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AMD Geode, processador x86 compatível com a tecnologia.

System-on-a-chip (SoC), System On Chip (SOC) ou, em português, sistema-em-um-chip, se refere a todos os componentes de um computador, ou qualquer outro sistema eletrônico, em um circuito integrado (chip). Ele pode conter funções digitais, analógicas, mistas e, muitas vezes, de Radiofrequência - RF; tudo em um.^[1] Uma típica aplicação é na área de sistemas embarcados.^[2]

As características de um SoC assemelham-se às de um microcontrolador. Normalmente, microcontroladores possuem menos que 100K de RAM (apenas poucos KBytes), e frequentemente são sistemas de chip único. Enquanto que o termo SoC é várias vezes usado para processadores mais potentes, capazes de executarem programas como o Windows ou o Linux, nas quais necessitam de memórias externas (flash, RAM) para funcionarem, e que são usados com vários periféricos acoplados. A grande maioria dos sistemas que se rotulam System-on-chip, possuem uma conotação técnica maior de que a realidade: aumentam a integração do chip para reduzir os custos de fabricação e tornar disponíveis sistemas mais compactos. Muitos são complexos demais para se ajustarem em apenas um chip construído com um processo otimizado para apenas uma das funções do sistema.^[3]

Quando não há praticidade para construir uma determinada aplicação SoC, uma alternativa é o sistema em um encapsulamento (System in package (SiP), em inglês), abrangendo vários chips em um único encapsulamento. E, em larga escala, acredita-se que o SoC possui um custo menor que o SiP, quando aumentada a produção,^[1] por ser mais simples realizar o agrupamento.^[4]

Outra opção, por exemplo, como visto na maioria dos telefones celulares e no Beagleboard, é o Pacote em Pacote empilhando durante a montagem do cartão. O SOC chip inclui processadores e números digitais periféricos, e vem em uma grade de bolas, pacote com conexões inferiores e superiores. As bolas inferiores conectam o cartão e vários periféricos, com as bolas superiores em um anel segurando um barramento de memórias usado para acessar NAND flash e DDR2 RAM. Pacotes de memória podem vir de vários fornecedores.

Conteúdo |

1. Estrutura

2. Fluxo de Projeto

3.Fabricação

Estrutura |

Um típico SOC consiste de:

- Um microcontrolador, um microprocessador ou núcleo(s) DSP. Alguns SOCs chamados sistema multiprocessador no chip (MPSOC) inclui mais do que um processador de núcleo.

- Blocos de memória incluindo um sistema de ROM, RAM, EEPROM e memória flash. 

- Cronometragem de fontes, incluindo osciladores e anéis de bloqueio de fase.

- Periféricos incluindo contra temporizadores, temporizadores em tempo real e geradores de redefinição de ativação.

- Interfaces externas, incluindo os padrões da indústria, tais como USB, FireWire, Ethernet, USART, SPI.

- Interfaces analógicas incluindo ADCs e DACs.

- Reguladores de tensão e circuitos de gerenciamento de energia.

Estes blocos são ligados por qualquer proprietário ou barramento padrão da indústria, tais como o AMBA da ARM Holdings, controladores de rota de dados DMA direto entre interfaces externas e memória, o processador núcleo bypassing e thereby aumentando os dados de rendimento do SOC.

Fluxo de projeto |

Um SOC consiste tanto das ferramentas (hardware) descritas acima, e do software controlando do micro controlador ou núcleos DSP, periféricos ou interfaces. O fluxo de projeto para um SOC pretende desenvolver este hardware e software em paralelo. A maioria dos SOCs são desenvolvidos a partir de blocos de hardware pré-qualificados, para os elementos de hardware descritos acima, juntamente com os drivers de software que controlam o sua operação. De particular importância são as pilhas de protocolos que orientam interfaces padrão da indústria, como USB. Os blocos de hardware são colocados em conjunto, utilizando ferramentas de CAD; Os módulos do software são integrados usando um ambiente de desenvolvimento de software.

Chips são verificados quanto à sua exatidão lógica antes de ser enviado para fundição. Este processo é chamado de verificação funcional e é responsável por uma parcela significativa do tempo e energia gasta no ciclo da vida de design de chips (embora a figura frequentemente citado de 70% é provavelmente um exagero). Com o crescimento da complexidade dos chips, as línguas de verificação de hardware, como SystemVerilog, SystemC e OpenVera estão sendo usados. Bugs encontrados na etapa de verificação são relatados para o designer. Tradicionalmente, os engenheiros têm utilizado simuladores de aceleração, emulação e/ou um protótipo de FPGA para verificar e depurar tanto hardware e software para SoC para projetos prévios de tapeout. Com alta capacidade e tempo de compilação rápida, aceleração e emulação são poderosas tecnologias que proporcionam ampla visibilidade em sistemas. Ambas as tecnologias, contudo, operar-se lentamente, a fim de MHz, que pode ser significativamente mais lento - até 100 × lento - SOCs que a frequência de operação. Aceleração e emulação de caixas também são muito grandes e caros em US $1M +.

Protótipos FPGA, ao contrário, usam FPGAs diretamente para permitem que os engenheiros validem e testem, ou perto de, frequência de operação completa do sistema com estímulos do mundo real. Ferramentas como Certus são usados ​​para inserir sondas no FPGA RTL que fazem sinal disponível para observação. Isto é usado para depuração de hardware, firmware e software através de vários FPGAs com capacidades semelhantes às de um analisador lógico.

Após depurar o hardware do SOC segue a fase de lugar e rota (Place and route) do projeto de um circuito integrado ou ASIC antes de ser fabricado.

Fabricação |

- SOCs podem ser fabricados por diversas tecnologias, incluindo:

Samsung Exynos 4 Quad , SoC usado no Samsung Galaxy S3

Full custom

Standard cell

FPGA

SOC projetados geralmente consomem menos energia e têm um custo mais baixo e maior confiabilidade do que os sistemas multi chips que eles substituem. E com menos pacotes no sistema, custos de montagem são bem reduzidos.

No entanto, como a maioria dos projetos VLSI, o custo total é maior para um chip grande do que para a mesma funcionalidade distribuída ao longo de vários chips menores, por causa de rendimentos mais baixos e custos mais elevados de engenharias não recorrentes (NRE).

Exemplos de aplicações

Arquitetura ARM: Todos os chips contendo ARM Cortex-A sejam, Allwinner, Exynos Samsung, MediaTek, Texas Instruments OMAP, Rockchip, nVidia Tegra, Snapdragon

Ver também |

• ASIC


• Microcontrolador

Referências

Ligações externas |

• 
  SOCC (em inglês)

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