¿Qué son los SoCs?
Un SOC (System On a Chip) integra todas las funciones de un sistema en un solo circuito integrado, en contraste con los diseños de sistemas convencionales que requieren varios chips para funciones como microprocesadores, memoria, dispositivos gráficos y dispositivos de comunicación. Los SoCs ofrecen un sistema compacto y de alto rendimiento al combinar todas estas funciones en un único chip.
Usos de los SoCs
Los SoCs se utilizan ampliamente en diversas áreas de aplicación, como smartphones, tabletas, sistemas integrados, dispositivos IoT y automóviles. Los SoCs en estos dispositivos sirven como parte central para el control de dispositivos, contribuyendo a la multifuncionalización y miniaturización de los dispositivos.
1. Dispositivos Móviles
Los dispositivos móviles, como teléfonos inteligentes y tabletas, utilizan SoCs para realizar sus funciones. Varias funciones, como procesadores, procesamiento gráfico, memoria, funciones de comunicación y sensores, se integran en un único circuito integrado.
2. Sistemas Integrados
Los SoCs se utilizan mucho en sistemas embebidos. Los SoCs se utilizan en una amplia variedad de sistemas embebidos, como automóviles, electrodomésticos, controles industriales y equipos médicos, para realizar funciones avanzadas y procesamiento en tiempo real.
3. Dispositivos de Internet de las Cosas (LoT)
Los dispositivos loT requieren sensores, funciones de comunicación, procesamiento de datos, etc. Los SoCs pueden proporcionar funcionalidades avanzadas y capacidades de comunicación a pesar de ser dispositivos pequeños y de bajo consumo. Algunos ejemplos son los dispositivos domésticos inteligentes, los nodos sensores y los dispositivos vestibles.
4. Equipos de Red
Los SoCs también se utilizan en equipos de red como enrutadores, conmutadores y dispositivos de seguridad de red. Los equipos de red de alto rendimiento se consiguen integrando funciones de procesamiento de datos y comunicación de alta velocidad.
5. Equipo Audiovisual
Los SoCs también se utilizan en equipos audiovisuales como televisores, equipos de audio y cámaras digitales. En un solo circuito integrado se integran diversas funciones, como procesamiento de vídeo, procesamiento de audio e interfaces.
6. Sistemas de Automoción
En los vehículos, los SoCs se utilizan como núcleo de los sistemas de a bordo. Los SoCs gestionan de forma integral diversas funciones, como el control del vehículo, los sistemas de asistencia al conductor, el entretenimiento y la comunicación, para mejorar el confort y la seguridad.
Principio de los SoCs
Los SoCs, como se ha descrito anteriormente, son una forma de empaquetar todas las funciones dentro de un único circuito integrado para obtener la funcionalidad deseada del sistema. Cada función se proporciona como un bloque de circuito con o sin carga y con datos de diseño.
Seleccionando entre ellos las funciones necesarias y ordenándolas/conexionándolas mediante herramientas de diseño, pueden obtenerse datos de diseño para circuitos integrados con las funciones deseadas. Los siguientes dispositivos se ofrecen como bloques de circuitos.
1. Microprocesador
En la mayoría de los casos, se instala un microprocesador (CPU). Esto permite realizar diversas funciones mediante software.
2. Dispositivos de Memoria
También contiene la memoria utilizada por la CPU. Se utiliza principalmente para almacenar datos y programas, pero también abarca la memoria caché, la RAM y la ROM.
3. Dispositivos de Procesamiento Gráfico
También pueden incluirse funciones de procesamiento de gráficos. De este modo, se pueden realizar visualizaciones gráficas avanzadas, como reproducción de vídeo, procesamiento de imágenes y gráficos 3D.
4. Interfaz de Entrada/Salida
Contará con diversas interfaces para conectarse a dispositivos externos. Por ejemplo, USB, HDMI, Ethernet y Wi-Fi.
5. Funciones de Comunicación
A menudo están equipados con funciones de comunicación para diversos protocolos de comunicación (por ejemplo, Bluetooth, NFC, LTE), lo que permite la conectividad en red y la transmisión y recepción de datos en serie.
6. Tratamiento de las Señales de los Sensores
Pueden instalarse circuitos de procesamiento para manejar señales analógicas como acelerómetros, giroscopios, sensores magnéticos y ópticos, y convertidores A/D para convertirlas en datos digitales.
La capacidad de integrar estos dispositivos en un solo chip ha dado lugar a sistemas de alto rendimiento que, al mismo tiempo, ocupan poco espacio y consumen poca energía.
Más Información sobre los SoCs
Proceso de Desarrollo de los SoCs
El desarrollo de los SoCs se basa en los siguientes procesos:
1. Selección y Diseño de Funciones
El proceso de diseño de los SoCs comienza con la selección de las funciones necesarias y la definición de las especificaciones de diseño. Esto debe incluir todas las funciones necesarias para la aplicación específica, como procesadores, memoria, interfaces de entrada/salida, funciones de red y sensores.
2. Diseño del Hardware
Realizar el diseño hardware de las funciones seleccionadas. Se expresa en circuitos concretos, como circuitos digitales, circuitos analógicos, bloques de memoria y circuitos de interfaz. Como técnicas de diseño se utilizan esquemas, diagramas de flujo y HDL (Hardware Description Language).
3. Integración y Colocación del Chip
Una vez finalizado el diseño del circuito, los bloques de hardware se colocan en un chip único, que contiene información sobre las interconexiones de los circuitos, el encaminamiento de las señales, el encaminamiento de la alimentación, etc. Aquí se pueden utilizar sofisticadas herramientas de diseño automatizado para garantizar un trazado eficiente y fiable del chip.
4. Fabricación de Dispositivos
Una vez finalizados el diseño y la disposición de los circuitos, se procede al diseño del proceso de fabricación. Esto incluye la fabricación de obleas semiconductoras, la formación de transistores y circuitos y la creación de capas de interconexión. Por último, se fabrica el chip de CI y se sella en un paquete.
5. Desarrollo de Software
Los SoCs son sistemas que incluyen tanto software como hardware. El desarrollo de software incluye el desarrollo de firmware, controladores y software de aplicación que trabajan con el hardware para satisfacer la funcionalidad.
6. Verificación y Ensayo
Los SoCs terminados se verifican y prueban. Esto incluye la verificación del funcionamiento de los circuitos, la comprobación de la precisión de las señales y las pruebas a nivel de sistema. Los defectos se corrigen y optimizan para garantizar la calidad y la fiabilidad.
El proceso anterior completa la funcionalidad de sistema avanzado de los SoCs, que integran múltiples funciones en un solo chip.