Rất nhiều thiết bị chúng ta sử dụng ngày nay, từ điện thoại thông minh đến máy tính bảng, có thể hoạt động nhờ một hệ thống trên chip, hay còn gọi là SoC.
Vậy SoC là gì và chúng có cấu tạo như thế nào?
SoC là gì?
Thuật ngữ SoC là viết tắt của system on a chip, hay hệ thống trên chip. Nó có tên gọi như vậy vì bao gồm nhiều thành phần máy tính thiết yếu được nén vào một con chip. SoC chủ yếu được sử dụng cho các thiết bị di động vì có kích thước nhỏ và hiệu suất năng lượng cao.
Từ những năm 1970, một số công ty đã cố gắng đưa nhiều thành phần vào một con chip để cung cấp sức mạnh cho đồng hồ kỹ thuật số. Intel đã thành công trong việc này với sự ra mắt của Đồng hồ kỹ thuật số Microma vào năm 1974, tạo ra SoC thực sự đầu tiên. Hãng đã tích hợp các chức năng định giờ và các bóng bán dẫn trình điều khiển LCD vào một con chip.
SoC thực sự phát triển mạnh vào những năm 80 và 90. Máy tính cá nhân trở nên phổ biến vào những năm 80 và cần được cung cấp sức mạnh bởi những con chip nhỏ hơn. Vào những năm 90, điện thoại di động dùng SoC và xu hướng đó vẫn tiếp tục cho đến ngày nay.
Có gì trong một SoC?
Các thiết bị di động như điện thoại thông minh và máy tính bảng cần nhỏ gọn. Đây là lý do cho sự tồn tại của SoC. Các nhà sản xuất SoC nén một số thành phần thiết yếu vào một con chip để tiết kiệm dung lượng. Việc tất cả các thành phần ở cùng một vị trí giúp tiết kiệm một lượng lớn không gian hơn là nếu chúng nằm rải rác khắp bo mạch chủ.
Trên một SoC có những gì?
Bộ phận xử lý trung tâm (CPU)
Một trong những thành phần chính trong SoC là CPU, hay còn được gọi là bộ não của thiết bị. Điều này là do nó xử lý tất cả các tác vụ xử lý chính của thiết bị. Giống như cách bộ não xử lý thông tin đến từ các giác quan của bạn, CPU xử lý thông tin đến từ RAM và bộ nhớ đệm.
Bộ xử lý đồ họa (GPU)
GPU cũng giống như CPU nhưng xử lý những thứ khác. CPU có thể xử lý mọi thứ từ code đến đồ họa, nhưng như vậy nó sẽ tốn quá nhiều công sức. Để giảm bớt áp lực này, GPU xử lý thông tin đồ họa, tức là mọi thứ mà bạn nhìn thấy trên màn hình.
RAM
RAM là viết tắt của random access memory hay bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên. RAM chứa dữ liệu cần được truy cập ngay. Máy tính từng phải truy cập dữ liệu trực tiếp từ các đơn vị lưu trữ vật lý của chúng, nhưng quá trình đó diễn ra rất chậm.
RAM khắc phục vấn đề này với bộ nhớ nhanh hơn nhiều, đọc và ghi dữ liệu với tốc độ cao hơn so với bộ lưu trữ thông thường, kể cả SSD. Sau khi tải dữ liệu vào RAM, CPU có thể dễ dàng truy cập dữ liệu hữu ích từ bộ nhớ cực nhanh.
Giả sử bạn cần mở một ứng dụng ở trên ổ đĩa cứng của bạn. Khi bạn mở ứng dụng, nó sẽ được tải từ ổ cứng vào RAM mà CPU có thể truy cập. Tùy thuộc vào những gì xảy ra trong ứng dụng, dữ liệu có thể được truy cập nhanh chóng, giúp cho mọi thứ diễn ra suôn sẻ. CPU tải dữ liệu mà nó cho rằng bạn có thể sử dụng vào RAM, giúp tăng tốc độ truy cập dữ liệu.
Bộ nhớ cache
Một dạng bộ nhớ khác thậm chí còn nhanh hơn RAM được gọi là bộ đệm (cache) CPU. RAM chứa dữ liệu mà CPU cần dùng, nhưng nếu có thông tin được truy cập thường xuyên, nó sẽ được chuyển vào bộ đệm. Bộ đệm có thể gửi dữ liệu đến CPU nhanh hơn RAM.
Giả sử bạn mở một chương trình nhiều lần trong một thời gian ngắn. Chương trình đó sẽ được lưu trữ trong bộ đệm để tải lên nhanh hơn. Các trang web cũng được lưu trữ trong bộ đệm để tải nhanh hơn.
Modem tín hiệu
Các modem tín hiệu chịu trách nhiệm chuyển đổi tín hiệu điện từ thành tín hiệu kỹ thuật số mà thiết bị di động của bạn có thể hiểu được. Modem cũng làm điều ngược lại khi chúng gửi dữ liệu đến các máy chủ.
Bộ xử lý hình ảnh (IPU)
IPU (Image Processing Unit) chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu đến từ máy ảnh. Khi ánh sáng chiếu vào cảm biến hình ảnh, dữ liệu đó sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số rồi gửi đến SoC. Dữ liệu đó được IPU xử lý trong khi CPU có thể đảm nhận các tác vụ khác.
Bộ mã hóa video
Nếu bạn có dữ liệu video trên thiết bị, dữ liệu đó sẽ cần được chuyển đổi thành tín hiệu analog để xem được. Bộ mã hóa video (Video Encoder) chịu trách nhiệm lấy tín hiệu kỹ thuật số và chuyển đổi nó thành tín hiệu analog (điện thô). Tín hiệu đó sau đó được chuyển đổi thành ánh sáng trong màn hình.
Tùy thuộc vào từng thiết bị, SoC có thể có các thành phần khác nhau. Ví dụ: một số SoC không có RAM tích hợp, trong khi những SoC khác có một phần được gọi là NPU, viết tắt của đơn vị xử lý thần kinh (neural processing unit) để xử lý các tác vụ liên quan đến trí tuệ nhân tạo và học máy.
Tương lai của SoC
SoC trước đây chủ yếu được dùng trong các thiết bị di động, nhưng chúng ta đang đứng trước một cuộc cách mạng mới trong công nghệ SoC: SoC cung cấp năng lượng cho toàn bộ máy tính desktop. Công nghệ SoC đang đạt đến mức có thể chạy phần mềm desktop đầy đủ, điển hình là chip M1 của Apple, một SoC dựa trên ARM cung cấp năng lượng cho một số MacBook mới nhất.
Viêc sử dụng SoC để cung cấp năng lượng cho máy tính mang lại nhiều lợi ích. Cùng với việc tiết kiệm không gian, SoC còn sử dụng năng lượng hiệu quả, dẫn đến thời lượng pin tốt hơn cho máy tính xách tay.
SoC cũng không nóng bằng bộ xử lý lớn nên các thiết bị, đặc biệt là máy tính xách tay, sẽ thoải mái hơn khi sử dụng nó. Không chỉ vậy, nó sẽ loại bỏ nhu cầu về quạt, vốn được đưa vào máy tính và máy chơi game để loại bỏ nhiệt mà bộ vi xử lý tạo ra. Loại bỏ các quạt sẽ giúp tiết kiệm nhiều không gian và điện cho thiết bị.
Chip nhỏ, trợ giúp lớn
Tất cả các tác vụ mà chúng ta thực hiện trên điện thoại hoặc máy tính bảng đều được thực hiện bởi các con chip nhỏ hơn một đồng xu. Chẳng bao lâu nữa, chúng sẽ có thể cung cấp năng lượng cho máy tính. SoC thực sự cho chúng ta thấy rằng những điều lớn lao có thể đến từ những thứ rất nhỏ.
Vân Nguyễn
Dịch từ: https://www.makeuseof.com/what-is-a-system-on-a-chip-soc/
Bình luận (0
)