O que é um sistema em um chip (SoC)?

Há tanta conversa sobre os chips e smartphones Apple M1 hoje em dia que você pode ouvir sobre os designs de sistema em um chip (SoC) que eles usam. Mas o que são SoCs e como eles diferem de processadores e microprocessadores? Nós vamos explicar.

Sistema em um chip: uma breve definição

Um sistema em um chip é um circuito integrado que combina muitos elementos de um sistema de computador em um único chip. Um SoC sempre inclui uma CPU, mas também pode incluir memória do sistema, controladores periféricos (para USB, armazenamento) e periféricos mais avançados, como unidades de processamento gráfico (GPUs), circuitos de rede neural especializados, rádios (para Bluetooth ou Wi-Fi) . Fi) e muito mais.

Um sistema em um chip é diferente de um PC tradicional com um chip de CPU e chips controladores separados, GPU e RAM que podem ser substituídos, atualizados ou substituídos conforme necessário. O uso de SoCs torna os computadores menores, mais rápidos, mais baratos e menos intensivos em energia.

Uma Breve História da Integração Eletrônica

Desde o início do século 20, o desenvolvimento da eletrônica seguiu um caminho previsível em relação a duas grandes tendências: miniaturização e integração. A miniaturização fez com que componentes eletrônicos individuais, como capacitores , resistores e transistores , se tornassem menores ao longo do tempo. E com a invenção do circuito integrado (CI) em 1958, a integração combinou vários componentes eletrônicos em uma única peça de silício, permitindo uma miniaturização ainda maior.

Como essa miniaturização da eletrônica ocorreu durante o século 20, os computadores também se tornaram menores. Os primeiros computadores digitais consistiam em grandes componentes discretos, como relés ou tubos de vácuo. Mais tarde, eles usaram transistores discretos, depois grupos de circuitos integrados. Em 1972, a Intel combinou os elementos da unidade central de processamento (CPU) de um computador em um único circuito integrado, e nasceu o primeiro microprocessador comercial de chip único. Com o microprocessador, os computadores podem ser menores e usar menos energia do que nunca.

Digite microcontrolador e sistema em um chip

Em 1974, a Texas Instruments lançou o primeiro microcontrolador , que é um tipo de microprocessador com memória principal e dispositivos de E/S integrados à CPU em um único chip. Em vez de precisar de ICs separados para CPU, RAM, controlador de memória, controlador de porta serial, etc., tudo pode ser colocado em um chip para pequenas aplicações incorporadas, como calculadoras de bolso e brinquedos eletrônicos.

Durante a maior parte da era do PC, o uso de um microprocessador com chips controladores separados, RAM e hardware gráfico resultou nos computadores pessoais mais flexíveis e poderosos. Os microcontroladores eram geralmente muito limitados para serem adequados para tarefas gerais de computação, de modo que o método tradicional de usar microprocessadores com chips de suporte discretos permaneceu.

Recentemente, o impulso para smartphones e tablets levou a integração ainda mais longe do que microprocessadores ou microcontroladores. O resultado é um sistema em um chip que pode empacotar muitos elementos de um sistema de computador moderno (GPU, modem celular, aceleradores de IA, controlador USB, interface de rede) juntamente com um processador e memória do sistema em um único pacote. Este é mais um passo na integração contínua e miniaturização da eletrônica que provavelmente continuará no futuro.

Por que usar um sistema em um chip?

Colocar mais elementos do sistema de computador em uma única matriz reduz os requisitos de energia, reduz o custo, melhora o desempenho e reduz o tamanho físico. Tudo isso ajuda muito na criação de smartphones, tablets e laptops ainda mais potentes e que consomem menos bateria.

Por exemplo, a Apple se orgulha de fabricar dispositivos de computação poderosos e compactos. Nos últimos 14 anos, a Apple usou SoCs em suas linhas de iPhone e iPad. No início, eles usaram SoCs baseados em ARM desenvolvidos por outras empresas. Em 2010, a Apple lançou o A4 SoC , que foi o primeiro iPhone SoC projetado pela Apple. Desde então, a Apple aprimorou seus chips da série A. Os SoCs ajudam o iPhone a consumir menos energia, mantendo-se compacto e aumentando constantemente suas capacidades. Outros fabricantes de smartphones também estão usando SoCs.

Até recentemente, os SoCs raramente apareciam em computadores desktop. Em 2020, a Apple lançou o M1, seu primeiro SoC para desktops e laptops Mac. O M1 combina CPU, GPU, memória e muito mais em uma única matriz de silício. Em 2021, a Apple melhorou o M1 com o lançamento do M1 Pro e M1 Max. Todos esses três chips oferecem desempenho impressionante do Mac enquanto consomem menos energia do que a arquitetura tradicional de microprocessador discreto encontrada na maioria dos PCs.

O Raspberry Pi 4, um computador popular para amadores, também usa um sistema em um chip ( Broadcom BCM2711 ) para suas funções principais, o que reduz o custo do dispositivo (cerca de US$ 35) e fornece energia suficiente. Os SoCs têm um grande futuro, pois continuam a tradição de integração e miniaturização de eletrônicos que começou há mais de um século. Tempos emocionantes pela frente!