سیستم های بر تراشه یا همان SoC چیست ؟

”سیستم بر تراشه“ یا SoC * همان‌طور که از نامش مشخص است، قرار دادن یک سیستم به صورت کامل، در داخل یک تراشه (چیپ) می‌باشد. به عبارتی یک سیستم بر تراشه یا همان SoC تمام هر آنچه که به یک سیستم الکترونیکی یا کامپوتر نیاز است، در داخل یک تراشه سیلیکونی [1] مجتمع [2] شده است. معمولا در داخل یک SoC به غیر از پردازنده‌ی CPU، پردازنده‌ی گرافیکی GPU، حافظه، کنترل کننده‌های USB (یو‌اس‌بی) [3] ،مدارات مدیریت انرژی و فرستنده‌های بی‌سیم رادیویی (مانند Wifi، G۳، LTD G۴ و موارد دیگر) و.. قرار دارد؛شکل  ۱‑۱ نمونه‌ای از یک رایانه‌ی کوچک که از تکنولوژی سیستم بر تراشه استفاده کرده‌است. در تصویر سمت چپ بلوک دیاگرام یک نمونه از داخل چیپ SoC را نشان می‌دهد

 به بیان دیگر ”سیستم بر تراشه“ Soc (همانند شکل ‏۱‑۱) یک تراشه کوچکی از است که در داخل آن یک کامپیوتر کامل قرار دارد، این درحالی است که یک پردازنده‌ی CPU به تنهایی نمی‌تواند بدون ده‌ها تراشه‌ی دیگر کارکند (همان‌طور که می‌دانیم CPU ها خود به تنهایی بدون حافظه برای ذخیره سازی انواع اطلاعات، پردازنده‌‌ی گرافیکی برای ذخیره‌سازی اطلاعات گرافیکی و ماتریسی، تراشه‌های صوتی برای رمزگشایی و تقویت صدا و.. بی‌استفاده می‌باشند)؛  

مزیت استفاده از SoC ها :

استفاده از SoC ها مزیت‌های متعددی دارد که از جمله می‌توان به :

اندازه‌ی کوچک :

SoC ها تنها کمی از پردازنده‌های CPU بزرگتر می‌باشند اما در حین حال با آن اندازه‌ وظایف به مراتب بیشتری در مقایسه با CPU ها انجام می‌دهد. منظور از وظایف SoC ها، زمانی که از یک CPU استفاده می‌شود، ساخت یک رایانه‌ی کوچکتر از ۱۰ سانتی مربع بسیار مشکل می‌باشد زیرا یک CPU نیاز به چندین تراشه مختلف دارد که در یک مدار یا در یک داخل CPU فشرده و مجتمع شده باشد. این در حالی است که با یک SoC می‌توان یک رایانه‌ی کامل و کوچک همانند گوشی‌های هوشمند و تبلت تولید کرد.

هرچه فشرده‌سازی در تراشه بیشتر باشد به عبارتی در داخل تراشه پردازنده‌ها، تراشه‌ها و حافظه‌های بیشتری مجتمع‌ و متمرکز شوند، نیاز به مدارات، تراشه‌ها و حافظه‌های خارج از تراشه کمتر می‌شود و به عبارتی فضای کمتری برای ساخت یک رایانه‌‌، اشغال می‌شود. فشردگی و کاهش فضای اشغال شده SoC باعث ایجاد فضای بیشتری برای دیگر اجزای داخل دستگاه‌های الکترونیکی خصوصا گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها، می‌شود. به عنوان مثال یکی از مسائل مربوط به گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها، ذخیره‌کننده‌های انرژی مانند باتری می‌باشد؛ هرچه فضای اشغال شده‌ی مدارات الکترونیکی کمتر شود، باتری بزرگتری می‌توان برای این‌گونه دستگاه‌ها اختصاص داد.

مصرف انرژی پایین :

به دلیل فشردگی بالا و کاهش سیم‌کشی‌های بین اجزای داخل SoC و نیز افزایش سطح یک ‌پارچه‌سازی، یک SoC انرژی بسیار کمتری در مقایسه با دیگر سیستم‌های الکترونیکی متداول، مصرف خواهد کرد و همچنین انرژی کمتری اتلاف می‌شود. این موضوع برای گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها نیز یک امتیاز مثبت می‌باشد زیرا این دستگاه‌ها به دلیل اینکه از منابع ذخیره کننده‌‌های انرژی مانند باتری‌ها استفاده می‌کنند، در این صورت یا به ذخیره کننده‌هایی انرژی با ظرفیت‌‌های بالا نیاز دارند یا تا جای ممکن باید انرژی مصرفی‌شان کم شود. همچنین پیشرفت و رشد سیستم های بر تراشه (SoC) باعث کاهش مصرف انرژی در کل جهان می‌شود.

ارزان قیمت :

یکی دیگر از مزیت‌ SoC ها، هزینه‌ی پایین ساخت آن‌ها می‌باشد، زیرا در سیستم های بر تراشه (SoC) ، برای ساخت یک رایانه‌‌ی کوچک به تراشه‌های فیزیکی کمتری نیاز می‌باشد و همچنین در این سیستم، مدارات، سیم‌کشی‌ها، تراشه‌ها و… حذف یا کم می‌شوند؛ در نتیجه باکاهش اجزا و تجهیزات الکترونیکی‌، هزینه‌ی ساخت یک رایانه‌ی کوچک نیز کاهش پیدا می‌کند. این موضوع همانند موارد قبلی گفته شده برای گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها یک عامل مثبت می‌باشد

معایب استفاده از SoC ها :

اما سیستم‌های بر تراشه در حال حاضر یک نقطه‌ی ضعف دارند که می‌تواند ضرورت استفاده از این سیستم‌ها را کم کند؛

SoC ها کاملا انعطاف ناپذیز می‌باشند. منظور از انعطاف‌ناپذیر بودن SoC ها، یعنی اجزای داخل این سیستم، در حال حاضر غیرقابل تغییر می‌باشد و نیز نمی‌توان اجزایی به داخل SoC ها اضافه کرد. به بیان دیگر در رایانه‌ها‌ی شخصی، هر زمان که بخواهیم، می‌توانیم CPU، GPU، RAM و … را تعویض یا بروزرسانی کنیم، اما این کار در SoC ها غیر ممکن است. به عنوان مثال هیچ‌گاه نمی‌توان حافظه‌ی داخلی یا CPU یک گوشیِ‌ هوشمند را عوض کرد. البته در آینده این امکان وجود دارد که از SoC هایی تولید شوند که بتوانیم به آن‌ها، قابلیت‌هایی اضافه کنیم به عبارتی در آن Slot in انجام شود، اما از آنجایی که هر چیزی در SoC یکپارچه و مجتمع شده‌اند، اگر به عنوان مثال فقط بخواهیم RAM (رم)[4] بیشتری به این سیستم اضافه کنیم باید هزینه‌ی بسیار زیادی پرداخت کنیم که هیچ گونه توجیه اقتصادی نخواهد داشت.

نتیجه گیری کلی در مورد استفاده از SoC ها :

با این وجود سیستم های بر تراشه SoC جای پردازنده‌های CPU را خواهند گرفت زیرا مزایای این سیستم به مراتب بیشتر از CPUها می‌باشد، چناچه شرکت‌های سازنده‌ پردازنده CPU مانند شرکت اینتل و AMD، طراحی پردازنده‌های جدید خود را به سمت تکنولوژی SoC ها پیش برده‌اند. به عنوان مثال در داخل پردازنده‌هایی مانند پردازنده‌ی اِسکای‌لِیک به غیر از CPU،

پردازنده‌ی GPU، کنترل‌کننده‌ی حافظه و PCI Express د [5] همگی در یک تراشه ادغام و مجتمع شده است. البته ساخت پردازنده‌های CPU برای بازار، همیشه هدف عام منظوره [6] داشته است بنابراین توان مصرفی و فضای اشغال شده توسط پردازنده‌های CPU اهمیت و اولویت بالایی نداشته اند. به عنوان مثال ابرکامپوترها[7] دارای پردازنده‌های پر مصرفی هستند که اندازه‌ی نسبتا بزرگی دارند،

گرچه مصرف توان و همچنین اندازه‌ی CPU های جدید در مقایسه با پردازنده‌های قدیمی کاهش چشم‌گیری پیدا کرده است. گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و ابزارهای پوشیدنی [8] به عنوان کامپیوترهای آینده‌ خواهند بود که سیستم های بر تراشه (SoC) نیز هستند.

زیرنوشت

[1] Silicon

[2] Integrate

[3] Universal Serial Bus (USB)

[4] Random-access memory

[5] Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express)

[6] General purpose

[7] Supercomputers

[8] Wearable devices

[*] System On a Chip (SoC)