‌های هوشمند خود انتخاب می‌کنند:

مزایا و معایب SoC چیست؟

ممکن است هنوز تعجب کنید: چرا کسی بخواهد یک سیستم را روی یک تراشه(System on a Chip) طراحی، تولید و بفروشد ؟ چند دلیل برای آن وجود دارد:

  • یک SoC معمولاً کوچک(tiny ) است و فضای زیادی را در داخل یک دستگاه الکترونیکی اشغال نمی کند، که آن را به یک راه حل عالی برای دستگاه های کوچک مانند تلفن های هوشمند، تبلت ها یا پوشیدنی ها تبدیل می کند. و فقط همین سه مثال برای پر کردن جهان با صدها میلیارد دلار کافی است.
  • هنگامی که مجبور هستید دستگاهی را طراحی کنید که به اندازه کافی بزرگ باشد تا در بهترین حالت در کف دست شما قرار گیرد، یکپارچگی(integration ) چیزی است که می خواهید. یعنی شما می توانید یک پردازنده، یک تراشه گرافیکی، یک مودم و بسیاری از اجزای دیگر را در یک اینچ مربع(square inch) قرار دهید .
  • از آنجایی که SoC کوچک است و بسیاری از قطعات مختلف را روی یک تراشه ادغام می کند، به این معنی است که سازنده آن نیازی به صرف زمان، پول و منابع(money and resources) برای سیم کشی قطعات فیزیکی قابل توجه و ایجاد مدارهای طولانی ندارد که به نوبه خود به معنای تولید کمتر است . هزینه(lower manufacturing costs) ها
  • سیستم‌های روی یک تراشه(Systems on a Chip) بسیار کارآمدتر(power efficient) از سیستم‌هایی با اجزای اختصاصی و مجزا مانند رایانه رومیزی یا لپ‌تاپ هستند. یک SoC می‌تواند برای مدت طولانی‌تری با باتری کار کند، که آن را به انتخابی مناسب برای هر دستگاه تلفن همراه تبدیل می‌کند.

از سوی دیگر، سیستم‌های روی تراشه‌ها(Systems on Chips) این عیب بزرگ را دارند که اصلاً سازگار نیستند. به دلیل ماهیت خود، SoC(SoCs) ها آنقدر فشرده و کوچک هستند که نمی توانند سازگار شوند یا به عبارت دیگر نمی توانند ارتقا پیدا کنند. یک سیستم روی یک تراشه(System on a Chip) معمولاً همان‌طور که متولد شده است می‌میرد: هیچ چیز در طول عمرش تغییر نمی‌کند. و این نیز دلیلی برای این است که اگر چیزی در یک SoC خراب شود ، نمی توانید فقط آن قسمت را تعمیر یا تغییر دهید - باید کل SoC را جایگزین کنید .

آیا موافقید که سیستم‌های(Systems) روی تراشه‌ها(Chips) آینده الکترونیک هستند؟

رویکردهای سنتی به الکترونیک و به ویژه دستگاه های محاسباتی در مورد ایجاد سیستم هایی بود که بر روی قطعات جداگانه و مستقل کار می کردند. مثلاً رایانه‌ها و لپ‌تاپ‌ها از این قبیل نمونه‌ها هستند. با این حال، کوچک‌سازی دائمی همه چیزهای اطراف ما به این معنی است که آنها به طور فزاینده‌ای به سیستم‌های کوچکتر، بهتر و (Systems on Chips)کارآمدتر(power efficient) روی تراشه‌ها متکی هستند . گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، ابزارهای پوشیدنی، حتی دستگاه‌های IoT ( اینترنت (Internet)اشیا(Things) ) ثابت می‌کنند که سیستم‌های روی تراشه(Systems on Chips)بخش مهمی از آینده تمام الکترونیک هستند. اما آیا این بدان معناست که آنها جهان را تسخیر خواهند کرد؟ اگر آنقدر کوچک شوند که نانوروبات‌ها را به یک چیز رایج تبدیل کنند چه؟ ما می خواهیم از شما بشنویم، پس دریغ نکنید که نظرات خود را در نظرات زیر به اشتراک بگذارید.



About the author

من یک کارشناس باتجربه ویندوز 10 و 11/10 هستم که هم در مرورگرها و هم در برنامه های گوشی های هوشمند تجربه دارم. من بیش از 15 سال مهندس نرم افزار هستم و با تعدادی از شرکت های بزرگ از جمله مایکروسافت، گوگل، اپل، یوبی سافت و غیره کار کرده ام. من همچنین توسعه ویندوز 10/11 را در سطح کالج تدریس کرده ام.



Related posts