Dom > Razstava > Vsebine

Sistem na čipu (SoCs) Cilji

Mar 08, 2019

Sistem na čipu (SoC)


Poraba energije

Sistemi na čipu so optimizirani za zmanjšanje električne energije, uporabljene za izvajanje funkcij SoC. Večina SZ mora uporabljati majhno moč. Sistemi SoC pogosto zahtevajo dolgo življenjsko dobo baterije (kot so pametni telefoni), ki lahko porabijo mesece ali leta brez potrebe po viru energije, da bi ohranili avtonomno funkcijo, in so pogosto omejeni na porabo energije z velikim številom vgrajenih SoC-jev, ki so povezani v območje. Poleg tega so lahko stroški energije visoki in varčevanje z energijo bo zmanjšalo skupne stroške lastništva SoC. Končno, odpadna toplota zaradi visoke porabe energije lahko poškoduje druge komponente vezja, če se preveč segreje, kar daje drug pragmatični razlog za varčevanje z energijo. Količina energije, uporabljene v vezju, je integral porabljene energije glede na čas, povprečna stopnja porabe energije pa je produkt toka po napetosti. Enako, po Ohmovem zakonu, je moč trenutna kvadratna vrednost upora ali napetosti na kvadrat, deljena z uporom:


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

Sistemi na čipu so pogosto vgrajeni v prenosne naprave, kot so pametni telefoni, GPS navigacijske naprave, digitalne ure (vključno s pametnimi ure) in netbooki. Kupci želijo dolgo življenjsko dobo baterij za mobilne računalniške naprave, še en razlog, da je treba porabo energije zmanjšati v sistemih na čipu. Na teh napravah se pogosto izvajajo večpredstavnostne aplikacije, vključno z video igrami, pretakanjem videov, obdelavo slik; Vsi so se v zadnjih letih povečali z zahtevnostjo izračunov z zahtevami in pričakovanji uporabnikov za večjo kakovost multimedije. Računanje je zahtevnejše, saj se pričakovanja premikajo v smeri 3D videa pri visoki ločljivosti z več standardi, tako da morajo biti multimedijske naloge, ki jih opravljajo SoC, sposobne za računsko zmogljivost, medtem ko imajo majhno moč, da izvajajo standardno mobilno baterijo.


Zmogljivost na vat

Glej tudi: Zeleno računalništvo

SoC-ji so optimizirani za povečanje energetske učinkovitosti pri zmogljivosti na vat: maksimizira učinkovitost SoC-ja, ki ima proračun porabe energije. Številne aplikacije, kot so robno računalništvo, porazdeljena obdelava in ambientalna inteligenca, zahtevajo določeno stopnjo računalniške zmogljivosti, vendar je moč v večini okolij SoC omejena. Arhitektura ARM ima večjo zmogljivost na vat, kot x86 v vgrajenih sistemih, zato je za večino aplikacij SoC, ki zahtevajo vgrajeni procesor, prednost pred x86.


Odpadna toplota

Glavni članek: Proizvodnja toplote v integriranih vezjih

Glej tudi: Toplotno upravljanje v elektroniki in toplotna projektna moč

SoC modeli so optimizirani za zmanjšanje količine odpadne toplote na čipu. Kot pri drugih integriranih vezjih je toplota, ki nastane zaradi visoke gostote moči, ozko grlo za nadaljnjo miniaturizacijo komponent. Gostota moči integriranih vezij z visoko hitrostjo, zlasti mikroprocesorjev in vključno s SOC, je postala zelo neenakomerna. Preveč odpadne toplote lahko poškoduje vezja in sčasoma zmanjša zanesljivost tokokroga. Visoke temperature in toplotni pritisk negativno vplivajo na zanesljivost, stresno migracijo, zmanjšanje povprečnega časa med okvarami, elektromigracijo, vezavo žice, metastabilnost in drugo degradacijo zmogljivosti SoC skozi čas.


Predvsem je večina SOC v majhnem fizičnem območju ali prostornini, zato se učinki odpadne toplote povečajo, ker je malo prostora za razpršitev iz sistema. Zaradi velikega števila tranzistorjev na sodobnih napravah zaradi Moorovih zakonov je velikokrat postavitev zadostne prepustnosti in visoke gostote tranzistorja fizično izvedljiva iz postopkov izdelave, vendar bi povzročila nesprejemljivo visoke količine toplote v volumnu vezja.


Ti toplotni učinki prisilijo SoC in druge oblikovalce čipov, da uporabijo konzervativne robove oblikovanja, s čimer ustvarijo manj zmogljive naprave za zmanjšanje tveganja katastrofalnih napak. Zaradi povečane gostote tranzistorja, ko se dolžina lestvice zmanjša, vsaka generacija procesa proizvede več toplotne moči kot prejšnje. S tem problemom so arhitekture sistema na čipu ponavadi heterogene, kar ustvarja prostorsko nehomogene toplotne tokove, ki jih ni mogoče učinkovito ublažiti z enotnim pasivnim hlajenjem.