با توجه به صحبت ها و حواشی بسیاری که این روزها حول محور تراشه های M1 اپل و گوشی های هوشمند وجود دارد، ممکن است شما هم در مورد طراحی های “سیستم روی چیپ” یا “SoC” استفاده شده در آن ها شنیده باشید. اما سوال این است که سیستم روی چیپ یا SoC چیست و چه تفاوتی با CPU و ریزپردازنده دارد؟ در ادامه این موضوع را توضیح خواهیم داد.
[box type=”shadow” align=”alignright” class=”” width=”100%”]
دسترسی سریع
تعریف سریع سیستم روی چیپ یا SoC
تاریخچه مختصری از یکپارچه سازی قطعات الکترونیکی
وارد شدن میکروکنترلر و سیستم روی چیپ یا SoC
چرا باید از یک سیستم روی چیپ استفاده کنیم؟
[/box]
تعریف سریع سیستم روی چیپ یا SoC
یک سیستم روی یک چیپ یا SoC (system on chip) یک مدار مجتمع است که بسیاری از عناصر یک سیستم کامپیوتری را در یک چیپ واحد ترکیب کرده و جای می دهد. SoC همیشه شامل یک CPU می شود، اما علاوه بر CPU ممکن است شامل حافظه سیستم یا memory، کنترلرهای جانبی (برای USB، ذخیره سازی) و تجهیزات جانبی پیشرفته تری مانند واحدهای پردازش گرافیکی (GPU)، مدارهای تخصصی شبکه ، مودم‌های رادیویی (برای بلوتوث یا وای فای ) و موارد دیگری نیز باشد.
یک سیستم بر روی چیپ با یک کامپیوتر سنتی که دارای یک تراشه CPU و تراشه های کنترلر جداگانه، یک GPU و RAM که می‌توانند در صورت لزوم جایگزین شوند، ارتقا داده شوند یا تعویض شوند، در مغایرت است . استفاده از SoC ها باعث کوچک تر، سریع تر، ارزان تر و کم مصرف تر شدن کامپیوترها می شود.
بیشتر بخوانید
تاریخچه مختصری از شروع یکپارچه سازی قطعات الکترونیکی
از اوایل قرن بیستم، پیشرفت الکترونیک یک مسیر قابل پیش بینی را همراه با دو گرایش اصلی دنبال کرده است: کوچک سازی و ادغام یا یکپارچگی. کوچک سازی باعث شده است که قطعات الکترونیکی تکی مانند خازن ها، مقاومت ها و ترانزیستورها در طول زمان کوچک تر شوند و با اختراع مدار مجتمع (IC) در سال 1958، یکپارچگی باعث شد بتوان چندین جزء الکترونیکی روی یک تکه سیلیکون ترکیب کرد و امکان کوچک سازی بیشتری را برای آن ها فراهم کرد.
هم زمان با این فرایند کوچک کردن قطعات الکترونیکی که در قرن بیستم اتفاق افتاد، کامپیوترها نیز شروع به کوچک تر شدن کردند. اولین کامپیوترهای دیجیتال از اجزای گسسته و مجزا و بزرگ مانند رله (تقویت کننده) یا لامپ های خلاء ساخته می شدند. بعدها، از ترانزیستور های مجزا و پس از آن از گروهی از مدارهای مجتمع استفاده کردند.
در سال 1972، اینتل عناصر یک واحد پردازش مرکزی کامپیوتر (CPU) را در یک مدار مجتمع (IC) ترکیب کرد و به این ترتیب اولین ریز پردازنده تجاری تک تراشه ای متولد شد. با استفاده از ریزپردازنده، رایانه ها می توانستند هم از نظر اندازه کوچک تر شوند و هم از انرژی کم تری نسبت به قبل استفاده کنند.
بیشتر بخوانید
وارد شدن میکروکنترلر و سیستم روی چیپ SoC
در سال 1974، کمپانی Texas Instruments اولین میکروکنترلر که نوعی ریز پردازنده همراه با رم و دستگاه‌های ورودی/خروجی (I/O) بود که با یک CPU بر روی یک تراشه ی واحد ادغام شده بود را منتشر کرد. در این ریز پردازنده به جای نیاز به IC های جداگانه برای پردازنده، رم، مموری کنترلر، سریال کنترلر و موارد دیگر، همه این موارد می توانستند در یک تراشه واحد برای برنامه های کوچک تعبیه شده ای مانند ماشین حساب جیبی و اسباب بازی های الکترونیکی قرار گیرند.
در بیشترین زمان از دوران رایانه های شخصی، استفاده از یک ریزپردازنده همراه با چیپ های کنترلر، رم و سخت افزار گرافیکی جداگانه منجر به ساخت انعطاف پذیرترین و قدرتمند ترین رایانه های شخصی شد. میکروکنترلرها معمولاً برای انجام کارهای محاسباتی عمومی بسیار محدود بودند، بنابراین روش سنتی استفاده از ریزپردازنده ها با چیپ های مجزا همچنان پابرجا ماند.
اخیراً حرکت به سمت گوشی های هوشمند و تبلت ها، این یکپارچه سازی را حتی از ریزپردازنده ها یا میکروکنترلرها نیز فراتر برده است. نتیجه این موضوع سیستم روی چیپ یا SoC می باشد که می تواند بسیاری از عناصر یک سیستم کامپیوتری مدرن (GPU، مودم سلولی، شتاب‌دهنده های هوش مصنوعی، کنترلر یو اس بی، رابط شبکه) را به همراه CPU و حافظه سیستم یا رم در یک بسته واحد قرار دهد. این یک گام رو به جلو در تداوم یکپارچه سازی و کوچک سازی قطعات الکتورنیک است که احتمالاً در آینده نیز ادامه خواهد داشت.
چرا باید از یک سیستم روی چیپSoC استفاده کنیم؟
قرار دادن عناصر بیشتری از یک سیستم کامپیوتری بر روی یک قطعه سیلیکون، نیاز به انرژی را کاهش داده، هزینه را کاهش می دهد، عملکرد را افزایش می دهد و اندازه فیزیکی را کاهش می دهد. همه این موارد در کنار هم به تولید تلفن های هوشمند، تبلت ها و لپ تاپ های قدرتمند تر که از عمر باتری کمتری استفاده می کنند، کمک چشمگیری می کنند.
به عنوان مثال، اپل به ساخت دستگاه های محاسباتی توانمند و بسیار جمع و جور خود افتخار می کند. طی 14 سال گذشته، اپل از SoC در خطوط آیفون و آیپد خود استفاده می کرده است. در ابتدا، آن ها از SoC های مبتنی بر ARM که توسط شرکت های دیگر طراحی شده بودند استفاده می کردند.
در سال 2010، اپل اولین SoC A4 خود را معرفی کرد که اولین SoC آیفون طراحی شده توسط اپل بود. از آن زمان، اپل به صورت متداوم در ساخت تراشه های سری A خود بسیار موفق عمل کرده است. SoC ها به تلفن های آیفون کمک می کنند تا از انرژی کمتری استفاده کرده و در عین حال از نظر اندازه بسیار جمع و جور باقی بمانند و هم چنین همیشه توانایی بیش تری از قبل داشته باشند. بسیاری از تولید کنندگان دیگر تلفن های هوشمند نیز از سیستم روی چیپ یا SoC استفاده می کنند.
بیشتر بخوانید
تا همین اواخر، SoC ها به ندرت در رایانه های رومیزی به چشم می خوردند. در سال 2020، اپل چیپ M1، اولین SoC خود برای کامپیوترهای دسکتاپ و نوت بوک مک را معرفی کرد. تراشه M1 یک CPU، GPU، مموری و موارد دیگری را بر روی یک قطعه سیلیکون با یکدیگر ترکیب می کند. در سال 2021، اپل M1 را با چیپ های M1 Pro و M1 Max بهبود بخشید. هر سه این چیپ ها عملکرد چشمگیری را به سیستم های مک می بخشند و در عین حال انرژی را نسبت به روش سنتی معماری ریزپردازنده مجزا که در اکثر رایانه های شخصی وجود دارد، مصرف می کنند.
هم چنین Raspberry Pi 4 که یک رایانه سرگرم کننده محبوب است، از یک سیستم روی چیپ (یک Broadcom BCM2711) برای عملکرد های اصلی خود استفاده می کند و همین موضوع هزینه دستگاه را پایین نگه می دارد (حدود 35 دلار) و در عین حال طول عمر باتری زیادی را ارائه می دهد. آینده برای سیستم روی چیپ یا SoCها روشن و امیدوار کننده به نظر می رسد . این سیستم ها هم چنان به ادامه ی یکپارچه سازی و کوچک سازی قطعات الکترونیک که بیش از یک قرن پیش آغاز شده است خواهند پرداخت. به نظر می رسد باید در آینده منتظر شنیدن خبر های هیجان انگیزی درباره SoC ها باشیم!
امیدواریم از خواندن این مطلب استفاده لازم را برده باشید و برایتان مفید بوده باشد. در صورت داشتن هرگونه سوال، پیشنهاد یا انتقاد از طریق بخش نظرات سایت با ما در ارتباط باشید. از این که همراه ما هستید متشکریم.
