הבית > תערוכה > תוכן

מערכת על שבב (SoCs) מטרות

Mar 08, 2019

מערכת על שבב (SoCs)


צריכת חשמל

מערכות על שבב מותאמות כדי למזער את החשמל המשמש לביצוע פונקציות של SoC. רוב SoCs חייבים להשתמש בעוצמה נמוכה. מערכות SoC דורשות לעתים קרובות חיי סוללה ארוכים (כגון טלפונים חכמים), עשויות להוות חודשים או שנים ללא מקור כוח הדרוש לשמירה על תפקוד אוטונומי, ולעתים קרובות הן מוגבלות בשימוש בחשמל על ידי מספר גבוה של שרתי SoC משובצים הנמצאים יחד באזור. בנוסף, עלויות האנרגיה יכולות להיות גבוהות ושימור אנרגיה יפחית את העלות הכוללת של הבעלות על SoC. לבסוף, בזבוז חום מצריכת אנרגיה גבוהה עלול להזיק לרכיבים אחרים במעגלים, אם יותר מדי חום מתפוגג, ומספק סיבה פרגמטית נוספת לחיסכון באנרגיה. כמות האנרגיה המשמשת במעגל היא אינטגרל של הספק הנצרך ביחס לזמן, והשיעור הממוצע של צריכת החשמל הוא תוצר של זרם מתח. באופן שווה, לפי החוק של אוהם, הכוח הוא הנוכחי ריבוע פעמים התנגדות או מתח בריבוע מחולק התנגדות:


{\ displaystyle P = IV = {\ frac {V ^ {2}} {R}} = {I ^ {2}} {R}} {\ displaystyle P = IV = {\ frac {V ^ {2}} {R}} = {I ^ {2}} {R}}

מערכות על שבב מוטמעות לעתים קרובות בהתקנים ניידים כגון טלפונים חכמים, מכשירי ניווט GPS, שעונים דיגיטליים (כולל smartwatches) ו- netbooks. לקוחות רוצים חיי סוללה ארוכים עבור התקני מחשוב ניידים, סיבה נוספת שצריכת החשמל חייבת להיות ממוזער במערכות על שבב. יישומי מולטימדיה מבוצעים לעתים קרובות על מכשירים אלה, כולל משחקי וידאו, הזרמת וידאו, עיבוד תמונות; אשר כל אלה גדלו המורכבות החישובית בשנים האחרונות עם דרישות המשתמש ואת הציפיות של מולטימדיה באיכות גבוהה יותר. החישוב הוא תובעני יותר כאשר הציפיות לנוע לכיוון 3D וידאו ברזולוציה גבוהה עם סטנדרטים מרובים, ולכן SoCs ביצוע משימות מולטימדיה חייב להיות פלטפורמת מסוגל computationally בעת היותו כוח נמוך כדי להפעיל סוללה רגילה רגילה.


ביצועים לכל וואט

ראה גם: מחשוב ירוק

SoCs ממוטבים כדי למקסם את יעילות צריכת החשמל בביצועים לכל וואט: למקסם את הביצועים של SoC בהתחשב בתקציב של צריכת החשמל. יישומים רבים, כגון מחשוב קצה, עיבוד מבוזר ואינטליגנציה סביבתית דורשים רמה מסוימת של ביצועים חישוביים, אך הספק מוגבל ברוב סביבות ה- SoC. לארכיטקטורת ARM יש ביצועים טובים יותר עבור watt מאשר ב- x86 במערכות משובצות, לכן היא מועדפת על פני x86 עבור רוב יישומי SoC המחייבים מעבד מוטבע.


פסולת חום

מאמר ראשי: ייצור חום במעגלים משולבים

ראה גם: ניהול תרמי באלקטרוניקה ועוצמת תכנון תרמי

עיצובים SoC הם אופטימיזציה כדי למזער את הפלט חום פסולת על השבב. כמו עם מעגלים משולבים אחרים, החום שנוצר עקב צפיפות הספק גבוהה הם צוואר הבקבוק כדי מזעור נוסף של רכיבים. צפיפויות הכוח של מעגלים משולבים במהירות גבוהה, במיוחד מיקרו-מעבדים, כולל SoCs, הפכו לא אחידים. יותר מדי בזבוז חום יכול להזיק מעגלים ולשחוק אמינות המעגל לאורך זמן. טמפרטורות גבוהות ומתחים תרמיים משפיעים לרעה על אמינותם, על הגירה על מתח, ירידה בזמן הממוצע בין כשלים, אלקטרומגרציה, מליטה תיל, metastability וביצועים אחרים של ה- SoC לאורך זמן.


בפרט, רוב SoCs נמצאים בשטח פיזי קטן או נפח ולכן ההשפעות של חום פסולת מורכבים כי יש מעט מקום זה כדי לפזר מתוך המערכת. בגלל ספירת טרנזיסטור גבוהה על מכשירים מודרניים עקב חוק מור, לעתים קרובות פריסה של התפוקה מספקת וצפיפות טרנזיסטור גבוהה הוא מימוש פיזי מתהליכים ייצור אבל יביא כמות גבוהה באופן בלתי הולם של חום בנפח המעגל.


אפקטים תרמיים אלה מאלצים את חברת SoC ומעצבי שבבים אחרים ליישם שולי תכנון שמרניים, ויוצרים מכשירים פחות פונקציונליים כדי להפחית את הסיכון לכישלון קטסטרופלי. בשל צפיפות טרנזיסטור מוגברת כמו קנה המידה אורך לקבל קטן יותר, כל תהליך הייצור מייצר יותר חום פלט מאשר האחרון. בהרכבה של בעיה זו, ארכיטקטורות של מערכת על שבב הן בדרך כלל הטרוגניות, היוצרות שטפי חום לא-הומוגניים מרחביים, אשר אינם ניתנים להפחתה יעילה על-ידי קירור פסיבי אחיד.