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wikipedia.org/wiki/System_on_a_chip

Introduction

Loi de Moore

Histoire : Gordon E. Moore (cofondateur Intel)

Dans les microprocesseurs, le nombre de transistors sur une puce va doubler tous les deux ans

• Passage de 2250 transistors en 1971 à plusieurs dizaines de milliards actuellement
• Actuellement encore plus ou moins valable (ralentissement depuis 2015)

Jusqu’en 2018

Jusqu’en 2025

Avantages

• Taille d’un transistor actuellement : entre 5 nm (M1) / 7 nm (AMD) / 10-14 nm (intel)
• Augmentation fréquence horloge
• Diminution des coûts
• Diminution dissipation thermique
• Intégration de plus de fonctionnalités

Microcontroleurs

Description

Regroupent sur une même puce :

• microprocesseur
• mémoire(s)
• ports entrée/sortie
• périphériques
• bus de communication

Caractéristiques

• puissance, mémoire & fréquence d’horloge le plus souvent < ordinateurs
• consommation faible
• prix relativement faible
• utilisation dans des systèmes embarqués

Exemple

Régulateur de vitesse d’une voiture :

• récupère la vitesse de la voiture (capteur externe, port d’entrée)
• doit contrôler l’accélération ou le freinage (envoie des ordres à des actionneurs externes, ports de sortie)
• soumis à des contraintes temporelles (temps de réponse)

Autre exemple : machine à laver

Architexture

• applications “temps réel” => pas de système d’exploitation
• composants autonomes : programme en mémoire morte (ROM / EEPROM / FLASH)
• architecture Harvard :
  • bus mémoire programme & données séparés
  • jeu d’instructions réduit (RISC)

Exemples de périphériques

• timers
• CAN / CNA
• modules de communication

System on Chip (SOC)

Description

Définition SOC : circuit intégré comportant tout ou partie des composants d’un ordinateur.

Au niveau de la quantité de fonctionnalités intégrées directement sur la puce :

Microprocesseur < Microcontrolleur < SOC

Types

• SOC basés sur un microcontrolleur

• SOC basés sur un microprocesseur

• SOC spécialisés (ASICs)

• PSoC : microprocesseur + FPGA (Field Programmable Gate Array)

Contenu

La plupart du temps :

• CPU
• mémoire et/ou controlleur mémoire (ROM / RAM - SRAM / DRAM / EEPROM)
• GPU / interface graphique
• stockage secondaire et/ou controlleur stockage secondaire (EEPROM / Flash)
• ports entrée / sortie (USB, HDD, Ethernet, SPI, HDMI, I2C…)
• fonctions radio (WIFI / BT / NFC)

Peut aussi contenir des fonctionnalité de traitement de signaux plus spécialisés

digitaux, analogiques, mixtes, radio..

Organisation

Peut aussi être associé à des composants externes pour

• mémoire (LPDDR : mémoire DDR basse consommation)
• stockage secondaire (eUFS ou eMMC : carte sd)

Les composants externes peuvent être installés au dessus du SOC (POP), ou à côté (2.5D, TSI)

Avantages et inconvénients

Avantages

• gain de place
• amélioration des performances
• diminution de la consommation énergétique

Inconvénients

• moins d’évolutivité
• pas remplaçable

Applications

Secteurs

• mobile computing (ex: smartphones)
• edge computing (ex: reconnaissance faciale, voiture autonome..)
• IOT (Internet of Things : internet des objets / objets connectés…)

Applications IOT / Systèmes embarqués / Edge computing

• systèmes AI
• vision par ordinateur
• collecte, traitement et transmission de données
• ambient intelligence (~ amélioration du quotidien : RFID, BLE, implants, capteurs, …)

Densité / économies d’énergie / traitements spécialisés et optimisés

Applications mobiles

Téléphones portables & tablettes : performances / économies d’énergie / gain de place

Contient : processeur, mémoires, caches, réseau sans fil, appareil photo, processeur IA…

A cause de la taille des mémoires, mémoire et stockage flash sont souvent déportés (à côté ou au dessus - PoP / TSI)

Exemples ARMv7/8/9 : Samsung Exynos / Qualcomm Snapdragon / Apple Axx