¿Qué es un sistema en un chip (SoC)?

Se habla tanto de los chips y teléfonos inteligentes Apple M1 en estos días que se puede escuchar acerca de los diseños de sistema en un chip (SoC) que utilizan. Pero, ¿qué son los SoC y en qué se diferencian de los procesadores y microprocesadores? vamos a explicar

Sistema en un chip: una breve definición

Un sistema en un chip es un circuito integrado que combina muchos elementos de un sistema informático en un solo chip. Un SoC siempre incluye una CPU, pero también puede incluir memoria del sistema, controladores periféricos (para USB, almacenamiento) y periféricos más avanzados como unidades de procesamiento de gráficos (GPU), circuitos de redes neuronales especializados, radios (para Bluetooth o Wi-Fi) . Fi) y mucho más.

Un sistema en un chip es diferente de una PC tradicional con un chip de CPU y chips de controlador separados, GPU y RAM que se pueden reemplazar, actualizar o reemplazar según sea necesario. El uso de SoC hace que las computadoras sean más pequeñas, más rápidas, más baratas y menos intensivas en energía.

Una breve historia de la integración electrónica

Desde principios del siglo XX, el desarrollo de la electrónica ha seguido un camino predecible con respecto a dos grandes tendencias: la miniaturización y la integración. La miniaturización ha provocado que los componentes electrónicos individuales, como condensadores , resistencias y transistores , se vuelvan más pequeños con el tiempo. Y con la invención del circuito integrado (IC) en 1958, la integración combinó varios componentes electrónicos en una sola pieza de silicio, lo que permitió una miniaturización aún mayor.

Como esta miniaturización de la electrónica tuvo lugar durante el siglo XX, las computadoras también se hicieron más pequeñas. Las primeras computadoras digitales consistían en grandes componentes discretos como relés o tubos de vacío. Más tarde usaron transistores discretos, luego grupos de circuitos integrados. En 1972, Intel combinó los elementos de la unidad central de procesamiento (CPU) de una computadora en un solo circuito integrado y nació el primer microprocesador comercial de un solo chip. Con el microprocesador, las computadoras pueden ser más pequeñas y usar menos energía que nunca.

Introduzca el microcontrolador y el sistema en un chip

En 1974, Texas Instruments lanzó el primer microcontrolador , que es un tipo de microprocesador con memoria principal y dispositivos de E/S integrados con la CPU en un solo chip. En lugar de necesitar circuitos integrados independientes para la CPU, la RAM, el controlador de memoria, el controlador de puerto serie, etc., se puede colocar todo en un solo chip para pequeñas aplicaciones integradas, como calculadoras de bolsillo y juguetes electrónicos.

Durante la mayor parte de la era de la PC, el uso de un microprocesador con chips controladores separados, RAM y hardware de gráficos resultó en las computadoras personales más flexibles y poderosas. Los microcontroladores generalmente eran demasiado limitados para ser adecuados para tareas informáticas generales, por lo que se mantuvo el método tradicional de usar microprocesadores con chips de soporte discretos.

Recientemente, el impulso de los teléfonos inteligentes y las tabletas ha llevado la integración incluso más allá de los microprocesadores o los microcontroladores. El resultado es un sistema en un chip que puede empaquetar muchos elementos de un sistema informático moderno (GPU, módem celular, aceleradores de IA, controlador USB, interfaz de red) junto con un procesador y la memoria del sistema en un solo paquete. Este es otro paso en la continua integración y miniaturización de la electrónica que probablemente continúe en el futuro.

¿Por qué usar un sistema en un chip?

La colocación de más elementos del sistema informático en una sola matriz reduce los requisitos de energía, reduce los costos, mejora el rendimiento y reduce el tamaño físico. Todo esto ayuda mucho a crear teléfonos inteligentes, tabletas y computadoras portátiles aún más potentes que consumen menos batería.

Por ejemplo, Apple se enorgullece de fabricar dispositivos informáticos potentes y compactos. Durante los últimos 14 años, Apple ha utilizado SoC en sus líneas de iPhone y iPad. Al principio, utilizaron SoC basados ​​en ARM desarrollados por otras empresas. En 2010, Apple presentó el A4 SoC , que fue el primer iPhone SoC diseñado por Apple. Desde entonces, Apple ha mejorado con gran éxito sus chips de la serie A. Los SoC ayudan al iPhone a consumir menos energía sin dejar de ser compacto y aumentando constantemente sus capacidades. Otros fabricantes de teléfonos inteligentes también están utilizando SoC.

Hasta hace poco, los SoC rara vez aparecían en las computadoras de escritorio. En 2020, Apple presentó el M1, su primer SoC para computadoras de escritorio y portátiles Mac. El M1 combina CPU, GPU, memoria y más en una sola matriz de silicio. En 2021, Apple mejoró el M1 con el lanzamiento del M1 Pro y M1 Max. Estos tres chips ofrecen un rendimiento impresionante para Mac y consumen menos energía que la arquitectura tradicional de microprocesador discreto que se encuentra en la mayoría de las PC.

La Raspberry Pi 4, una computadora popular entre los aficionados, también usa un sistema en un chip ( Broadcom BCM2711 ) para sus funciones principales, lo que reduce el costo del dispositivo (alrededor de $35) y proporciona suficiente energía. Los SoC tienen un gran futuro ya que continúan con la tradición de integrar y miniaturizar la electrónica que comenzó hace más de un siglo. ¡Tiempos emocionantes por delante!