Typowy komputer składa się, w uproszczeniu, z procesora, chipsetu, różnych kontrolerów, układów pamięci, procesora graficznego i systemów wejścia-wyjścia. A gdyby połączyć te wszystkie elementy w jednym układzie scalonym? Żaden problem. Większość nowoczesnych urządzeń wykorzystuje takie rozwiązania. [Marcin Bieńkowski]

Układy SoC, bo o nich mowa, zajmują się sterowaniem pracą silników samochodowych, sprzętu medycznego, urządzeń AGD, elektroniki konsumenckiej itd. Dzięki nim producenci mogą sprawnie wprowadzać nowe funkcje w swoich urządzeniach, nie ponosząc zbyt dużych kosztów.

Co to jest SoC

System-on-Chip (SoC) to układ scalony zawierający system elektroniczny wraz z procesorem, przystosowany do wykonywania powierzonych mu zadań. Można powiedzieć, że SoC w jednej kości mieści cały komputer lub inne funkcjonalne urządzenie, np. sterowanie smartfonu.

Podobną konstrukcję mają mikrokontrolery, ale w odróżnieniu od układów SoC są wyposażone w jednostki centralne o mniejszej mocy obliczeniowej i prostsze kontrolery wejścia-wyjścia, przeznaczone do wykonania ściśle określonych zadań. Na mikrokontrolerze nie da się z tego powodu uruchomić systemu operacyjnego, jak Linux czy Windows CE, na co zwykle pozwalają bardziej uniwersalne układy SoC.

Podgrupą układów SoC są kości SiP (System-in-Package). Wytwarza się je, gdy technicznie nie jest możliwe zintegrowanie wszystkich obwodów na jednym podłożu półprzewodnikowym. Wówczas poszczególne moduły umieszcza się na oddzielnych płytkach półprzewodnikowych, ale całość zamyka się w jednej obudowie. Kości SiP są nieco droższe w produkcji niż typowe układy SoC. Stosuje się je, gdy w układzie znajduje się nadajnik radiowy wymagający większej mocy zasilającej, gdyż wtedy resztę układu jest znacznie łatwiej zaekranować.

Budowa

Większość układów SoC ma podobną budowę. W ich konstrukcji wykorzystuje się takie elementy, jak: mikroprocesor lub mikrokontroler bądź procesor strumieniowy DSP, pamięci RAM oraz flash, moduły zegara i liczników, kontrolery USB, ethernet, interfejs SPI zarządzający portami RS232, moduł UART, od którego zależy m.in. praca portów podczerwieni IrDA, kontrolery wykorzystywane w przemyśle, przetworniki analogowo-cyfrowe lub cyfrowo-analogowe oraz obwody do zarządzania zasilaniem.

Często w układy SoC jest wbudowany sterownik wyświetlacza LCD, a także układ graficzny, w tym układ 3D. Niektóre układy SoC zawierają kilka jednostek obliczeniowych, w tym procesory wielordzeniowe. Określa się je mianem MPSoC (Multiprocessor System-on-Chip).

Systemy wbudowane

Najczęściej układy SoC wykorzystuje się w tzw. systemach wbudowanych (embedded). Są to systemy komputerowe (lub mikrokontrolery), będące integralną częścią obsługiwanych przez nie urządzeń. Zostały zaprojektowane i zaprogramowane do wykonywania ściśle określonej i ograniczonej liczby zadań, a nawet jednego zadania, np. sterowania kuchenką mikrofalową.

Systemem wbudowanym steruje oprogramowanie napisane wyłącznie na urządzenie, w którym ten system się znajduje – jest to firmware, a czasem system operacyjny, na którym jest wykonywane specjalizowane oprogramowanie. Ten drugi przypadek ma miejsce np. w telefonach komórkowych. Im mniej złożone jest oprogramowanie, tym bardziej system jest niezawodny i szybciej może reagować na zdarzenia krytyczne.

Intel w smartfonach i tabletach

Jedne z najnowszych układów SoC to kości Intel Atom Z6xx. Wraz z układami Intel Platform Controller Hub MP20 oraz specjalizowanymi układami cyfrowo-analogowymi Briertown są częścią mobilnej platformy Moorestown, skonstruowanej na potrzeby smartfonów. Procesory Z6xx to 45-nanometrowe dwurdzeniowe procesory o znanej z netbooków architekturze Atom. W kość wmontowano moduł graficzny 3D Intel GMA 600 400 MHz. Układ ten sprzętowo może dekodować strumienie wideo w formatach: MPEG-4, H.264, WMV i VC1 oraz wideo HD7. Co więcej, wbudowano w niego kontroler ekranów LCD o rozdzielczości 1366x768 lub 1024x600 pikseli oraz kontroler pamięci DDR/DDR2.
Układy serii Atom Z6xx z zegarem do 1,5 GHz mają być stosowane w smartfonach, a szybsze modele z zegarem do 1,9 GHz będą montowane m.in. w tabletach.