System on a chip - SoC. Technische Informatik WS 2016/17 Master Elektro-und Informationstechnik Patrick Müller

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Siegfried Amsel
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1 System on a chip - SoC Technische Informatik WS 2016/17 Master Elektro-und Informationstechnik Patrick Müller

2 Überblick SoC System on a chip Vorteile/Implementierungsgründe Raspberry Pi Broadcom BCM 2837 Snapdragon 835 Samsung Exynos 8890

3 System on a chip - SoC Hohe Integrationsdichte von Bauteilen dank modernen Technologien möglich Damit allerdings verbunden: Hoher Entwicklungsaufwand (z.b. Systementwurf, Technologien) Geringere (im Gegensatz zu Board-Level-Systemen) System Komplexität (Gesamtsystem), Kosten (bei großen Stückzahlen) Leistungsaufnahme Platzsparend (d.h. klein)

4 System on a chip - SoC Aufgrund dieser Vorteile -> wachsender Markt Weitere Vorteile Verlässlichkeit des Systems: Ein-Chip-Systeme sind im Allgemeinen verlässlicher als Platinenentwürfe, da Konnektoren, Kabel, Anschlüsse besonders kurz sind. Schutz intellektuellen Besitzes Häufig ist der RAM nicht Teil des SoC, sondern mittels der package-onpackage Technologie ausgelagert. -> später mehr Quelle: Thiele, Teich: ETH Zürich, Vorlesungsskript, eingebettete Systeme

5 SoC mehr Komponenten Zum Begriff SoC: Nicht eindeutig festgelegt, wann von einem SoC gesprochen wird, bzw. welche Elemente auf einem SoC immer vorhanden sind Beispiele für Elemente des SoC CPU Weitere Prozessoren GPU Speicher (je nach SoC auch ausgelagert) Modem (z.b. GSM, LTE)

6 Einsatzgebiete von SoCs Wdh.: Hoher Entwicklungsaufwand, daher Einsatzgebiet bei hohen Stückzahlen: Smartphones, Tablets, Raspberry Pi Embedded Systems? Sinnvoll für hohe Stückzahlen Bsp. Audi Infotainment System (Exynos 8890) Quelle: Thiele, Teich: ETH Zürich, Vorlesungsskript, eingebettete Systeme

7 Raspberry Pi

8 Raspberry Pi 3 SoC: Broadcom BCM2837 Im Raspberry-PI stecken vier ARM Cortex-A53-Rechenkerne mit 1,2 GHz Taktfrequenz, (32kB Level 1 and 512kB Level 2 cache memory) beim BCM2836 (bei Raspberry Pi 2) waren es Cortex-A7-Kerne mit 900 MHz. SoC = CPU + Broadcom VideoCore IV (GPU) Die verbesserten Cortex-Kerne und der höhere Takt lassen die Rechenleistung steigern, aber auch die Leistungsaufnahme. Auf einem einzigen Chip: leistungsfähiger Computer mit sehr kleinen Abmessungen (form factor) Speicher: 512MB (SDRAM) auf dem Broadcom Chip mittels der package-onpackage (PoP) Technologie Stromdurst html

9 Package on package (PoP) Fertigungstechnik Hochhaustechnik : U.a. Kosten/Platz sparen (zb beim Raspberry Pi: Speicher auslagern) in gestapelter Anordnung Elemente auf der Leiterplatte Anwendung: Z.B. Kombination eines Hauptprozessors (CPU) im unteren Package und darüberliegend der für das System-on-a-Chip (SoC) notwendige Hauptspeicher Ball-Grid-Array (BGA): dt. Kugelgitteranordnung

10 Package on package II Weiterer Vorteil (gegenüber Board-Level-System): kurze Leiterbahnen zwischen den beiden Chips. Damit können Speicher und die Verbindung zwischen den beiden Chips mit hohen Taktfrequenzen betrieben werden vergleichsweise schlechte Möglichkeit Abwärme im Betrieb mittels Kühlkörper an die Umgebung abführen zu können Daher ist PoP primär auf Anwendung beschränkt, wo nur eine geringe Verlustleistung auftritt und ein vergleichsweise geringer Stromverbrauch vorhanden ist. Dies ist typischerweise bei mobilen elektronischen Geräten wie Smartphones oder Tablet-Computern der Fall.

11 Fazit (Raspberry Pi) Entwicklungs-und/Experimentalboard Raspberry Pi wird durch ein SoC betrieben Darauf befinden sich im wesentlichen CPU und GPU Am Beispiel des Raspberry Pi kann man einen trivialen Nachteil von SoCs sehen: Flexibilität eingeschränkt, d.h. Austausch oder Add-On Komponenten schwer (vgl. Desktop-PCs)

Snapdragon (SoC) Hauptprozessor auf ARM basiert

vielen mobilen Geräten verbaut z.b. Samsung Smartphones https://blog.

12 Snapdragon (SoC) Hauptprozessor auf ARM basiert Energieeffizienz Auf geringen Akkuverbrauch optimiert In sehr vielen mobilen Geräten verbaut z.b. Samsung Smartphones

Qualcomm Snapdragon 835 (SoC) Vorgestellt auf der CES 2017 10nm Technologie (vorherige Generation: 14nm) 10nm = 1000 mal kleiner als die Größe eines Haars Bis zu 40% geringere Leistungsaufnahme im

13 Qualcomm Snapdragon 835 (SoC) Vorgestellt auf der CES nm Technologie (vorherige Generation: 14nm) 10nm = 1000 mal kleiner als die Größe eines Haars Bis zu 40% geringere Leistungsaufnahme im Vergleich zum Vorgänger Leistungsstark (27% besser): z.b. Windows 10 kompatibel (!) Emulator x86-anwendungen, d.h. 32-bit Anwendungen Anmerkung: Samsung Foundries produziert für Qualcomm den Snapdragon

14 Snapdragon 835 zu ARMv8 kompatibles CPU-Design namens Kryo Quick Charge 4.0 mit im SoC integrierten Kryo 280 octa-core CPU Adreno 540 graphics (GPU) Hexagon 682 DSP GPS-Empfänger sowie Bluetooth, WLAN- und Mobilfunkmodem (LTE, 1000Mbps/150Mbps) vereinfachtes Gerätedesign bewirkt eine Kosten- und Energieersparnis

Samsung Exynos 8895 Wird vorraussichtlich im Februar oder April 2017 vorgestellt Noch keine zuverlässigen Daten bekannt Im Samsung Galaxy S7 verbaut: Exynos 8890 http://www.golem.

15 Samsung Exynos 8895 Wird vorraussichtlich im Februar oder April 2017 vorgestellt Noch keine zuverlässigen Daten bekannt Im Samsung Galaxy S7 verbaut: Exynos html

Samsung Exynos 8890 Erstes SoC mit selbst entwickelten Kernen: Mongoose-Kerne Die bisherigen CPU-Kerne von Konkurrent Qualcomm hießen Krait und Taipan, beides Giftnattern, die von Mangusten

16 Samsung Exynos 8890 Erstes SoC mit selbst entwickelten Kernen: Mongoose-Kerne Die bisherigen CPU-Kerne von Konkurrent Qualcomm hießen Krait und Taipan, beides Giftnattern, die von Mangusten (Mongoose) gejagt und gefressen werden auf Basis der ARMv8-Architektur Elemente des SoCs: Vier schnelle M1-Kerne (Mongoose) gekoppelt mit vier sparsameren Cortex A53 und einer Mali T880MP12 Grafik-Einheit LTE-Modem im Exynos 8890 nicht im SoC integriert, sondern nur im gleichen Package

Vice President bei Samsung, haben gemeinsam den Mobilprozessor

Fazit Mongoose Systems on a chip (SoCs) sind in unterschiedlicher

mobile Geräten verbaut Mit dem Snapdragon 835 wird eine neue SoC

17 CES 2017, Las Vegas. Keith Kressin, Produktmanager bei Qualcomm, und Ben Shuh, Senior Vice President bei Samsung, haben gemeinsam den Mobilprozessor Snapdragon 835 vorgestellt (Bild: Qualcomm). Fazit Mongoose Systems on a chip (SoCs) sind in unterschiedlicher Ausprägung integriert (Raspberry Pi, Snapdragon) Und in nahezu allen mobile Geräten verbaut Mit dem Snapdragon 835 wird eine neue SoC Generation eingeleitet Ob es Samsung tatsächlich gelingt mit den neuen M1 Chips (Mongoose) Qualcomm zu überholen wird sich im Laufe der nächsten Jahre zeigen

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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