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什麼是SoC

2019-07-13 20:22发布

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一、什麼是SoC？ 晶片系統（System-on-chip；SoC），或稱系統單晶片，根據Dataquest的定義是一具備系統級整合（System-Level Integration；SLI）且可提供特定用途的單晶片IC，其內容必須包含運算功能（如微處理器MPU core, 數位訊號處理器DSP core）、記憶體（memory）及邏輯電路（Logic circuit）於單一晶片上。一般而言，SoC即是將一個終端產品（或稱系統）的主要功能整合進單一晶片，此單晶片因此可被視為足以包含一個完整功能的系統，我們便可稱此種晶片為SoC。如圖一所示，SoC之基本架構如下： 1.         嵌入式運算引擎：可能是微處理器（MPU）、數位訊號處理器（DSP）、圖形處理器或是MPEG，其為SoC資料處理及運算之核心。 2.         嵌入式記憶體（Embedded Memory）：可能是隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）或是快閃記憶體（Flash）等。 3.         控制邏輯電路（Control Logic Circuit）。 4.         匯流排介面（Bus Interface）：提供與外部記憶體及實體世界之聯繫溝通管道，如PCI匯流排、AGP繪圖匯流排、USB、IEEE1394等。 5.         嵌入式軟體（Embedded Software）：作為系統控制與功能設定之用，如RTOS、Middleware、Firmware等。 6.         以上所有的電路與元件均透過一個整合架構（Integration Architecture）或是匯流排連接。 另一種比較嚴格的SoC定義，除了要符合上述條件外，還必須滿足以下條件： 1.         採用先進的製程技術（0.25um以下）。 2.         必須能夠支援不同的工作電壓，使內部各類元件電路都能夠運作。 3.         嵌入式記憶體容量1MB以上。 4.         必須使用Reusable IP。 5.         具備可規格化（Configurability）或是可程式化（Programmability）之功能。 6.         具備實體世界介面（Real World Interface）。 目前大家所探討的SoC，基本上都是以採用這種定義比較嚴格的SoC為主要探討對象。   圖一　SoC基本架構圖 資料來源：Mentor Graphics；經濟部技術處ITIS計畫(2004/05)   二、為什麼會有SoC的出現？ 其實晶片系統（System-on-Chip；SoC）早在十幾年前即已普遍存在，譬如說4-bit MCU（Micro Controller Unit；微處理控制器）即可算一種最簡單的SoC，它多年來即已普遍應用於洗衣機、冷氣機、微波爐等各種家電及各種電子玩具，這些小型的電子應用系統由於所包含之電晶體數目及功能都相當有限，所以使用1微米（um）以上的製程技術，即可將整個電子系統完全整合於單一晶片上。但若是涉及到較大型且功能複雜的電子系統如個人電腦PC、資訊家電IA、手機、機上盒（Set-Top-Box）等，SoC的實現則需使用到0.18微米以下的製程技術才有可能。 SoC（晶片系統）到底有什麼好處呢？SoC的最大優點是將記憶體與邏輯控制線路做在同一顆晶片上，可以將兩者之間的頻寬從64 bits～256 bits，一下子大幅加大至1,000～2,000 bits，使系統效能一下子大幅提昇20～30倍，Sony Playstation Ⅱ Game Console的影像系統號稱能做到虛擬實境（Virtual Reality）的境界，靠的就是將記憶體與邏輯控制線路做在一起；SoC的第二個好處是能將IC、電子元件數目由多顆減少至一顆或最少，但絲毫無損整個系統的功能，以實現輕、薄、短、小的產品設計目標，微小型手機就迫切的需要運用SoC即是最佳的例子；此外，IC、電子元件數目減少的必然好處是，系統穩定度將因而提昇，系統耗電量則大幅下降，電池壽命幾乎是所有隨身攜帶型電子產品的重要訴求之一，也都將受惠於SoC的省電特性。 簡單地說，SoC將為系統產品帶來以下幾個好處：1. 由於此外部訊號轉變成晶片之內部訊號，不但縮短傳輸距離，亦可大幅增加訊號傳輸頻寬及速度，進而使產品效能大幅提升。2. 系統產品所須之元件數大幅減少，面積及體積亦隨之縮小，可滿足輕薄短小的須求，亦可降低整體成本。3.原本消耗於各IC元件間之外部訊傳遞之電能將大幅減少，故可達省電的功效。 隨著半導體製程的快速演進，單一晶片所能容納之電晶體數目已超千萬顆以上，這意味著許多系統產品已可被輕意地整合並實現於單一晶片，並且滿足系統產品對輕薄短小、低耗電、低價格及高效能之要求，SoC的時代已確定來臨。

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