Cały pecet w małym chipie

Zastosowania i korzyści

Większość nowoczesnych urządzeń działa dzięki systemom wbudowanym. Począwszy od układów sterujących pracą silników samochodowych i systemów ABS, poprzez sprzęt medyczny, bankomaty, klimatyzatory, sprzęt AGD, windy, sterowniki przemysłowe kierujące obrabiarkami i robotami, telefony komórkowe, aparaty cyfrowe, po routery, pamięci masowe NAS, telewizory, odtwarzacze, MP3, konsole do gier, nawigacje satelitarne.

Nie we wszystkich systemach wbudowanych znajdują się układy SoC, jednak ich użycie daje spore korzyści ekonomiczne. Zastosowanie jednego układu zamiast kilku kości scalonych zmniejsza jednostkowe koszty produkcji. Łatwiej też zaprojektować i oprogramować taki system wbudowany, co skraca czas niezbędny do opracowywania i przetestowania danego urządzenia. Co więcej, na bazie jednego systemu wbudowanego można też, zmieniając tylko oprogramowanie sterujące, produkować różnorodne modele danego urządzenia.

W produkcji kości SoC wykorzystuje się specjalizowane układy, m.in. ST Microelectronics, Texas Instruments, Motorola, Samsung, Qualcomm, NXP Semiconductors, ale też Intela czy Nvidii.

Układy SoC od Intela

Intel CE3100 oraz 4100 są podstawą cyfrowych telewizorów, odtwarzaczy DVD i blu-ray oraz dekoderów telewizyjnych. Służą do przetwarzania dźwięku, strumieni wideo i grafiki 3D.

CE4100 jest o tyle ciekawy, że wykorzystuje architekturę Atom oraz znany z chipsetów Intela procesor grafiki 2D/3D Intel GMA 500. Kość, wykonana w technologii 45 nm, jest taktowana zegarem 1,2 GHz. CE4100 umożliwia sprzętowe dekodowanie strumienia wideo MPEG-4, DivX i potrafi dekodować dwa strumienie wideo 1080p. Układ zużywa niewiele energii 7–9 W.

Nvidia Tegra i Tegra 2

Układy Nvidia Tegra i Tegra 2 są przeznaczone m.in. do budowy smartfonów i tabletów o wysokiej rozdzielczości, pozwalających wyświetlać zaawansowaną grafikę 3D. Najważniejszą cechą Tegra 2 jest zastosowanie dwurdzeniowego procesora ARM Cortex A9 z zeagrem 1 GHz (jest cztery razy szybszy od poprzedniej Tegry) oraz siedmiu specjalizowanych modułów umożliwiających przeglądanie internetu, kodowanie i dekodowanie strumieni wideo HD, audio oraz uruchomienie gier 3D – całość produkowana jest w technologii 40 nm.

Wszystkie procesory mogą być wykorzystywane niezależnie, dzięki czemu zoptymalizowano zużycie energii całego układu. Urządzenia zbudowane na bazie Tegra 2 mogą odtwarzać przez 16 godzin wideo HD lub przez 140 godzin muzykę bez doładowania.

Procesory w SoC

• ARM, MIPS
  Najbardziej rozpowszechnionym CPU w układach SoC są procesory ARM – taki też jest w układach Nvidia Tegra czy A4 iPada. Popularnym procesorem w układach SoC jest też MIPS. ARM i MIPS to otwarte architektury, tzn. każdy producent może je wykorzystać i dostosować do swoich potrzeb. Są używane w smartfonach, odtwarzaczach, GPS-ach, komputerach pokładowych w samochodach, systemach przemysłowych.
• PowerPC, Cell
  Nieco rzadziej korzysta się z architektury procesorów PowerPC, ponieważ zużywa więcej energii niż procesory ARM i MIPS. Niektóre układy SoC buduje się na bazie znanego z konsoli Sony PS 3 procesora Cell, który wywodzi się z architektury PowerPC.
• x86, Pentium M, Atom
  Z kolei Intel w swoich układach SoC wykorzystuje jądra procesorów Atom oraz Pentium M. Ich przewagą nad konkurencyjnymi układami SoC jest to, że są zgodne programowo z kodem x86, a więc można na nich wykonywać programy napisane na pecety i korzystać z tych samych systemów operacyjnych. Architekturę zgodną z x86 wykorzystuje też ST Microelectronics, który wytwarza układy SoC głównie dla przemysłu samochodowego, bazujące na procesorach 386 i 486.