Che cos'è un sistema su un chip (SoC)?

Tutti i dispositivi che usiamo al giorno d'oggi funzionano, giusto? Ma non molte persone pensano ai cervelli che li portano in vita. Molti dispositivi che utilizziamo sono alimentati da un sistema su chip o SoC.

Questi chip piccoli ed efficienti dal punto di vista energetico alimentano la maggior parte dei dispositivi mobili che utilizziamo oggi, dagli smartphone ai tablet. Ecco un tuffo in cosa sono i SoC e cosa li compone.

Che cos'è un SoC?

Il termine SoC sta per sistema su un chip. Si chiama così perché consiste di più componenti di elaborazione essenziali tutti compressi su un chip. I SoC sono utilizzati principalmente per i dispositivi mobili a causa delle loro dimensioni ridotte e dell'elevata efficienza energetica.

A partire dal 1970, diverse aziende hanno tentato di spremere più componenti su un chip per alimentare gli orologi digitali. Intel è riuscita a farlo con il Microma Digital Watch nel 1974, creando il primo vero SoC. L'azienda ha integrato le funzioni di temporizzazione ei transistor del driver LCD in un unico chip.

I SoC sono davvero decollati negli anni '80 e '90. I personal computer stavano guadagnando popolarità negli anni '80 e avevano bisogno di essere alimentati da chip più piccoli. Negli anni '90, i cellulari utilizzavano i SoC e questa tendenza continua oggi con smartphone e tablet che utilizzano i SoC.

Cosa c'è in un SoC?

I dispositivi portatili come smartphone e tablet devono rimanere compatti. Ecco perché esistono i SoC. I produttori di SoC prendono diversi componenti essenziali e li comprimono in un unico chip per risparmiare spazio. Avere tutti i componenti in un'unica posizione consente di risparmiare un'enorme quantità di spazio rispetto ad avere parti sparse in tutta la scheda madre.

Allora, cosa c'è su un SoC?

Unità centrale di elaborazione (CPU)

Uno dei componenti principali del SoC è la CPU. La CPU è anche chiamata il cervello del dispositivo. Questo perché gestisce tutte le principali attività di elaborazione che esegui sul tuo dispositivo. Proprio come il tuo cervello elabora le informazioni provenienti dai tuoi sensi, la CPU elabora le informazioni che provengono dalla RAM e dalla cache.

Unità di elaborazione grafica (GPU)

La GPU nel SoC è come la CPU, solo che elabora cose diverse. La CPU può elaborare tutto, dal codice alla grafica, ma sarebbe troppo lavoro. Per alleviare parte di questo sforzo, la GPU gestisce le informazioni grafiche. Elabora tutto ciò che vedi sullo schermo.

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RAM

RAM sta per memoria ad accesso casuale. La RAM contiene dati a cui è necessario accedere in quel momento. I computer una volta dovevano accedere ai dati direttamente dalle loro unità di archiviazione fisica, ma questo processo è lento.

La RAM risolve questo problema con una memoria molto più veloce che legge e scrive i dati con grande velocità rispetto al normale spazio di archiviazione, anche un SSD. Una volta che i dati vengono caricati nella RAM, la CPU può facilmente accedere e richiamare dati utili dalla memoria ultraveloce.

Ad esempio, supponiamo che tu debba aprire un'applicazione. L'app risiede sul tuo disco rigido. Quando lo apri, quell'applicazione viene caricata dall'unità nella RAM, a cui la CPU può accedere. A seconda di ciò che accade nell'applicazione, è possibile accedere rapidamente ai dati per mantenere tutto senza intoppi. La tua CPU carica i dati nella RAM che pensa tu possa usare, relativi all'app, accelerando ulteriormente il richiamo.

cache

Anche se la RAM è un blocco di memoria a cui è possibile accedere rapidamente, un'altra forma di memoria è ancora più veloce. Si chiama cache della CPU. La RAM contiene i dati che la CPU deve utilizzare, ma se ci sono informazioni a cui si accede spesso, verranno trasferite nella cache. La cache può inviare dati alla CPU anche più velocemente della RAM.

Supponi di aprire un programma più volte in un breve periodo. Il sistema memorizzerà quel programma nella cache per essere caricato ancora più velocemente. I siti web sono anche memorizzati nella cache per essere toccati più velocemente.

Modem di segnale

Può sembrare strano, ma i modem di segnale effettivi sono integrati nel SoC. I modem sono responsabili della conversione del segnale elettromagnetico in un segnale digitale comprensibile dal telefono o dal dispositivo mobile. Il modem è anche responsabile di fare il contrario quando invia dati ai server.

Unità di elaborazione delle immagini (IPU)

L'IPU è responsabile dell'elaborazione dei dati provenienti da una fotocamera. Quando la luce colpisce il sensore di immagine, i dati vengono convertiti in un segnale digitale e inviati al SoC. Tali dati vengono quindi elaborati dall'IPU mentre la CPU può svolgere altre attività.

Codificatore video

Se hai dati video sul tuo dispositivo, sarà necessario convertirli in un segnale analogico per essere visualizzati. Il codificatore video è responsabile dell'acquisizione del segnale digitale e della sua conversione in un segnale analogico (elettrico grezzo). Quel segnale elettrico viene quindi convertito in luce sul display.

A seconda del dispositivo, il SoC può avere componenti diversi. Ad esempio, alcuni SoC non hanno la RAM integrata, mentre altri hanno una parte nota come NPU. Sta per unità di elaborazione neurale e gestisce attività relative all'intelligenza artificiale e all'apprendimento automatico.

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Il futuro dei SoC

I SoC sono stati utilizzati principalmente nei dispositivi mobili, ma siamo ai margini di una nuova rivoluzione nella tecnologia SoC: i SoC che alimentano computer desktop completi. La tecnologia SoC sta arrivando al punto in cui può eseguire correttamente il software desktop completo, esemplificato dal chip M1 di Apple, un SoC basato su ARM che alimenta alcuni dei loro ultimi MacBook.

Ci sono vantaggi nell'usare i SoC per alimentare i computer. Oltre a risparmiare spazio, i SoC sono ottimi quando si tratta di efficienza energetica. I chip più piccoli consumano complessivamente meno energia, il che dovrebbe portare a una migliore durata della batteria per i laptop.

Inoltre, i SoC non si surriscaldano quanto i processori di grandi dimensioni. Poiché i SoC possono rimanere più freschi dei grandi processori, i dispositivi saranno più comodi da usare, in particolare i laptop. Non solo, ma elimineranno la necessità di fan. I fan vengono inseriti nei computer e nelle console di gioco per rimuovere il calore prodotto dai processori. La rimozione delle ventole consentirà di risparmiare più spazio nel dispositivo e di risparmiare energia.

Piccole patatine, grande aiuto

Molte persone possono gestire l'intera attività dai dispositivi utilizzando i SoC. Tutti i compiti che svolgiamo sui nostri telefoni o tablet vengono eseguiti da chip più piccoli di un centesimo. Molto presto, andranno ad alimentare i computer. I SoC ci mostrano davvero che grandi cose possono arrivare in piccoli pacchetti.

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