System-on-a-chip: differenze tra le versioni

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Un '''''system on a chip''''' (grafiao alternativa: "'''''system-on-a-chip"; [[abbreviazione]] utilizzata comunemente: "SoC")''''', in [[Lingua italianaAbbreviazione|italianoabbreviato]]: ''Sistema'SoC''', {{Lett|sistema su circuito integrato}}), nell''[[elettronica digitale]], è un [[circuito integrato]] che in un solo [[Circuito integrato|chip]] contiene un intero sistema, o meglio, oltre al [[CPU|processore centrale]], integra anche un [[chipset]] ed eventualmente altri [[controller (informatica)|controller]] come quello per la memoria [[RAM]], la circuiteria input/output o il sotto sistema video.

Un singolo chip può contenere componenti digitali, analogici e circuiti in radiofrequenza in un unico integrato. Questa tipologia di integrati viene utilizzata comunemente nelle applicazioni [[Sistema embedded|embedded]], date le dimensioni ridotte che essi raggiungono con l'integrazione di tutti i componenti. Una alternativa è costituita da [[system in package]] (SiP), ovvero un singolo [[Package (elettronica)|package]] che racchiude in sé diversi circuiti integrati.

== Storia ==

Se non può essere realizzato un SoC una buona alternativa sono i cosiddetti [[system in package]] (SiP), ovvero un singolo [[Package (elettronica)|package]] che racchiude in sé diversi circuiti integrati.

[[Intel]], aveva tentato già nel [[2001]] di sviluppare un SoC, grazie al progetto [[Timna]] (destinato ai PC economici) ma che venne poi abbandonato per questioni strategiche in favore del primo [[Pentium M]] [[Banias]] che era sempre un processore tradizionale. Successivamente Intel non ha più parlato di SoC nelle sue presentazioni alla stampa o al pubblico, continuando a percorrere uno sviluppo [[hardware]] tradizionale. Altre compagnie tuttavia presentarono alcuni prodotti SoC e tra queste una delle più attive negli anni è stata [[VIA Technologies|VIA]] che li destinava però soprattutto per il settore [[Sistema embedded|embedded]].

Nel [[2007]] Intel è tornata a parlare di SoC con il progetto [[Tolapai]], destinato anch'esso proprio al settore embedded, e che integra al suo interno il controller della memoria RAM e la circuiteria di input/output. Tolapai quindi è un processore perfettamente integrato con il chipset, e in particolare sia con il [[Northbridge]], sia con il [[Southbridge (elettronica)|southbridge]].

Quasi contemporaneamente è statovenne annunciato anche il prossimo arrivo del primo processore SoC destinato all'impiego nei sistemi ultra portatili [[UMPC]], [[Lincroft]], che sarà alla base della futura piattaforma Intel [[Moorestown]] prevista inizialmente per il [[2009]].

Altri sistemi SoC ormai disponibili da annifamosi sono perad esempio [[Tegra|Nvidia Tegra]], [[Qualcomm Snapdragon]], [[MediaTek]], [[Samsung Exynos]], [[NovaThor|ST-Ericsson NovaThor]], [[i.MX]] di Freescale Semiconductor, [[Apple Ax (System on Chip)|Apple Ax]] ed [[Apple M1|M1]] (anni '20 del 2000) e [[ZiiLABS]] di ZMS.

== Struttura di un SoC ==

[[File:ARMSoCBlockDiagram.png|thumb|upright=1.4|thumb|Microcontrollore basato su system-on-a-chip]]

== Struttura di un SoC ==

[[File:ARMSoCBlockDiagram.png|upright=1.4|thumb|Microcontrollore basato su system-on-a-chip]]

Un tipico sistema SoC comprende:

* Uno o più core di [[microcontrollore|microcontrollori]], [[microprocessore|microprocessori]] o [[digital signal processor|DSP]]

* Un modulo di [[memoria]] contenente uno o più blocchi di tipo [[Read onlyOnly memoryMemory|ROM]], [[RAM]], [[EEPROM]] o [[Memoria flash]].

* Un generatore di clock e un [[Phase-locked loop|PLL]]

* Periferiche come contatori, orologi e altro

* Connettori per interfacce standard come [[Universal Serial Bus|USB]], [[IEEE 1394|FireWire]], [[Ethernet]], [[UART|USART]], [[Serial Peripheral Interface|SPI]]

* [[Convertitore analogico-digitale|Convertitori digitali-analogici]] e [[Convertitore digitale-analogico|convertitori analogici-digitali]]

* Regolatori di tensione e circuiti di gestione dell'alimentazione.

I vari blocchi funzionali sono collegati tramite BUS proprietari o BUS standard come il BUS [[Association of MBAs|AMBA]] progettato da [[ARM LtdHoldings|ARM]]. Una gestione [[Direct Memory Access|DMA]] dei trasferimenti tra la memoria e i bus esterni incrementa le prestazioni senza appesantire il processore.

== Progetto di un SoC ==

[[File:SoCDesignFlow.gif|thumb|left|upright=1.4|thumb|Fasi del progetto di un SoC]]

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 [[calcolo parallelo|parallelo]].

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 [[calcolo parallelo|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 [[Computer-aided design|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 [[fieldField programmableProgrammable gateGate arrayArray|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''.

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.

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* [[Full custom]]

* [[Standard cell]]

* [[Field programmableProgrammable gateGate arrayArray|FPGA]]

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.

== Alcuni esempi di system on a chip ==

[[Intel]], il più famoso produttore al mondo di microprocessori, aveva tentato già nel [[2001]] di sviluppare un SoC, grazie al progetto [[Timna]] (destinato ai PC economici) ma che venne poi abbandonato per questioni strategiche in favore del primo [[Pentium M]] [[Banias]] che era sempre un processore tradizionale.

Successivamente Intel non ha più parlato di SoC nelle sue presentazioni alla stampa o al pubblico, continuando a percorrere uno sviluppo [[hardware]] tradizionale. Altre compagnie tuttavia presentarono alcuni prodotti SoC e tra queste una delle più attive negli anni è stata [[VIA Technologies|VIA]] che li destinava però soprattutto per il settore [[Sistema embedded|embedded]].

Nel [[2007]] Intel è tornata a parlare di SoC con il progetto [[Tolapai]], destinato anch'esso proprio al settore embedded, e che integra al suo interno il controller della memoria RAM e la circuiteria di input/output. Tolapai quindi è un processore perfettamente integrato con il chipset, e in particolare sia con il [[Northbridge]], sia con il [[Southbridge]].

Quasi contemporaneamente è stato annunciato anche il prossimo arrivo del primo processore SoC destinato all'impiego nei sistemi ultra portatili [[UMPC]], [[Lincroft]], che sarà alla base della futura piattaforma Intel [[Moorestown]] prevista inizialmente per il [[2009]].

Altri sistemi SoC ormai disponibili da anni sono per esempio [[Tegra|Nvidia Tegra]], [[Qualcomm Snapdragon]], [[Samsung Exynos]], [[NovaThor|ST-Ericsson NovaThor]], [[i.MX]] di Freescale Semiconductor, [[Apple Ax (System on Chip)|Apple Ax]] e [[ZiiLABS]] di ZMS.

== Produttori ==

* [[Actions Semiconductor]]

* [[Xilinx|AMD Xilinx]]

* [[Analog Devices]]

* [[Apple]]

* [[ARM Holdings|ARM Ltd]]

* [[ASIX Electronics]]

* [[Atmel]]

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* [[NXP Semiconductors]] (formerly Philips Semiconductors)

* [[NuCORE Technology]]

* [[NVIDIA|NVIDIA Corporation]]

* [[ASICQualcomm]]

* [[Renesas]]

* [[Samsung]]

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== Voci correlate ==

* [[Architettura ARM]]

* [[PSoC]]

* [[Application specific integrated circuit|ASIC]]

* [[ASIC]]

* [[MicrocontrollorePackage (elettronica)]]

* [[Sistema embedded]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto|preposizione=sul|wikt=system on a chip|wikt_etichetta=system on a chip}}

== Collegamenti esterni ==

* {{cita web|url=httphttps://www.ibm.com/developerworks/views/power/libraryview.jsp?search_by=SoC+drawer:&ca=dgr-wikiaSoCSeries|titolo=SoC Article Series|lingua=en}}

* {{en}} [https://web.archive.org/web/20060509160515/http://www.tsc.tdk.com/products/product_detail.cfm?product_key=60 TSC electric power meter IC]- a typical mixed-signal system on chip

* {{en}} [http://www.linux-mips.org/wiki/SoC SoCs] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20191102155723/http://www.linux-mips.org/wiki/SoC |date=2 novembre 2019 }} at [http://www.linux-mips.org/ linux-mips.org]

* {{en}}} {{Cita web|url=http://www.linuxdevices.com/articles/AT4313418436.html|titolo=Embedded Processor and System-on-Chip Quick Reference Guide|urlarchivio=httphttps://archive.is/LNvmA20130103172843/http://www.linuxfordevices.com/c/a/Linux-For-Devices-Articles/Embedded-Processor-and-SystemonChip-Quick-Reference-Guide/|dataarchivio=3 gennaio 2013|urlmorto=sì}}

* {{en}} [http://www.siliconfareast.com/soc.htm System-on-a-Chip] by www.SiliconFarEast.com

* {{cita web|1=http://www.na2.es/home.htm|2=Navarre AsyncArt. Asynchronous System-on-Programmable-Chip Research & Services. Public University of Navarre|lingua=en|accesso=14 ottobre 2006|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20070102153131/http://www.na2.es/home.htm#|dataarchivio=2 gennaio 2007|urlmorto=sì}}

* {{en}} [http://www.ittc.ku.edu/hybridthreads HybridThreads(Hthreads)] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080511154918/http://www.ittc.ku.edu/hybridthreads |date=11 maggio 2008 }} Programmatically building semi-custom multiprocessor systems-on-chip using hybrid CPU/FPGA components.*

* {{en}} [http://www.ieee-socc.org SOCC] Annual [[Institute of Electrical and Electronics Engineers|IEEE]] International SOC Conference

{{Logica programmabile}}

{{Portale|elettronica|informatica}}

[[Categoria:Circuiti elettroniciintegrati]]

{{Portale|informatica}}

[[Categoria:Elettronica digitale]]

[[Categoria:Circuiti elettronici]]