चिप पर सिस्टम सभी आवश्यक इलेक्ट्रॉनिक घटकों और सर्किट के साथ एक छोटी चिप है। अंग्रेजी साहित्य में, एसओसी (सिस्टम-ऑन-ए-चिप) शब्द का प्रयोग किया जाता है। साउंड डिटेक्शन डिवाइस में सिस्टम में एक एडीसी, एक ऑडियो रिसीवर, एक मेमोरी, एक माइक्रोप्रोसेसर और एक सिंगल चिप पर एक यूजर I/O लॉजिक कंट्रोल शामिल हो सकता है।
चिकित्सा में, नैनो-रोबोट पर आधारित एक एसओसी प्रणाली प्रारंभिक बीमारियों में देरी के लिए प्रोग्राम योग्य एंटीबॉडी के रूप में कार्य कर सकती है। चिप-आधारित वीडियो डिवाइस नेत्रहीन लोगों को एक छवि प्राप्त करने की अनुमति देकर मदद कर सकते हैं, और एसओसी ऑडियो डिवाइस बहरे लोगों को सुन सकते हैं। सिस्टम-ऑन-ए-चिप अन्य तकनीकों जैसे SOI (इन्सुलेटर पर सिलिकॉन) के साथ विकसित हो रहा है।
शर्तों की परिभाषा
SoC प्रणाली एक एकीकृत चिप (IC) पर विभिन्न कंप्यूटर घटकों के आवश्यक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को जोड़ती है। एक एसओसी एक पूर्ण सब्सट्रेट इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम है जिसमें एनालॉग हो सकता है,डिजिटल, मिश्रित या आरएफ कार्य। इसके घटकों में आमतौर पर एक ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट (GPU), एक सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (CPU) शामिल होती है, जो मल्टी-कोर और सिस्टम मेमोरी (RAM) हो सकती है।
चूंकि सिस्टम-ऑन-ए-चिप में हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर दोनों शामिल हैं, यह कम बिजली की खपत करता है, बेहतर प्रदर्शन करता है, कम जगह की आवश्यकता होती है, और यह मल्टी-चिप सिस्टम की तुलना में अधिक विश्वसनीय है। अधिकांश सिस्टम चिप्स आज स्मार्टफोन और टैबलेट जैसे मोबाइल उपकरणों में शामिल हैं।
सिस्टम-ऑन-ए-चिप को विशेष रूप से एक एकीकृत चिप पर कई कंप्यूटर घटकों के आवश्यक इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी को शामिल करने के मानकों को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एक पीसीबी पर कई चिप्स और घटकों को इकट्ठा करने वाली प्रणाली के बजाय, एक एसओसी एक ही डिवाइस में सभी आवश्यक सर्किटरी बनाता है।
SoC चुनौतियों में उच्च प्रोटोटाइप लागत, आर्किटेक्चर और अधिक जटिल डिबगिंग शामिल हैं। आईसी लागत प्रभावी नहीं हैं। हालाँकि, यह तकनीकी प्रगति के रूप में बदल सकता है।
आवश्यक माइक्रोचिपिंग पैरामीटर
सिस्टम ऑन चिप एसओसी बहुत जटिल डिवाइस हैं। उदाहरण के लिए, क्वालकॉम का स्नैपड्रैगन 600 सिस्टम-ऑन-ए-चिप एसओसी है जो पुराने सैमसंग गैलेक्सी स्मार्टफोन में इस्तेमाल किया गया था।
लोग अपने स्मार्टफोन का उपयोग इंटरनेट पर सर्फ करने, संगीत सुनने, वीडियो देखने, जीपीएस नेविगेशन का उपयोग करने, फोटो और वीडियो लेने, गेम खेलने, सामाजिक नेटवर्क तक पहुंचने में सक्षम होना चाहते हैं। ये सभी विशेषताएंन केवल एक अच्छे प्रोसेसर के साथ, बल्कि चिप एसओसी ग्राफिक्स चिप पर एक शक्तिशाली सिस्टम, एक तेज वायरलेस ब्लूटूथ चिपसेट, और 4 जी नेटवर्क से कनेक्ट करने के लिए समर्थन के साथ प्रदान किया जाता है। यह सब कम से कम ऊर्जा खपत के साथ काम करना चाहिए।
समाधान हर उस चीज़ को छोटा करना है जिसे स्थापित किया जा सकता है। उपकरणों को यथासंभव संकुचित किया जाना चाहिए और एक छोटी सतह पर कॉम्पैक्ट रूप से रखा जाना चाहिए। इसका परिणाम उच्च प्रसंस्करण शक्ति और कम बिजली की खपत है। यह वही है जो SoC प्रदान करता है।
सिस्टम-ऑन-चिप डिज़ाइन
वैचारिक रूप से, कार्यात्मक चिप्स के लिए डिजाइन रणनीति के तीन स्तर हैं। पहला स्तर बिंदु समूह की समरूपता है। यह एक निश्चित भौतिक प्रतिक्रिया और क्रिस्टल की अनिसोट्रॉपी की उपस्थिति या अनुपस्थिति को निर्धारित करता है। इसलिए, इसका उपयोग नए कार्यात्मक क्रिस्टल को खोजने और ढालने के लिए किया जा सकता है।
बिंदु समूह समरूपता एक आवश्यक आवश्यकता है, लेकिन एक कार्यात्मक क्रिस्टल के लिए पर्याप्त स्थिति नहीं है। एक एसएनके सिस्टम-ऑन-ए-चिप के लिए किसी विशेष संपत्ति को प्रदर्शित करने के लिए, इसे डिजाइन रणनीति के दूसरे स्तर-अंतरिक्ष समूह संरचना या समरूपता द्वारा पूरक होना चाहिए।
आखिरकार, प्रतिक्रिया को बढ़ाने या अनुकूलित करने के लिए, आणविक इंजीनियरिंग डिजाइन रणनीति का एक तीसरा स्तर है जिसमें परमाणुओं, अणुओं और क्रिस्टल समूहों के निर्माण खंडों की इलेक्ट्रॉनिक या चुंबकीय संरचनाओं को ठीक करना शामिल है।
घटकमोबाइल डिवाइस
एक SoC सिस्टम-ऑन-ए-चिप में इसके उद्देश्य के आधार पर विभिन्न तत्व हो सकते हैं। चूंकि अधिकांश एसओसी स्मार्टफोन पर उपयोग किए जाते हैं, इसलिए हम ऐसे उपकरणों के सबसे सामान्य घटकों की एक सूची प्रदान करते हैं:
- CPU SoC के अंदर का कोर है। यह वह हिस्सा है जो अधिकांश गणना और निर्णय लेने के लिए जिम्मेदार है। यह अन्य हार्डवेयर घटकों और सॉफ्टवेयर से इनपुट प्राप्त करता है और उपयुक्त आउटपुट प्रतिक्रिया प्रदान करता है। सीपीयू के बिना, कोई SoC नहीं होगा। आज अधिकांश प्रोसेसर में दो, चार या आठ कोर होते हैं।
- GPU - ग्राफिक्स प्रोसेसिंग मॉड्यूल के लिए छोटा। इसे वीडियो चिप भी कहते हैं। जीपीयू 3डी गेमिंग के साथ-साथ साफ-सुथरे विजुअल ट्रांजिशन के लिए जिम्मेदार है जो सिंगल-चिप सिस्टम का उपयोग करके किसी भी डिवाइस के इंटरफेस में दिखाई देता है।
- RAM मेमोरी - सभी कंप्यूटिंग डिवाइस को काम करने के लिए मेमोरी की आवश्यकता होती है। एप्लिकेशन और सॉफ़्टवेयर डेटा चलाने में सक्षम होने के लिए, आपको उनका उपयोग करना होगा। ऐसा करने के लिए, सिस्टम-ऑन-ए-चिप में RAM होना आवश्यक है।
- ROM - किसी भी डिवाइस में फर्मवेयर या ऑपरेटिंग सिस्टम जैसे सॉफ्टवेयर को स्टोर करने के लिए ROM मेमोरी होनी चाहिए।
- मॉडेम - एक स्मार्टफोन फोन नहीं होगा अगर वह रेडियो नेटवर्क से कनेक्ट नहीं हो सकता है। मोडेम नेटवर्क या सेलुलर कनेक्शन का ख्याल रखते हैं।
सीपीयू और मेमोरी के अलावा, अन्य एसओसी में पीसीआईई इंटरफेस शामिल हो सकते हैं जिन्हें के लिए डिज़ाइन किया गया हैरेडियो ट्रांसीवर, सैटा इंटरफेस, या यूएसबी डिवाइस कनेक्ट करना।
चिप डिजाइन
चिप पर सिस्टम में उनकी गणना करने के लिए सेमीकंडक्टर मेमोरी ब्लॉक होना चाहिए। SoC के अनुप्रयोग के आधार पर, मेमोरी मेमोरी और कैश का एक पदानुक्रम बना सकती है। यह मोबाइल कंप्यूटिंग बाजार में आम है, लेकिन कई कम-शक्ति वाले एम्बेडेड माइक्रोकंट्रोलर में इसकी आवश्यकता नहीं होती है।
SoCs के लिए मेमोरी तकनीकों में रीड-ओनली मेमोरी (ROM), रैंडम एक्सेस मेमोरी (RAM), इलेक्ट्रिकली इरेज़ेबल प्रोग्रामेबल ROM (EEPROM), और फ्लैश मेमोरी शामिल हैं। अन्य कंप्यूटर सिस्टम की तरह, RAM को अपेक्षाकृत तेज़ लेकिन अधिक महंगी स्थिर RAM (SRAM) और धीमी लेकिन सस्ती डायनेमिक RAM (DRAM) में विभाजित किया जा सकता है, जैसे कि इस आलेख में चित्रित सिस्टम-ऑन-ए-चिप।
बाहरी इंटरफेस
SoCs में बाहरी इंटरफेस शामिल हैं, आमतौर पर संचार प्रोटोकॉल के लिए। वे अक्सर USB, फायरवायर, ईथरनेट, USART, SPI, HDMI, I2C, और अधिक जैसे उद्योग मानकों पर आधारित होते हैं। वायरलेस नेटवर्क प्रोटोकॉल जैसे वाई-फाई, ब्लूटूथ, 6LoWPAN, और निकट क्षेत्र संचार का भी समर्थन किया जा सकता है।
यदि आवश्यक हो, एसओसी में सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए एनालॉग इंटरफेस शामिल हैं। वे स्मार्ट कन्वर्टर्स सहित विभिन्न प्रकार के सेंसर या एक्चुएटर्स के साथ इंटरैक्ट कर सकते हैं। वे विशिष्ट से भी संपर्क कर सकते हैंमॉड्यूल अनुप्रयोगों या एसओसी के लिए आंतरिक होना, उदाहरण के लिए, यदि एक एनालॉग सेंसर एसओसी में बनाया गया है और इसकी रीडिंग को गणितीय प्रसंस्करण के लिए डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित किया जाना चाहिए।
डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर
डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) अक्सर एक चिप पर सिस्टम में शामिल होते हैं। वे सेंसर, एक्चुएटर्स, डेटा अधिग्रहण, डेटा विश्लेषण और मल्टीमीडिया प्रोसेसिंग के लिए ऑपरेशन सिग्नल प्रोसेसिंग करते हैं। डीएसपी कोर में आमतौर पर एक बहुत लंबा निर्देश शब्द (वीएलआईडब्ल्यू) और यूनिडायरेक्शनल इंस्ट्रक्शन सेट आर्किटेक्चर होता है, इसलिए वे समानांतरवाद का फायदा उठाने के लिए उत्तरदायी होते हैं।
4DSP कोर में अक्सर एप्लिकेशन-विशिष्ट निर्देश होते हैं और ASIP एप्लिकेशन-विशिष्ट मैनुअल सेट के प्रोसेसर होते हैं। इस तरह के निर्देश विशेष कार्यात्मक इकाइयों के अनुरूप हैं।
विशिष्ट डीएसपी निर्देशों में एकाधिक संचय, तेज़ फूरियर रूपांतरण, चिकनी गुणा, और दृढ़ संकल्प शामिल हैं। अन्य कंप्यूटर सिस्टम की तरह, SoCs को घड़ी के संकेतों को उत्पन्न करने, कार्यों के निष्पादन को नियंत्रित करने और जरूरत पड़ने पर सिग्नल प्रोसेसिंग अनुप्रयोगों को समय संदर्भ प्रदान करने के लिए घड़ी के स्रोतों की आवश्यकता होती है।
लोकप्रिय समय स्रोत क्रिस्टल ऑसिलेटर और फेज़-लॉक लूप हैं। SoCs में वोल्टेज रेगुलेटर और पावर मैनेजमेंट सर्किट भी शामिल हैं।
SoC और CPU के बीच का अंतर
एक ज़माने में कई लोगों को लगता था कि सीपीयू को मॉनिटर से पूरी तरह से अलग कर दिया गया है। अब बहुत से लोग समझते हैं कि CPU केवल एक छोटा सा हिस्सा है,और एक कंप्यूटर कई भागों से मिलकर बना होता है।
चिप पर सिस्टम एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट बोर्ड है जो कंप्यूटर और अन्य इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में सभी आवश्यक घटकों को एकीकृत करता है। इनमें GPU, CPU, मेमोरी, पावर मैनेजमेंट सर्किटरी, USB कंट्रोलर, वायरलेस रेडियो और बहुत कुछ शामिल हैं। इन घटकों को मदरबोर्ड पर सोल्डर किया जाता है, जो पारंपरिक कंप्यूटरों से अलग होता है, जिसके कुछ हिस्सों को किसी भी समय बदला जा सकता है।
आप कह सकते हैं कि एक चिप (SoC) पर एक सिस्टम तब होता है जब वेक्टर फ्रॉम डेस्पिकेबल मी एक पूर्ण कंप्यूटर पर "बीम कम्प्रेशन" का उपयोग करता है। लघुकरण की शक्ति के साथ, चिप पर सिस्टम एक कार्यात्मक कंप्यूटर है जिसे एक एकल सिलिकॉन चिप पर फिट करने के लिए संकुचित किया गया है।
जहां चिप्स का उपयोग किया जाता है
SoC आमतौर पर छोटा होता है और इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस के अंदर ज्यादा जगह नहीं लेता है, जिससे यह छोटे उपकरणों के लिए आदर्श बन जाता है। यह एक ही चिप पर कई अलग-अलग हिस्सों को जोड़ती है, जिसका अर्थ है कि इसके निर्माता को महत्वपूर्ण भौतिक भागों को बिछाने और लंबे सर्किट बनाने में समय, पैसा और संसाधन खर्च नहीं करना पड़ता है, जिसका अर्थ है कम उत्पादन और लागत। एक चिप पर सिस्टम समर्पित व्यक्तिगत घटकों जैसे डेस्कटॉप पीसी या लैपटॉप की तुलना में बहुत अधिक कुशल होते हैं। SoC बैटरी पर अधिक समय तक चल सकता है।
इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए पारंपरिक दृष्टिकोण व्यक्तिगत रूप से चलने वाले सिस्टम बनाने के बारे में रहा हैस्वतंत्र भाग। उदाहरण कंप्यूटर और लैपटॉप हैं। हालांकि, हर चीज के निरंतर लघुकरण का मतलब है कि वे तेजी से एक चिप पर छोटे, अधिक ऊर्जा कुशल सिस्टम पर भरोसा कर रहे हैं। स्मार्टफोन, टैबलेट और यहां तक कि IoT (इंटरनेट ऑफ थिंग्स) डिवाइस साबित कर रहे हैं कि चिप्स पर सिस्टम सभी इलेक्ट्रॉनिक्स के भविष्य का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं।
इंटेल पेंटियम N3710 डिवाइस
पेंटियम N3710 इंटेल द्वारा डिजाइन किया गया 64-बिट क्वाड-कोर सिस्टम-ऑन-ए-चिप है और 2015 की शुरुआत में भाग संख्या 3710 के रूप में पेश किया गया था। एयरमोंट माइक्रोआर्किटेक्चर पर आधारित है। यह चिप 2.57GHz तक मोड के साथ 1.6GHz पर काम करती है। एसओसी में एचडी ग्राफिक्स 405 जीपीयू शामिल है जिसमें 16 निष्पादन इकाइयां हैं और 400 मेगाहर्ट्ज पर चलता है
N3710 सिस्टम-ऑन-चिप आर्किटेक्चर विवरण:
- डिजाइनर - इंटेल।
- निर्माता - इंटेल।
- मॉडल नंबर - N3710.
- भाग संख्या - एफएच8066501715927
- स्कोप - मोबाइल।
- अंक - मार्च 2015
- पेंटियम N3000 श्रृंखला।
- आवृत्ति - 1600 मेगाहर्ट्ज।
- स्पीड - 2567 मेगाहर्ट्ज (1 कोर)।
- बस का प्रकार - IDI CPUID 406C4.
- माइक्रोआर्किटेक्चर - एयरमोंट।
- मुख्य नाम ब्रासवेल है।
- प्रौद्योगिकी - सीएमओएस।
- शब्द का आकार - 64-बिट।
- अधिकतम प्रोसेसर - यूनिप्रोसेसर।
- अधिकतम मेमोरी 8 जी है।
- पीपी तापमान 0 सी - 90 सी।
- एकीकृतGPU ग्राफ़िक्स जानकारी - HD ग्राफ़िक्स 405.
- अधिकतम आवृत्ति 700 मेगाहर्ट्ज है।
चिप सिस्टम के फायदे
डिजाइन में एसओसी का उपयोग करने के मुख्य उद्देश्य में ऐसे कदम शामिल हैं जो डिवाइस के लाभों को बनाते हैं:
- एसओसी आकार में छोटा है लेकिन इसमें कई विशेषताएं शामिल हैं।
- लचीलापन। चिप आकार, शक्ति और रूप कारक के संदर्भ में, इन प्रणालियों को अन्य उपकरणों द्वारा हरा पाना बहुत कठिन है।
- लागत दक्षता, विशेष रूप से वीडियो कोड जैसे विशिष्ट एसओसी अनुप्रयोगों के लिए।
- सिस्टम-ऑन-चिप अनगिनत है। उच्च क्षमता वाले उत्पादों के लिए, वे संसाधन सुरक्षा और इंजीनियरिंग लागत को सरल बनाते हैं।
हालांकि, इस तरह के एक उत्कृष्ट उपकरण में इसकी कमियां हैं:
- बड़े समय का निवेश। SoC डिज़ाइन प्रक्रिया में 6 से 12 महीने तक का समय लग सकता है।
- सीमित संसाधन।
- यदि कम मात्रा का उत्पाद विकसित किया जा रहा है, तो उच्च अंत उपकरण की आवश्यकता होगी। तृतीय पक्ष हार्डवेयर का उपयोग करना, एप्लिकेशन सॉफ़्टवेयर पर समय और संसाधन खर्च करना बेहतर हो सकता है।
चिप पर सिस्टम का बड़ा नुकसान यह है कि वे बिल्कुल भी अनुकूलनीय नहीं हो सकते। दूसरे शब्दों में, उन्हें अपग्रेड नहीं किया जा सकता है। एक चिप पर एक प्रणाली आमतौर पर उसी तरह मर जाती है जैसे इसे बनाया गया था। पूरे सेवा जीवन के दौरान इसमें कुछ भी नहीं बदलता है। यदि उपकरण में कुछ आंतरिक रूप से टूट जाता है, तो केवल उस हिस्से की मरम्मत या परिवर्तन नहीं किया जा सकता है। पूरे एसओसी को बदलना होगा।
सबसे बड़े उत्पादकमोबाइल चिप्स
हम प्रमुख निर्माताओं से चिप पर सिस्टम का एक संक्षिप्त अवलोकन प्रदान करते हैं: क्वालकॉम, सैमसंग, मीडियाटेक, हुआवेई, एनवीआईडीआईए और ब्रॉडकॉम। क्वालकॉम, एनवीआईडीआईए, और मीडियाटेक हार्डवेयर कंपनियों के लिए मुख्य रूप से मोबाइल एसओसी का निर्माण और बिक्री करते हैं जो उनके द्वारा निर्मित उपकरणों में उपयोग करते हैं। ब्रॉडकॉम एसओसी बनाता है जो राउटर और नेटवर्किंग उपकरणों में उपयोग किया जाता है, और सैमसंग और हुआवेई न केवल एसओसी बनाते हैं, बल्कि उनका उपयोग करने वाली दुनिया की दो सबसे बड़ी कंपनियां हैं।
आप यह नहीं कह सकते कि चिप पर कौन सा सिस्टम सबसे अच्छा है। सिस्टम-ऑन-ए-चिप का डिज़ाइन और विकास इतनी तेज़ी से आगे बढ़ रहा है कि तुलना के समय तक, विकल्प पहले से ही अप्रचलित हो जाएगा। हालांकि, किसी को यह याद रखना चाहिए कि सबसे अच्छा एसओसी प्रोसेसर या सबसे तेज वायरलेस ट्रांसफर के लिए सबसे अच्छा नहीं हो सकता है।
