O que é um sistema em um chip (SoC)?

Com tanta conversa sobre os chips M1 e smartphones da Apple atualmente, você pode ouvir sobre os designs de “sistema em um chip” (SoC) usados ​​neles. Mas o que são SoCs e como eles diferem de CPUs e microprocessadores? Vamos explicar.

Sistema em um chip: a definição rápida

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, modems de rádio (para Bluetooth ou Wi- Fi) e muito mais.

Uma abordagem de sistema em um chip está em contraste com um PC tradicional com um chip de CPU e chips controladores separados, uma GPU e RAM que podem ser substituídos, atualizados ou trocados conforme necessário. O uso de SoCs torna os computadores menores, mais rápidos, mais baratos e com menos consumo de energia.

Uma breve história da integração eletrônica

Desde o início do século 20, a progressão da eletrônica seguiu um caminho previsível em relação a duas tendências principais: miniaturização e integração. A miniaturização viu componentes eletrônicos individuais, como capacitores , resistores e transistores, ficarem menores com o tempo. E com a invenção do circuito integrado (IC) em 1958, a integração combinou vários componentes eletrônicos em uma única peça de silício, permitindo ainda mais miniaturização.

Conforme essa miniaturização da eletrônica ocorreu ao longo do século 20, os computadores também ficaram menores. Os primeiros computadores digitais eram feitos de grandes componentes discretos, como relés ou tubos a vácuo. Mais tarde, eles usaram transistores discretos e, em seguida, grupos de circuitos integrados. Em 1972, a Intel combinou os elementos de uma unidade de processamento central de computador (CPU) 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.

Insira o microcontrolador e o sistema em um chip

Em 1974, a Texas Instruments lançou o primeiro microcontrolador , que é um tipo de microprocessador com RAM e dispositivos de E / S integrados a uma CPU em um único chip. Em vez de precisar de ICs separados para CPU, RAM, controlador de memória, controlador serial e muito mais, tudo isso poderia ser colocado em um único chip para pequenas aplicações embarcadas, 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 bons para tarefas gerais de computação, então o método tradicional de usar microprocessadores com chips de suporte discretos permaneceu.

Recentemente, a busca por smartphones e tablets levou a integração ainda mais longe do que microprocessadores ou microcontroladores. O resultado é o sistema em um chip, que pode embalar muitos elementos de um sistema de computador moderno (GPU, modem celular, aceleradores de IA, controlador USB, interface de rede) junto com a CPU e a memória do sistema em um único pacote. É mais um passo na integração e miniaturização contínuas da eletrônica que provavelmente continuará por muito tempo no futuro.

Por que usar um sistema em um chip?

Colocar mais elementos de um sistema de computador em uma única peça de silício diminui os requisitos de energia, reduz custos, aumenta o desempenho e reduz o tamanho físico. Tudo isso ajuda drasticamente ao tentar criar smartphones, tablets e laptops cada vez mais potentes que usam menos bateria.

Por exemplo, a Apple se orgulha de fabricar dispositivos de computação compactos e eficientes. Nos últimos 14 anos, a Apple usou SoCs em suas linhas de iPhone e iPad. No início, eles usaram SoCs baseados em ARM projetados por outras empresas. Em 2010, a Apple lançou o SoC A4 , que foi o primeiro SoC para iPhone projetado pela Apple. Desde então, a Apple tem iterado em sua série A de chips com grande sucesso. Os SoCs ajudam os iPhones a usar menos energia e, ao mesmo tempo, permanecer compactos e cada vez mais capazes. Outros fabricantes de smartphones também usam SoCs.

Até recentemente, os SoCs raramente apareciam em computadores desktop. Em 2020, a Apple apresentou o M1 , seu primeiro SoC para Macs de desktop e notebook. O M1 combina CPU, GPU, memória e muito mais em uma única peça de silício. Em 2021, a Apple melhorou o M1 com o M1 Pro e o M1 Max . Todos os três chips fornecem aos Macs um desempenho impressionante enquanto sugam energia em relação à arquitetura de microprocessador discreto tradicional encontrada na maioria dos PCs.

O Raspberry Pi 4 , um computador amador popular, também usa um sistema em um chip (um Broadcom BCM2711 ) para suas funções principais, o que mantém o custo do dispositivo baixo (cerca de US $ 35) enquanto fornece bastante energia. O futuro é brilhante para os SoCs, que continuam a tradição de integração e miniaturização de eletrônicos que começou há mais de um século. Tempos emocionantes pela frente!