LSI waarin alle voor een systeem benodigde functies, zoals CPU, GPU, geheugencontroller en communicatie, op één chip zijn geïntegreerd. Het hart van een smartphone is een typisch voorbeeld.
Japanse benaming: SoC(システムオンチップ)
“SoC (system on chip)” komt voor in 20 oefenvragen uit 10 onderwerpen, bijv. Energiebeheer (softwaregestuurd), LSI-ontwerpflow en EDA, Halfgeleiderindustrie en markt.
Vakgebied: Halfgeleiderindustrie en markt
Een typische system on chip (SoC) voor smartphones bevat meerdere CPU-cores, een GPU, vaak een neural processing unit en een image signal processor, on-chip SRAM-caches, een geheugencontroller met DRAM-interface, display- en camera-interfaces, snelle I/O, beveiligingsblokken en power-managementlogica, en in sommige ontwerpen een mobiel modem. Het hoofd-DRAM zit normaal op aparte chips, vaak gestapeld bovenop de SoC-package. Blokken communiceren intern via een on-chip interconnect; de AMBA-AXI-familie van Arm, met onder meer AXI4-Lite voor registertoegang en AXI4-Stream voor datastromen, is een veelgebruikte standaard waarmee IP van verschillende leveranciers kan worden gekoppeld.
Signalen die op één die blijven, vermijden packagepinnen, printplaatsporen en de grote drivers die nodig zijn om die te schakelen, dus een SoC is kleiner en sneller en verbruikt minder vermogen dan dezelfde functies verdeeld over meerdere chips, en de printplaat heeft minder onderdelen nodig. De nadelen zijn echter reëel. Grote dies hebben een lagere yield omdat elk defect meer oppervlak onbruikbaar maakt, de die kan niet groter zijn dan het lithografieveld van ongeveer 26 mm bij 33 mm, en functies die andere processen vragen, zoals DRAM, analoog of RF, zijn moeilijk optimaal te bouwen op hetzelfde logicaproces.
Omdat blokken verschillen in snelheidseisen en activiteit, wordt een SoC opgedeeld in power domains. Elk domein kan via dynamic voltage and frequency scaling (DVFS) op een eigen spanning en frequentie draaien of volledig worden uitgeschakeld, terwijl een klein always-on-domein het ontwaken regelt. Signalen die domeinen overschrijden, hebben level shifters en isolatiecellen nodig. Een externe power management IC (PMIC) maakt onder aansturing van de SoC de vele voedingsrails uit de batterij. Voor beveiliging markeren mechanismen zoals Arm TrustZone elke bustoegang als secure of normal, waardoor binnen dezelfde chip een beschermde omgeving ontstaat.
Een SoC zet het systeem op één die. Een system in package (SiP) plaatst daarentegen meerdere dies en passieve componenten in één package, wat het eenvoudig maakt om chips uit verschillende processen te combineren en bestaande onderdelen te hergebruiken, ten koste van enige interconnectdichtheid en vermogen. Chipletontwerpen splitsen wat een zeer grote SoC zou zijn op in meerdere dies die met hoge dichtheid in een advanced package worden verbonden, wat de yield verbetert en systemen groter dan één reticleveld mogelijk maakt. Veel bedrijven die SoC's ontwerpen zijn fabless en laten ze door foundries produceren.
Antwoord: C. NPU (neural processing unit)
Een NPU is een speciale schakeling die de vermenigvuldig-optelbewerkingen, het grootste deel van de berekeningen van neurale netwerken, in grote aantallen parallel verwerkt met lage precisie, zoals gehele getallen van 8 bit of minder. De prestaties per vermogen zijn meer dan een orde van grootte hoger dan bij een algemene CPU, zodat fotocorrectie, spraakherkenning en vertaling binnen de smartphone kunnen worden uitgevoerd. De prestaties worden uitgedrukt in TOPS (biljoenen bewerkingen per seconde) en NPU's worden ook steeds vaker in SoC's voor pc's opgenomen.
Antwoord: B. Met onder meer geheugenbescherming en tijdbewaking scheiden, zodat foutieve werking van software met een lage ASIL het geheugen en de uitvoeringstijd van software met een hoge ASIL niet aantast
Door meerdere functies in één SoC samen te voegen kan het aantal componenten en ECU's worden verminderd, maar een bug in software met een lage ASIL kan de functies met een hoge ASIL hinderen door geheugen te overschrijven of alle CPU-tijd op te gebruiken. Daarom wordt met ruimtelijke scheiding door een memory protection unit of hypervisor en temporele scheiding door toewijzing en bewaking van uitvoeringstijd aangetoond dat er geen interferentie is (Freedom from Interference). Zonder scheiding moet alles met de hoogste ASIL worden ontwikkeld, wat veel meer werk kost.
Een SoC integreert de functies van het systeem op één siliciumdie, terwijl een SiP meerdere afzonderlijke dies en componenten in één package onderbrengt. SoC's geven het laagste vermogen en de laagste latency; SiP's maken het eenvoudiger om chips uit verschillende processen te combineren.
In brede zin wel, omdat een microcontroller een CPU, flash, SRAM en randapparatuur op één chip integreert. De term SoC wordt meestal gereserveerd voor grotere applicatieprocessors die een volledig besturingssysteem draaien met extern DRAM.
Standaard-DRAM gebruikt een gespecialiseerd proces dat is geoptimaliseerd voor dichte condensatorcellen en dat niet verenigbaar is met een high-performance logicaproces. Smartphones stapelen daarom aparte DRAM-chips op of naast de SoC-package.
De prestaties worden uitgedrukt in TOPS (biljoenen bewerkingen per seconde) en NPU's worden ook steeds vaker in SoC's voor pc's opgenomen.
Welke speciale schakeling wordt in onder meer SoC's voor sm…Door meerdere functies in één SoC samen te voegen kan het aantal componenten en ECU's worden verminderd, maar een bug in software met een lage ASIL kan de functies met een hoge ASIL hinderen door geheugen te overschrijven of alle CPU-tijd op te gebruiken.
Wat wordt vereist wanneer de functies van meerdere ECU's wo…Een SoC bevat veel speciale schakelingen voor video, beeld, geluid en AI.
Wat is de belangrijkste reden dat een smartphone-SoC het af…Het wordt in onder meer smartphone-SoC’s gebruikt om de inhoud van de cache tijdens slaap te behouden.
Welke uitspraak over de “data-retentiespanning” die de onde…Dit is de reden dat huidige SoC's veel versnellers hebben.
Hoe heet het probleem dat, door beperkingen in vermogensver…GPU Inferentie (inference) NPU (neural processing unit) Fabless OSAT TOPS ECU (elektronische regeleenheid) ASIL (Automotive Safety Integrity Level) CPU-tijd Hypervisor