Was ist ein System-on-a-Chip (SoC)?

Alle Geräte, die wir heutzutage benutzen, funktionieren einfach, oder? Aber nicht viele Leute denken über das Gehirn nach, das sie zum Leben erweckt. Viele von uns verwendete Geräte werden von einem System-on-a-Chip oder SoC betrieben.

Diese kleinen und energieeffizienten Chips versorgen die meisten mobilen Geräte, die wir heute verwenden, von Smartphones bis hin zu Tablets. Hier erfahren Sie, was SoCs sind und was sie ausmacht.

Was ist ein SoC?

Der Begriff SoC steht für System auf einem Chip. Es heißt so, weil es aus mehreren wesentlichen Computerkomponenten besteht, die alle auf einem Chip komprimiert sind. SoCs werden aufgrund ihrer geringen Größe und ihrer hohen Energieeffizienz hauptsächlich für mobile Geräte verwendet.

Ab 1970 versuchten mehrere Unternehmen, mehrere Komponenten auf einen Chip zu pressen, um Digitaluhren mit Strom zu versorgen. Dies gelang Intel 1974 mit der Microma Digital Watch und schuf den ersten echten SoC. Das Unternehmen integrierte die Timing-Funktionen und die LCD-Treibertransistoren auf einem Chip.

SoCs haben in den 80er und 90er Jahren richtig Fahrt aufgenommen. Personal Computer wurden in den 80er Jahren immer beliebter und mussten mit kleineren Chips betrieben werden. In den 90er Jahren nutzten Mobiltelefone SoCs, und dieser Trend setzt sich heute bei Smartphones und Tablets mit SoCs fort.

Was ist in einem SoC enthalten?

Tragbare Geräte wie Smartphones und Tablets müssen kompakt bleiben. Aus diesem Grund gibt es SoCs. SoC-Hersteller nehmen mehrere wesentliche Komponenten und komprimieren sie platzsparend auf einen Chip. Alle Komponenten an einem Ort zu haben spart viel Platz im Vergleich zu verstreuten Teilen auf dem Motherboard.

Was ist also auf einem SoC?

Central Processing Unit (CPU)

Eine der Hauptkomponenten im SoC ist die CPU. Die CPU wird auch als das Gehirn des Geräts bezeichnet. Dies liegt daran, dass es alle Hauptverarbeitungsaufgaben übernimmt, die Sie auf Ihr Gerät werfen. Ähnlich wie Ihr Gehirn die Informationen verarbeitet, die von Ihren Sinnen kommen, verarbeitet die CPU die Informationen, die aus dem RAM und Cache kommen.

Grafikprozessor (GPU)

Die GPU im SoC ist wie die CPU, nur verarbeitet sie verschiedene Dinge. Die CPU kann vom Code bis zur Grafik alles verarbeiten, aber das wäre zu viel Arbeit. Um etwas von dieser Belastung zu entlasten, übernimmt die GPU die grafischen Informationen. Es verarbeitet alles, was Sie auf dem Bildschirm sehen.

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RAM

RAM steht für Arbeitsspeicher. Der RAM enthält Daten, auf die dann und dort zugegriffen werden muss. Früher mussten Computer direkt von ihren physischen Speichereinheiten auf Daten zugreifen, aber dieser Prozess ist langsam.

RAM behebt dieses Problem mit einem viel schnelleren Speicher, der Daten mit hoher Geschwindigkeit liest und schreibt als Ihr normaler Speicher, sogar eine SSD. Sobald die Daten in den RAM geladen sind, kann die CPU problemlos auf nützliche Daten aus dem ultraschnellen Speicher zugreifen und diese abrufen.

Angenommen, Sie müssen eine Anwendung öffnen. Die App lebt auf Ihrer Festplatte. Wenn Sie es öffnen, wird diese Anwendung vom Laufwerk in den RAM geladen, auf den die CPU zugreifen kann. Je nachdem, was in der Anwendung passiert, kann schnell auf die Daten zugegriffen werden, um einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten. Ihre CPU lädt Daten in Ihren RAM, von denen sie glaubt, dass Sie sie in Bezug auf die App verwenden könnten, um den Rückruf weiter zu beschleunigen.

Zwischenspeicher

Obwohl RAM ein Speicherblock ist, auf den schnell zugegriffen werden kann, ist eine andere Form von Speicher noch schneller. Es heißt CPU-Cache. Der RAM enthält Daten, die die CPU verwenden muss, aber wenn häufig auf Informationen zugegriffen wird, werden sie in den Cache übertragen. Der Cache kann noch schneller als RAM Daten an die CPU senden.

Angenommen, Sie öffnen ein Programm mehrmals in kurzer Zeit. Das System speichert dieses Programm im Cache, damit es noch schneller geladen werden kann. Auch Webseiten werden im Cache gespeichert, um schneller angezapft zu werden.

Signalmodems

Es mag seltsam erscheinen, aber die eigentlichen Signalmodems sind in den SoC integriert. Die Modems sind dafür verantwortlich, das elektromagnetische Signal in ein digitales Signal umzuwandeln, das Ihr Telefon oder Mobilgerät verstehen kann. Das Modem ist auch dafür verantwortlich, das Gegenteil zu tun, wenn es Daten an Server sendet.

Bildverarbeitungseinheit (IPU)

Die IPU ist für die Verarbeitung der Daten verantwortlich, die von einer Kamera stammen. Wenn Licht auf den Bildsensor trifft, werden diese Daten in ein digitales Signal umgewandelt und an den SoC gesendet. Diese Daten werden dann von der IPU verarbeitet, während die CPU andere Aufgaben übernehmen kann.

Video-Encoder

Wenn Sie Videodaten auf Ihrem Gerät haben, müssen diese zur Anzeige in ein analoges Signal umgewandelt werden. Der Video-Encoder ist dafür verantwortlich, das digitale Signal aufzunehmen und in ein analoges (elektrisches Rohsignal) umzuwandeln. Dieses elektrische Signal wird dann im Display in Licht umgewandelt.

Je nach Gerät kann der SoC unterschiedliche Komponenten haben. Einige SoCs haben beispielsweise keinen integrierten RAM, während andere einen Teil haben, der als NPU bekannt ist. Es steht für Neural Processing Unit und übernimmt Aufgaben rund um künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen.

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Die Zukunft von SoCs

SoCs wurden hauptsächlich in mobilen Geräten verwendet, aber wir stehen am Rande einer neuen Revolution in der SoC-Technologie: SoCs, die vollwertige Desktop-Computer antreiben. Die SoC-Technologie erreicht den Punkt, an dem sie die vollständige Desktop-Software ordnungsgemäß ausführen kann, wie beispielsweise der M1-Chip von Apple, ein ARM-basierter SoC, der einige ihrer neuesten MacBooks antreibt.

Die Verwendung von SoCs zur Stromversorgung von Computern bietet Vorteile. Neben der Platzersparnis sind SoCs auch in Bezug auf die Energieeffizienz großartig. Die kleineren Chips verbrauchen insgesamt weniger Energie, was bei Laptops zu besseren Akkulaufzeiten führen sollte.

SoCs werden auch nicht so heiß wie große Prozessoren. Da SoCs kühler bleiben können als große Prozessoren, sind die Geräte, insbesondere Laptops, komfortabler zu bedienen. Nicht nur das, sie werden auch die Notwendigkeit von Ventilatoren beseitigen. Lüfter werden in Computer und Spielekonsolen eingebaut, um die Wärme abzuführen, die die Prozessoren produzieren. Das Entfernen der Lüfter führt zu mehr Platzersparnis im Gerät und mehr Energieeinsparungen.

Kleine Chips, große Hilfe

Viele Leute können ihr gesamtes Geschäft von Geräten aus betreiben, die SoCs verwenden. Alle Aufgaben, die wir auf unseren Telefonen oder Tablets ausführen, werden von Chips erledigt, die kleiner als ein Cent sind. Schon bald werden sie Computer mit Strom versorgen. SoCs zeigen uns wirklich, dass große Dinge in kleinen Paketen vorkommen können.

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