Casa > Exposició > Contingut

Objectius del sistema en un xip (SoC)

Mar 08, 2019

Sistema en un xip (SoC)


El consum d'energia

Els sistemes en xip estan optimitzats per minimitzar la potència elèctrica utilitzada per realitzar les funcions del SoC. La majoria dels SoC han d’utilitzar baix consum. Els sistemes SoC solen requerir una llarga durada de la bateria (com ara els telèfons intel·ligents), pot passar mesos o anys sense que una font d’alimentació mantingui una funció autònoma i, sovint, s’utilitzen limitats per un gran nombre de SoCs incrustats que es connecten en xarxa en una zona. A més, els costos energètics poden ser elevats i la conservació de l’energia reduirà el cost total de propietat del SoC. Finalment, els residus de calor procedents d’un alt consum d’energia poden danyar altres components del circuit si es dissipa massa calor, donant una altra raó pragmàtica per conservar l’energia. La quantitat d’energia utilitzada en un circuit és la integral de l’energia consumida pel que fa al temps, i la taxa mitjana de consum d’energia és el producte de la corrent per tensió. Equivalentment, per la llei d’Ohm, el poder és el temps actual de quadrats de resistència o tensió quadrada dividit per resistència:


{estil de visualització P = IV = {frac {V ^ {2}} {R}} = {I ^ {2}} {R}} {estil de visualització P = IV = {frac {V ^ {2}} {R}} = {I ^ {2}} {R}}

Els sistemes en xip s'insereixen freqüentment en dispositius portàtils com ara telèfons intel·ligents, dispositius de navegació GPS, rellotges digitals (inclosos els smartwatches) i netbooks. Els clients volen una llarga durada de la bateria per als dispositius informàtics mòbils, un altre motiu pel qual el consum d'energia ha de ser minimitzat en sistemes en xip. Sovint s'executen aplicacions multimèdia en aquests dispositius, inclosos els videojocs, la transmissió de vídeo, el processament d'imatges; tots ells han crescut en complexitat computacional en els últims anys amb demandes i expectatives dels usuaris per a un contingut multimèdia de qualitat superior. El càlcul és més exigent, ja que les expectatives es mouen cap al vídeo 3D d'alta resolució amb múltiples estàndards, de manera que SoCs que realitza tasques multimèdia ha de ser una plataforma capaç de computar mentre que té poca potència per executar una bateria de mòbil estàndard.


Rendiment per watt

Vegeu també: Informàtica verda

Els SoCs estan optimitzats per maximitzar l'eficiència energètica en el rendiment per watt: maximitzar el rendiment del SoC donat un pressupost d'ús d'energia. Moltes aplicacions, com ara la computació de vora, el processament distribuït i la intel·ligència ambiental, requereixen un cert nivell de rendiment computacional, però el poder és limitat en la majoria d’entorns de SoC. L'arquitectura ARM té un rendiment més gran per watt que x86 en sistemes incrustats, per la qual cosa és preferible sobre x86 per a la majoria d'aplicacions SoC que requereixen un processador incrustat.


Calor residual

Article detallat: Generació de calor en circuits integrats

Vegeu també: Gestió tèrmica en electrònica i potència de disseny tèrmic

Els dissenys de SoC estan optimitzats per minimitzar la producció de calor residual al xip. Igual que amb altres circuits integrats, la calor generada a causa de la seva alta densitat de potència és el coll d'ampolla per a una miniaturització addicional dels components. Les densitats de potència dels circuits integrats d’alta velocitat, en particular els microprocessadors i inclosos els SoCs, s’han convertit en molt desiguals. La calor excessiva pot danyar els circuits i erosionar la fiabilitat del circuit al llarg del temps. Les altes temperatures i l’estrès tèrmic afecten negativament la fiabilitat, la migració d’estrès, la disminució del temps mitjà entre les fallades, l’electromigració, l’enllaç de cables, la metastabilitat i altres degradacions del rendiment del SoC al llarg del temps.


En particular, la majoria de SoCs es troben en un petit espai físic o volum i, per tant, els efectes de la calor residual es componien perquè hi ha poc espai per difondre-ho fora del sistema. A causa dels transistors elevats que compten amb dispositius moderns a causa de la llei de Moore, sovint es pot realitzar una distribució de rendiment suficient i alta densitat de transistors a partir dels processos de fabricació, però donaria lloc a quantitats de calor inacceptablement elevades en el volum del circuit.


Aquests efectes tèrmics obliguen a SoC i altres dissenyadors de xips a aplicar marges de disseny conservadors, creant dispositius menys performants per mitigar el risc de fracàs catastròfic. A causa de l’augment de densitats de transistors a mesura que les escales de longitud es redueixen, cada generació de processos produeix més calor que la darrera. Com a conseqüència d’aquest problema, les arquitectures de sistema en xip solen ser heterogènies i creen fluxos de calor no homogènies, que no es poden mitigar eficaçment mitjançant un refredament passiu uniforme.