دیجی باران
سامانه سیستم روی تراشه SoC یک فناوری پیشرفته در زمینه مهندسی الکترونیک است که اجزای مختلف یک سیستم کامپیوتری، از جمله واحدهای پردازش مرکزی (CPU)، واحدهای گرافیکی (GPU)، حافظه، و واحدهای ارتباطی را در یک تراشه یا چیپ یکپارچه ترکیب می‌کند. این فناوری به شرکت‌ها این امکان را می‌دهد که تمام اجزای یک سیستم را در یک فضای فیزیکی کوچک و یکپارچه جای دهند.
کاربرد تراشه های SOC چیست !؟
سیستم روی تراشه به دلیل ادغام واحدهای مختلف و افزایش کارایی در مصرف انرژی، تبدیل به انتخاب محبوب در طراحی دستگاه‌های هوشمند مانند گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، دستگاه‌های خودرو، و سایر دستگاه‌های الکترونیکی کوچک شده است. این چیپ‌ها علاوه بر کاهش ابعاد فیزیکی، نقش مهمی در بهبود عملکرد و بهینه‌سازی مصرف انرژی دستگاه‌ها دارند. از طرفی، این تجمیع تراشه به توسعه سریعتر و ارزان‌تر دستگاه‌های الکترونیکی کمک می‌کند و نیاز به اتصالات پیچیده بین اجزا را کاهش می‌دهد.
SoC ( سیستم روی تراشه ) آیا مفید واقع می شود ؟!
اجازه دهید با یک مثال واقعی از دنیای تکنولوژی شروع کنیم : شما می‌توانید تقریباً هر قسمت از سخت افزار رایانه های رومیزی اعم از پردازنده، کارت گرافیک و حتی رم را تعویض کنید، اما نمی‌توانید بخش کوچکی مانند RAM یا گرافیک متعلق به مک بوک یا آی مک مدرن و مبتنی بر تراشه M1 یا M2 که نوعی از SoC است را جایگزین کرده یا ارتقا دهید؛ زیرا آنها با فناوری قطعات مجتمع ساخته شده و روی برد الکتریکی لپ تاپ نصب شده است تا سرعت را افزایش داده و مصرف انرژی را کاهش دهد. .
تراشه SoC ؛ یعنی همه چیز در یک قطعه کوچک !
شما باید حداقل یک بار از برنامه های فشرده سازی فایل مانند 7Zip یا WinRAR برای جمع آوری چند فایل و قرار دادن آنها در یک پوشه یا فایل فشرده با اندازه کوچکتر استفاده کرده باشید و در حقیقت با این کار تمام اطلاعات را بدون به خطر انداختن عملکرد یا دقت حفظ کرده اید.
می توان گفت که شرکت های فناوری از همین اصل برای طراحی سخت افزار جدید مبتنی بر سامانه یکپارچه SoC استفاده کردند. فناوری SoC نه تنها فشرده سازی مدار و قطعات را انجام داده بلکه با ادغام آنها در یک تراشه یکپارچه توانسته گام بزرگی به سمت ارتقای تکنولوژی ساخت قطعات سخت افزاری بردارد.
تشریح بخش های به کار رفته در چیپست SoC
با ساخت تراشه یا همان چیپست SoC قطعاتی مانندCPU ، GPU، RAM و حتی مودم برای دریافت سیگنال‌های Wi-Fi و بلوتوث، به همراه برخی از پردازنده‌های جانبی مانند پردازنده هوش مصنوعی و سایر اجزای اساسی، همگی در یک تراشه کوچک مجتمع قرار گرفته‌اند.
پس یعنی SoC همان پردازنده است که به همراه بقیه قسمت های اساسی سیستم در یک تراشه قرار گرفته است.
البته این برخلاف چیزی است که در کامپیوترهای معمولی و سیستم های رومیزی رایج است. به طور مثال سوکت CPU، پورت PCIe برای کارت گرافیک، درگاه DIMM برای RAM و موارد دیگر که نیاز به فضا و انرژی زیادی دارند در هر قسمت مادر برد دارای جایگاه مستقل است و سوکت یا اسلت خاص خود را روی مادربرد دارد. ناگفته نماند که در سیستم های رایانه ای رومیزی؛ سیستم خنک کننده مستقل تقریبا برای هر قسمت لازم است.
SoC ها معمولاً شامل اجزای زیر هستند:
ریزپردازنده: واحد پردازش مرکزی (CPU) در SoC تعبیه شده که مسئول اجرای دستورالعمل ها و انجام محاسبات است.
حافظه: SoC ها معمولاً شامل رم (حافظه دسترسی تصادفی) و حافظه فلش هستند که به ترتیب داده ها را به طور موقت و دائم ذخیره می کنند.
رابط های ورودی/خروجی: این ها رابط های ارتباطی هستند که به SoC اجازه می دهند با دستگاه های دیگر مانند نمایشگرها، دوربین ها و سایر حسگرها تعامل داشته باشد.
اجزای دیگر: SoCها همچنین ممکن است شامل اجزای اضافی مانند پردازنده های سیگنال دیجیتال (DSP)، واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) و سایر اجزای خاص برنامه مورد نظر باشند.
تاریخچه و تکامل SoCs
مفهوم ادغام چندین مؤلفه در یک تراشه واحد به اواخر دهه 1960 برمی گردد. با این حال، توسعه SoC ها به دلیل فناوری و هزینه ساخت مدارهای مجتمع در آن زمان محدود بود. در دهه 1980، با پیشرفت تکنولوژی و کاهش هزینه های ساخت، SoC ها محبوبیت پیدا کردند. امروزه SoC ها بخشی جدایی ناپذیر از سیستم های الکترونیکی مدرن هستند و در طیف گسترده ای از محصولات، از گوشی های هوشمند گرفته تا تجهیزات پزشکی استفاده می شوند.
دنیای دیجیتال قبل از SoC یا سیستم روی تراشه
مطمئناً از حجم و ابعاد بزرگ رایانه ها در ابتدای تولیدشان که تقریباً به اندازه یک یا دو اتاق از خانه های فعلی ما بود اطلاع دارید و همانطور که اکنون مشاهده می کنید؛ سیستم های کامپیوتری با گذشت زمان کوچکتر شده است و از شنیدن این قضیه شگفت زده نخواهید شد زیرا همین سیستم کنونی شما بسیار کوچک تر از اجداد اولیه IBM خودش است .
پس از اختراع مدار مجتمع یا آی سی در دهه پنجاه ( قرن گذشته که ) به جمع آوری هزاران قطعه میکروالکترونیک در یک قطعه یا برد الکتریکی کمک کرد ؛ ترانزیستورها، مقاومت ها و خازن ها به یکدیگر متصل شده و مدارهای الکترونیکی یکپارچه را در یک تکه سیلیکون تشکیل دادند.
این به روز رسانی در طراحی منجر به جایگزینی قطعات بزرگ با قطعات نسبتا کوچکتر شد و تا اوایل دهه هفتاد که اینتل از اولین پردازنده تک تراشه CPU ” اینتل 4004 ” رونمایی کرد ادامه یافت. اینتل 4004 که عناصر پردازش مرکزی را در یک مدار مجتمع واحد ترکیب می کند در واقع یک جهش کوانتومی در فناوری در آن زمان به حساب می آمد.
در ادامه این تاریخچه ، به طور خاص در سال 1974، جناب تگزاس اینسترومنتز اولین میکروکنترلر یا “تراشه سیلیکونی قابل برنامه ریزی” را منتشر کرد که یک مینی کامپیوتر بود! این قطعه مجتمع به جای فناوری قدیمی، که نیاز به وجود یک آی سی برای هر جزء، اعم از پردازنده، رم و حتی واحد کنترل و دیگر قطعات بود، مجموعه ای از قطعات مهم را در یک قطعه جای داده بود.
این اختراع شبیه به چیپست Soc امروزی بوده و اختراع ” تگزاس اینسترومنتز ” آن روزهابه پیدایش رایانه های کوچک، کنسول های بازی دیجیتال و سایر دستگاه هایی که نیاز به پردازش ساده دارند کمک کرد اما میکروکنترلر به دلیل توانایی های محدود در مقایسه با پردازنده مرکزی، رم گسسته و حتی پردازنده گرافیکی که همچنان عملکرد مناسبی را ارائه می دهد، در رایانه ها استفاده نشد.
این موضوع حتی پس از ظهور تلفن‌های سنتی که پردازنده، رم و سایر اجزا به طور جداگانه روی یک مادربرد کار می‌کردند، باقی ماند تا اینکه تلفن‌های هوشمند ظاهر شدند و همه چیز را تغییر دادند! به جای تکیه بر تراشه‌های میکروکنترلر یا حتی ریزپردازنده‌ها، SoC اختراع شد که همان اصل میکروکنترلرها را اتخاذ می‌کند، اما با امکان توسعه ظرفیت تراشه ساخته شده و شامل اجزای مدرن امروزی مانند مودم وایفای است.
به خاطر ساخت تراشه های کنونی و تنها به لطف اختراع Soc که تمام اجزای اصلی، به‌ویژه پردازنده را در یک تراشه سیلیکونی به اندازه یک سکه ترکیب کرد، گوشی‌های هوشمند امروزی مانند آیفون 13 مثل یک لپ‌تاپ جیبی کار آمد و قوی شدند.
عملکرد SoC الان چیست و چطور خواهد شد؟
در واقع، تعجب خواهید کرد که در نتیجه استفاده از SoC عملکرد بسیار بالا برای اندازه کوچک و مصرف انرژی بسیار پایین تر حاصل شده است، به خصوص با چیپست های جدید مبتنی بر همان SoC که اپل در سال های اخیر به ما ارائه کرده است.
بهترین نمونه برای این تکنولوژی مربوط به سری M1 یا نسل دوم M2متعلق به اپل است، که عملکرد آن شما را شگفت زده می کند. علاوه بر این، فناوری SOC چیزی است که تلفن های ما را هوشمندتر، نازک تر و سبک تر می کند و حتی کامپیوترها را قدرتمندتر، کوچکتر و ارزان تر می کند. این پیشرفت از تصمیمات اتفاقی ناشی نشده است، بلکه قدمت آن به سال‌ها برمی‌گردد.
مهمترین کاربردهای SoC یعنی یکپارچه سازی کالاهای دیجیتال
مطمئناً درس پشت این اختراع این است که تا حد امکان اجزای مورد نیاز رایانه را در یک قطعه قرار دهیم تا به چندین هدف از جمله کاهش مصرف انرژی، کاهش هزینه ساخت، بهبود عملکرد و کاهش اندازه واقعی دستگاه دست یابیم.
تراشه های SoC در موبایل:
تراشه Soc به عنوان یک قطعه ارشد و یک پارچه به طراحی تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها و لپ‌تاپ‌های قدرتمندتر با دمای کمتر و عمر باتری بیشتر و ظاهری شیک و مرتب کمک زیادی می‌کند.
بنابراین، یک گوشی هوشمند بدون فناوری (سیستم روی تراشه) ارائه شده توسط تراشه هایی مانند اسنپدراگون یا حتی مدیاتک ، سامسونگ Xeno و Kirin هوآوی قابل تصور نیست!
تاثیر SoC در بازار اپل
حتی می توان گفت که بدون در نظر گرفتن تراشه هایی که اپل در 14 سال گذشته در محصولات خود استفاده کرده است دنیای گوشی آیفون به اندازه کنونی مطرح نبود. تراشه‌های SoC بر اساس معماری ARM و توسط شرکت‌های مختلف ساخته شده‌اند و سپس در سال 2010 اپل اولین تراشه SoC خود را با نام A4 برای کار با آیفون‌ها و آی‌پدها معرفی کرد.
تراشه‌های SoC ا ابتدا تا 2020در میان تبلت‌ها و تلفن‌های هوشمند محبوب باقی ماندند، تا اینکه در سال 2020 تراشه Apple M1 اولین SoC بود که می‌توان از آن در رایانه‌ها، اعم از رایانه‌های رومیزی یا لپ‌تاپ مانند مک‌بوک و iMac استفاده کرد.
SoC ها چندین مزیت نسبت به سیستم های الکترونیکی سنتی دارند:
اندازه کوچک چیپست SoC : با ادغام چندین مؤلفه در یک تراشه واحد، SoCها به طور قابل توجهی اندازه سیستم های الکترونیکی را کاهش می دهند و آنها را برای استفاده در دستگاه های کوچک مانند تلفن های هوشمند ایده آل می کند.
صرفه جویی در هزینه: ادغام چندین مؤلفه در یک تراشه واحد، هزینه کلی سیستم را کاهش می دهد، زیرا نیاز به اجزا و اتصالات جداگانه را از بین می برد.
افزایش کارایی: SoCها با کاهش تعداد مسیرهای ارتباطی و کاهش مصرف برق، کارایی سیستم های الکترونیکی را افزایش می دهند.
عملکرد بهبود یافته: SoC ها با فعال کردن اجزای سازنده به طور موثرتر با هم کار می کنند.
چالش های SoC ها
با وجود مزایای فراوان SoCها، چالش‌های متعددی نیز در طراحی و ساخت آنها وجود دارد، از جمله:
پیچیدگی: SoC ها سیستم های پیچیده ای هستند که به سطح بالایی از یکپارچگی و هماهنگی بین اجزای مختلف نیاز دارند.
مصرف برق: ادغام چندین جزء در یک تراشه واحد، مصرف برق سیستم را افزایش می دهد که می تواند یک چالش بزرگ در دستگاه های باتری دار باشد.
قابلیت اطمینان: SoC ها می توانند در برابر مسائل مربوط به قابلیت اطمینان آسیب پذیر باشند، مانند خرابی های یک نقطه، که می تواند باعث از کار افتادن کل سیستم شود.
آیا فناوری SoC را در رایانه های آینده بیشتری خواهیم دید؟
اگرچه چیپست SoC یک فناوری عالی است، اما کاربردهای فعلی آن به گوشی های هوشمند، تبلت ها، دستگاه های اپل از جمله رایانه های رومیزی iMac و همچنین رایانه های کوچک مانند Raspberry Pi محدود می شود، زیرا در مصرف انرژی صرفه جویی می کند، عملکرد بالاتری ارائه می دهد و اندازه کوچکی دارد.
- ممکن است تا چند سال آینده SoC را در رایانه های رومیزی ویندوزی که نیاز به خنک کننده کیفی دارند، نبینیم.
- فناوری SoC به شما امکان ارتقاء قطعاتی مانند پردازنده، کارت گرافیک و حتی رم را نمی دهد.
اما با وجود همه از موارد فوق، ما نمی دانیم آینده چه چیزی را برای ما رقم می زند و شاید در آینده نزدیک شاهد ابررایانه هایی باشیم که از SoC یا سیستم یکپارچه روی تراشه استفاده می کنند.
عملکرد این تراشه ها برای لپ تاپ چگونه است ؟
استفاده از پردازنده های System on a Chip (SoC) در لپ تاپ ها در سال های اخیر به طور فزاینده ای محبوب شده است. فناوری SoC امکان ادغام تمام اجزای یک کامپیوتر را بر روی یک تراشه واحد، از جمله پردازنده، گرافیک، حافظه و کنترلرهای I/O فراهم می کند. این طراحی می تواند مزایایی مانند کاهش مصرف برق، افزایش راندمان و بهبود عملکرد را ارائه دهد.
یکی از مزایای اصلی استفاده از فناوری SoC در لپ‌تاپ‌ها افزایش عمر باتری است. پردازنده‌های SoC معمولاً به گونه‌ای طراحی می‌شوند که نسبت به پردازنده‌های سنتی کم مصرف‌تر باشند، که می‌تواند عمر باتری لپ‌تاپ را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. این امر به ویژه برای دستگاه‌های قابل حمل مانند لپ‌تاپ‌ها که اغلب در مکان‌هایی استفاده می‌شوند که ممکن است پریز برق به راحتی در دسترس نباشد، مهم است.
یکی دیگر از مزایای فناوری SoC بهبود عملکرد است. پردازنده‌های SoC را می‌توان برای کارهای خاص، مانند پخش ویدیو یا مرور وب، بهینه‌سازی کرد که در نتیجه پردازش سریعتر و کارآمدتر انجام می‌شود. علاوه بر این، ادغام همه اجزا بر روی یک تراشه می‌تواند تأخیر را کاهش دهد و سرعت انتقال داده را بهبود بخشد و در نتیجه عملکرد کلی را بهبود بخشد.
در سال‌های اخیر، افزایش قابل توجهی در دسترسی به لپ‌تاپ‌های دارای پردازنده SoC، به‌ویژه از سوی تولیدکنندگانی مانند اپل، مایکروسافت و کوالکام مشاهده شده است. این دستگاه ها به طور کلی با استقبال خوبی مواجه شده اند، به طوری که بسیاری از کاربران گزارش داده اند که عمر باتری و عملکرد آن در مقایسه با لپ تاپ های سنتی بهبود یافته است.
با این حال، ذکر این نکته ضروری است که همه لپ‌تاپ‌ها از فناوری SoC استفاده نمی‌کنند و عملکرد پردازنده‌های SoC بسته به پردازنده خاص و قابلیت‌های آن می‌تواند متفاوت باشد. برخی از پردازنده‌های SoC برای کارهای محاسباتی اساسی‌تر طراحی شده‌اند، در حالی که برخی دیگر به اندازه کافی قدرتمند هستند تا بتوانند برنامه‌های کاربردی را مدیریت کنند.
به طور کلی، استفاده از فناوری SoC در لپ‌تاپ‌ها در ارائه عمر باتری، عملکرد و کارایی بهبود یافته موفق بوده است. همانطور که این فناوری به تکامل و بهبود ادامه می‌دهد، احتمالاً در آینده شاهد استفاده از لپ‌تاپ‌های بیشتری از پردازنده‌های SoC خواهیم بود.
تراشه SoC در موبایل
همانطور که اشاره شد، SoC شامل پردازنده است که مسئول اجرای تمامی برنامه‌ها و عملیات گوشی است. پردازنده گوشی‌ها معمولاً به دو نوع ARM و x86 تقسیم می‌شوند. پردازنده‌های ARM برای گوشی‌های اندروید و iOS استفاده می‌شوند، در حالی که پردازنده‌های x86 برای گوشی‌های ویندوزی استفاده می‌شوند.
علاوه بر پردازنده، SoC شامل حافظه داخلی، حافظه RAM، حافظه فلش و دیگر قطعات مرتبط می‌شود. حافظه داخلی برای ذخیره سازی اطلاعات و فایل‌ها استفاده می‌شود و حافظه RAM برای اجرای برنامه‌ها و عملیات مختلف گوشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. حافظه فلش نیز برای ذخیره سازی اطلاعات و فایل‌ها استفاده می‌شود.
تراشه SoC در موبایل چگونه تعمیر می شود ؟!
تراشه SoC (System on Chip) یکی از اصلی‌ترین اجزای هر گوشی موبایل است که تمامی عملیات پردازشی و هوشمندی را بر عهده دارد. اگر این تراشه در گوشی شما خراب شود، باید به یک مرکز تعمیر گوشی موبایل بروید تا آن را بررسی کنند.تعمیر تراشه SoC پیچیده است و نیاز به تخصص و تجهیزات خاص دارد.
برای تعمیر این تراشه، ابتدا باید گوشی را باز کرد و تراشه را از برد گوشی جدا کنند. سپس با استفاده از دستگاه‌های خاص، تراشه را بررسی کرده و هر قسمت خراب را تعمیر کنید. در نهایت، تراشه را به برد گوشی برگردانیده و گوشی دوباره بسته و تست شود. به علت پیچیدگی فرایند تعمیر، هزینه تعمیر تراشه SoC بیشتر از قیمت تعمیر سایر اجزای گوشی است.
نتیجه: SoC ها بخشی جدایی ناپذیر از سیستم های الکترونیکی مدرن هستند که مزایای زیادی نسبت به سیستم های سنتی دارند، از جمله اندازه کوچک، صرفه جویی در هزینه، افزایش کارایی و بهبود عملکرد. با وجود چالش‌های مرتبط با طراحی و ساخت، SoCها همچنان نقش مهمی در توسعه محصولات الکترونیکی جدید و نوآورانه ایفا خواهند کرد.
