Smartphone 1° Processore e SoC

Processore e SoC. Il processore (CPU), è l’unità di calcolo centrale dedicata a tutte le operazioni svolte dal sistema. Una CPU potente consente di svolgere i vari compiti in maniera rapida e senza tempi di attesa, ma solitamente i prodotti con queste caratteristiche hanno un prezzo di listino superiore.Il processore (CPU), è l’unità di calcolo centrale dedicata a tutte le operazioni svolte dal sistema. Una CPU potente consente di svolgere i vari compiti in maniera rapida e senza tempi di attesa, ma solitamente i prodotti con queste caratteristiche hanno un prezzo di listino superiore.

Processore e SoC
Processore e SoC

La sua potenza si misura in MHz, ma le vere capacità di una CPU dipendono anche dall’architettura utilizzata dal produttore. Negli ultimi anni si sono diffuse le CPU multi-core, che offrono prestazioni superiori nel multi-tasking grazie alla presenza di più unità di calcolo (dette appunto core).

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Processore e SoC

Negli smartphone la CPU è racchiusa in un SoC (system-on-chip), un unico “package” che contiene tutte le componenti essenziali necessarie per il funzionamento del device, che in italiano si può tradurre con sistema su circuito integrato. Nel SoC troviamo ad esempio la GPU (che si occupa dei calcoli grafici) e, a volte, anche il modem per la connessione alle reti cellulari e di tutte le connessioni di rete.

Un circuito integrato in un solo chip contiene un intero sistema, oltre al processore centrale (o CPU), integra anche il controller grafico (GPU), blocchi di memoria (ROM, RAM, EPROM, ecc.) e interfacce per l’input/output (USB, Ethernet, Wireless, Firewire, ecc.).

Il System-on-a-Chip offre:

prestazioni più elevate, dal momento che tutti i circuiti saranno su un unico chip;

minori esigenze di spazio;

requisiti di memoria inferiori;

affidabilità dell’impianto;

minori costi al consumo.

Un tipico sistema SoC comprende:

I vari blocchi funzionali sono collegati tramite BUS proprietari o BUS standard come il BUS AMBA progettato da ARM. Una gestione DMA dei trasferimenti tra la memoria e i bus esterni incrementa le prestazioni senza appesantire il processore

Un Soc è composto dai blocchi descritti sopra ma anche dal software che controlla i vari componenti e li fa interagire. I programmi sono progettati in modo da creare dei flussi paralleli all’interno del chip in modo da seguire un approccio parallelo. Molti SoC sono sviluppati a partire da blocchi standard che descrivono i componenti hardware e dai driver che gestiscono i blocchi. Di particolare importanza sono i driver che gestiscono l’interfacciamento con i bus standard. I moduli hardware sono uniti in un unico integrato tramite strumenti CAD mentre i singoli driver sono uniti in un unico programma tramite opportuni ambienti di sviluppo.

Il progetto di un sistema SoC passa per la fase fondamentale dell’emulazione. I moduli del sistema SoC vengono caricati entro un chip FPGA mentre il programma viene memorizzato dalla RAM dell’ambiente di sviluppo. Questo permette di testare e affinare il chip SoC in modo rapido e semplice dato che l’emulatore replica perfettamente il chip SoC ma consente una modifica rapida dell’hardware modificando semplicemente il programma caricato dall’FPGA. Dopo la fase di emulazione il chip SoC segue le fasi classiche di sviluppo di un chip custom.

Il chip viene sottoposto alla fase di verifica. I linguaggi tipo Verilog e VHDL sono utilizzati per la verifica dell’integrato. Per integrati complessi si utilizzano anche sistemi come SystemVerilog, SystemC e Vera. I difetti e gli errori individuati dalla fase di verifica sono riferiti alla progettazione per le opportune correzioni. Normalmente il 70% del tempo di sviluppo di un chip viene utilizzato durante la fase di verifica.

Processore e SoC
Processore e SoC

I SoC possono essere realizzati con diverse tecnologie, tra le quali:

I sistemi SoC normalmente sono dispositivi a basso consumo e a basso costo oltre ad avere un’affidabilità maggiore dei sistemi multichip che rimpiazzano. Il numero ridotto di componenti inoltre riducono il costo di montaggio e le dimensioni del prodotto.

Tuttavia come tutti i progetti VLSI gli elevati costi di sviluppo di soluzioni custom incidono in misura notevole sui costi totali e quindi questi integrati in genere finiscono per costare più di soluzioni basate su integrati generici.

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