LXF168:Что за шту­ка

Текущая версия на 14:36, 10 ноября 2018

[править] Что за штука...System On A Chip

Ша­шанк Шар­ма рас­ска­жет о микроскопической тех­но­ло­гии, ле­жа­щей в осно­ве Raspberry Pi.

В

А я-то ду­маю, где же я слы­шал этот тер­мин. Конеч­но, Raspberry Pi!

О

Точ­но. В осно­ве Raspberry Pi – дей­ст­ви­тель­но System on a Chip, «сис­те­ма на кри­стал­ле», SoC, от Broadcom BCM2835.

В

Яс­но. Но что это, соб­ст­вен­но, за сис­те­ма такая?

О

В са­мом ши­ро­ком смыс­ле, это мик­ро­чип со все­ми ком­понен­та­ми, необ­хо­ди­мы­ми для ра­бо­ты сис­те­мы. В слу­чае RPi, чип Broadcom вклю­ча­ет про­цес­сор ARM, с час­то­той 700 МГц, и гра­фи­че­­ский уско­ри­тель Videocore 4.

В

Ми­ну­точ­ку! И что, все SoC настолько ма­ло­мощ­ные?

О

Во­все нет. Про­сто у RPi не те при­ори­те­ты, что у дру­гих по­доб­ных уст­ройств. На са­мом де­ле, но­вые SoC под­дер­жи­ва­ют мно­го­ядер­ные про­цес­со­ры.

В

Как и моя ма­те­рин­ская пла­та. Что же тогда осо­бен­но­го в SoC?

О

Во-пер­вых, на ма­те­рин­ской пла­те ком­по­ненты на­хо­дят­ся на раз­ных чи­пах. От­дель­но цен­траль­ный про­цес­сор, от­дель­но гра­фи­че­­ский, па­мять и т. д. А в System on a Chip они со­вме­ще­ны в одном чипе, раз­ме­ром не превышающем обыч­ный про­цес­со­р.

В

А! Значит, именно по­этому RPi получился таким миниа­тюр­ным?

О

Совершен­но верно! Сис­те­ме тре­бу­ет­ся мно­же­ст­во аппаратных ком­понен­тов, и в то время как в корпусе обыч­ного ПК доста­точно мес­та, что­бы все их прис­троить, на уст­рой­ст­ве вро­де RPi это бы­ло бы про­сто невоз­можно. С System on a Chip мы по­лу­ча­ем мощ­ные ма­ши­ны го­раз­до ком­пактнее, не боль­ше смарт­фона, да еще и с ак­ку­­му­ля­то­ром.

В

И это еще од­но пре­иму­ще­ст­во, да? Та­ким уст­рой­ст­вам не нуж­на боль­шая мощ­ность.

О

Вер­но – бла­го­да­ря очень плот­ной ин­те­гра­ции ком­понен­тов, что по­зво­ля­ет обой­тись без лишних про­во­дов, а зна­чит, до­бить­ся боль­шей эф­фек­тив­но­сти. Возь­ми­те тот же RPi, ко­то­рый по­треб­ля­ет все­го 5 В че­рез MicroUSB ти­па B. Соб­ст­вен­но, я свой за­пи­тал че­рез за­рядник для смарт­фо­на!

В

А по­ми­мо RPi и смарт­фо­нов, в ка­ких еще уст­рой­ст­вах ис­поль­зу­ет­ся SoC?

О

Ес­ли уст­рой­ст­во уме­ща­ет­ся в ру­ке и ра­бо­тает на ак­ку­му­ля­то­ре, ве­ли­ки шан­сы, что это System on a Chip. Так что, по­ми­мо смарт­фо­нов, эта тех­но­ло­гия ис­поль­зу­ет­ся и в план­ше­тах. По фак­ту, боль­шин­ст­во са­мых по­пу­ляр­ных на­ла­донников Android ра­бо­та­ет на SoC – Nvidia Tegra 3 и Qualcom Snapdragon. Она же станет осно­вой и для Microsoft Surface Tab.

В

По­тря­саю­ще! Го­во­ря о RPi и чи­пе Broadcom, вы упо­мя­ну­ли толь­ко про­цес­со­ры. А где же па­мять?

О

Ну, во вто­рой вер­сии RPi име­ет­ся 512-МБ SDRAM, раз­ме­ще­нное непо­сред­ст­вен­но на чи­пе Broadcom, по­сред­ст­вом тех­но­ло­гии па­кет-на-па­ке­те [package-on-package], или PoP.

В

PoP? Зву­чит как бы­ст­рая и де­ше­вая за­плат­ка для про­те­каю­щей кры­ши.

О

Ва­ша до­гад­ка бли­же к истине, чем вы ду­маете, по крайней ме­ре, в плане бы­ст­ро­ты и эко­но­мич­но­сти. Иногда соз­да­вать SoC спе­ци­аль­но для неко­то­рых ти­пов уст­ройств про­сто неце­ле­со­об­раз­но. На неболь­ших сис­те­мах, та­ких как RPi и дру­гих по­пу­ляр­ных от­кры­тых про­дук­тах, вро­де BeagleBoard, про­из­во­ди­те­ли эко­но­мят ме­сто (и день­ги), над­страи­вая мно­же­ст­во чи­пов или «па­ке­тов», как они пред­по­чи­та­ют их на­зы­вать, друг на дру­га.

В

Ну они же их не про­сто склеи­ва­ют, я по­ла­гаю?

О

В чи­пах SoC ис­поль­зу­ет­ся тех­но­ло­гия по­верх­но­ст­но­го мон­та­жа, из­вест­ная как кор­пус BGA. Под­сое­ди­ня­ют­ся они при по­мо­щи ма­лень­ких ша­ри­ков, рас­по­ло­жен­ных снизу и свер­ху. Раз­ра­бот­чи­ки при­паи­ва­ют нижние, что­бы под­сое­динить чип к пла­те, а верхние ис­поль­зу­ют­ся для под­клю­чения па­мя­ти. Это да­ет боль­ше воз­мож­но­стей, по­сколь­ку по­зво­ля­ет уста­нав­ли­вать па­ке­ты раз­ных про­из­во­ди­те­лей. Так, на неко­то­рых пла­тах RPi сто­ит па­мять Hynix, а на дру­гих – Samsung.

В

ОК. То есть в SoC нет своей собственной па­мя­ти?

О

Нет, это­го я не го­во­рил. Не все SoC уст­рое­ны оди­на­ко­во. Не­ко­то­рые вклю­ча­ют боль­ше ком­понен­тов, за счет все той же тех­но­ло­гии PoP. Все за­ви­сит от функ­цио­наль­но­го на­зна­чения уст­рой­ст­ва.

В

Что же еще может обнаружиться в SoC?

О

По­ми­мо цен­траль­но­го и гра­фи­че­­ско­­го про­цес­со­ра и па­мя­ти, SoC мо­жет вклю­чать так­же Northbridge, кон­трол­лер, осу­ще­ст­в­ляю­щий взаи­мо­дей­ст­вие ме­ж­ду про­цес­со­ром и дру­ги­ми ком­понен­та­ми SoC. В неко­то­рых есть еще и Southbridge, кон­трол­лер функ­ций вво­да-вы­во­да. А в лю­бой SoC, пред­на­зна­чен­ной для ком­муника­ции, бу­дет так­же со­то­вый и про­чие при­емники для 4G, Bluetooth или Wi-Fi под­клю­чений.

В

Про­дол­жая те­му: мо­гут ли в SoC ис­поль­зо­вать­ся про­цес­со­ры ARM?

О

Мо­гут. Да в боль­шин­ст­ве SoC про­цес­сор ARM бу­дет по умол­чанию. Это для SoC пред­поч­ти­тель­ный ва­ри­ант, ведь их ар­хи­тек­ту­ра обес­пе­чи­ва­ет вы­со­кую про­из­во­ди­тель­ность при низ­ком энер­го­по­треб­лении, что де­ла­ет их иде­аль­ным ре­шением для мо­биль­ных плат­форм. Ар­хи­тек­ту­ра x86, столь по­пу­ляр­ная в на­столь­ных сис­те­мах, на­про­тив, про­иг­ры­ва­ет в энер­го­эф­фек­тив­но­сти.

В

Вы хотите сказать, что су­ще­ст­ву­ют еще и SoC на x86?

О

Един­ст­вен­ным про­из­во­ди­те­лем мо­биль­ных уст­ройств с та­кой тех­но­ло­ги­ей яв­ля­ет­ся Intel. На­зы­ва­ет­ся она Atom Medfield. И впер­вые бы­ла ис­поль­зо­ва­на в смарт­фоне IntelAZ210, в Ве­ли­ко­бри­тании из­вест­ном как Orange San Diego.

В

Ес­ли SoC бо­лее ком­пакт­ные и менее энер­го­ем­кие, по­че­му они не при­ме­ня­ют­ся во­об­ще вез­де?

О

Хо­ро­ший во­прос. Как бы ни бы­ли достойны эти сис­те­мы, их пре­иму­ще­ст­ва то­же име­ют свою це­ну. Из-за сво­ей плот­ной ин­те­гра­ции они ли­ше­ны гиб­ко­сти, необ­хо­ди­мой на на­столь­ном ПК или но­ут­бу­ке. Ведь на ПК вы мо­же­те по­ста­вить дру­гой про­цес­сор или гра­фи­че­­ский уско­ри­тель, мо­же­те уве­ли­чить па­мять, а на смарт­фоне – нет.

В

Прие­ха­ли. Зна­чит, SoC не вый­дет за пре­де­лы мо­биль­ной сфе­ры?

О

Па­ру лет на­зад все так и ду­ма­ли, но уже перестали. Тра­ди­ци­он­ные про­цес­со­ры бе­рут при­мер с SoC, со­вме­щая кон­трол­лер па­мя­ти, ши­ну PCI Express и гра­фи­че­­ский про­цес­сор в од­ном чи­пе. Глав­ные при­ме­ры – Llano от AMD и Valley View от Intel. А мо­биль­ные SoC ста­но­вят­ся все мощнее, при­мер – Samsung Exynos 5, осно­ва план­ше­та Google Nexus 10, а так­же по­следнего по­ко­ления Samsung Chromebook.

В

Ого! А раз в Chromebook ис­поль­зу­ет­ся Chrome OS на осно­ве Linux, зна­чит, все сис­те­мы SoC то­же его под­дер­жи­ва­ют?

О

Ну, этот во­прос чре­ват дол­ги­ми по­яснения­ми. Как я уже ска­зал, в боль­шин­ст­ве SoC ис­поль­зу­ют­ся про­цес­со­ры ARM, и мно­гие из этих уст­ройств, та­кие как смарт­фо­ны Android, план­ше­ты и RPi, ра­бо­та­ют на Linux. Но это не ка­кая-то универ­саль­ная вер­сия Linux. На всех этих уст­рой­ст­вах они немно­го от­ли­ча­ют­ся. На са­мом де­ле, под­держ­ка раз­лич­ных SoC на осно­ве ARM – это для раз­ра­бот­чи­ков Linux ог­ром­ный труд. По неко­то­рым дан­ным, ка­ж­дый ре­лиз яд­ра име­ет бо­лее 70000 но­вых строк ARM-ко­да, по сравнению с при­мер­но 5000 для плат­форм х86! Тем не менее, на­чи­ная с Linux Kernel 3.7, раз­лич­ные ARM SoC плат­фор­мы бу­дут иметь еди­ную вер­сию яд­ра.

В

То есть в бли­жай­шем бу­ду­щем я смо­гу уста­но­вить свой лю­би­мый ди­ст­ри­бу­тив Linux на лю­бое уст­рой­ст­во ARM, так?

О

По крайней ме­ре, мы к это­му стре­мим­ся. Наи­более по­пу­ляр­ные уст­рой­ст­ва ARM SoC на Linux – RPi и Chromebook. На по­следний неко­торые умуд­ря­ют­ся да­же уста­но­вить Chrome OS, па­рал­лель­но с пол­но­функ­цио­наль­ной Ubuntu или Fedora.

В

Не устаю твер­дить друзь­ям, что мо­биль­ные уст­рой­ст­ва — это бу­ду­щее ком­пь­ю­те­ров. По-ви­ди­мо­му, SoC — то­же.

О

Без со­мнения, но обыч­ным про­цес­со­рам то­же всегда бу­дет ме­сто на рын­ке, в тех сфе­рах, где энер­го­по­треб­ление и раз­ме­ры уст­рой­ст­ва не столь важ­ны. Ска­жем, вы­со­ко­про­из­во­ди­тель­ный сер­вер или су­пер­ком­пь­ю­тер. |