Qu'est-ce qu'un système sur puce (SoC) ?

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raigvi/Shutterstock.com

Avec so On parle beaucoup des puces M1 et smartphone d'Apple ces jours-ci, vous pourriez entendre parler du “système sur puce” (SoC) qui y sont utilisés. Mais que sont les SoC et en quoi diffèrent-ils des CPU et des microprocesseurs ? Nous vous expliquerons.

Système sur puce : la définition rapide

Un système sur puce est un circuit intégré qui combine de nombreux éléments d'un système informatique en une seule puce. Un SoC comprend toujours un processeur, mais il peut également inclure de la mémoire système, des contrôleurs de périphériques (pour USB, stockage) et des périphériques plus avancés tels que des unités de traitement graphique (GPU), des circuits de réseau neuronal spécialisés, des modems radio (pour Bluetooth ou Wi-Fi). Fi), et plus encore.

Une approche de système sur puce est en contraste avec un PC traditionnel avec une puce CPU et des puces de contrôleur séparées, un GPU et une RAM qui peuvent être remplacés, mis à niveau ou échangés comme nécessaire. L'utilisation de SoC rend les ordinateurs plus petits, plus rapides, moins chers et moins gourmands en énergie.

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Un bref historique de l'intégration électronique

Depuis le début du 20e siècle, la progression de l'électronique a suivi une trajectoire prévisible concernant deux grandes tendances : la miniaturisation et l'intégration. La miniaturisation a vu des composants électroniques individuels tels que des condensateurs, des résistances et des transistors devenir plus petits au fil du temps. Et avec l'invention du circuit intégré (CI) en 1958, l'intégration a combiné plusieurs composants électroniques sur une seule pièce de silicium, permettant une miniaturisation encore plus poussée.

Les microprocesseurs intègrent des éléments d'un processeur sur une seule puce. Intel

Au fur et à mesure que cette miniaturisation de l'électronique a eu lieu au cours du 20e siècle, les ordinateurs sont également devenus plus petits. Les premiers ordinateurs numériques étaient constitués de gros composants discrets tels que des relais ou des tubes à vide. Plus tard, ils ont utilisé des transistors discrets, puis des groupes de circuits intégrés. En 1972, Intel a combiné les éléments d'une unité centrale de traitement informatique (CPU) en un seul circuit intégré, et le premier microprocesseur commercial à puce unique est né. Avec le microprocesseur, les ordinateurs pourraient être plus petits et consommer moins d'énergie que jamais.

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Entrez dans le microcontrôleur et le système sur une puce

En 1974, Texas Instruments a sorti le premier microcontrôleur, qui est un type de microprocesseur avec RAM et périphériques d'E/S intégrés à un processeur sur une seule puce. Au lieu d'avoir besoin de circuits intégrés séparés pour un processeur, une RAM, un contrôleur de mémoire, un contrôleur série, etc., tout cela pourrait être placé dans une seule puce pour les petites applications intégrées telles que les calculatrices de poche et les jouets électroniques.

Le microcontrôleur TMS1000 a rendu Simon (1979) possible Milton-Bradley

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Pendant la majeure partie de l'ère du PC, en utilisant un microprocesseur avec des puces de contrôleur séparées, de la RAM et du matériel graphique ont donné les ordinateurs personnels les plus flexibles et les plus puissants. Les microcontrôleurs étaient généralement trop limités pour être adaptés aux tâches informatiques générales, de sorte que la méthode traditionnelle d'utilisation de microprocesseurs avec des puces de support discrètes est restée.

Récemment, la tendance vers les smartphones et les tablettes a poussé l'intégration encore plus loin que les microprocesseurs ou les microcontrôleurs. Le résultat est le système sur puce, qui peut regrouper de nombreux éléments d'un système informatique moderne (GPU, modem cellulaire, accélérateurs AI, contrôleur USB, interface réseau) ainsi que le processeur et la mémoire système dans un seul package. C'est une étape de plus dans l'intégration continue et la miniaturisation de l'électronique qui se poursuivra probablement longtemps dans le futur.

Pourquoi utiliser un système sur puce ?

Mettre plus d'éléments d'un système informatique sur un seul morceau de silicium réduit les besoins en énergie, réduit les coûts, augmente les performances et réduit la taille physique. Tout cela aide considérablement lorsque vous essayez de créer des smartphones, des tablettes et des ordinateurs portables toujours plus puissants qui utilisent moins d'autonomie.

Par exemple, Apple est fier de fabriquer des appareils informatiques performants et compacts. Au cours des 14 dernières années, Apple a utilisé des SoC dans ses gammes iPhone et iPad. Au début, ils utilisaient des SoC basés sur ARM conçus par d'autres entreprises. En 2010, Apple a lancé le SoC A4, qui était le premier SoC pour iPhone conçu par Apple. Depuis lors, Apple a réitéré sa série de puces A avec un grand succès. Les SoC aident les iPhones à consommer moins d'énergie tout en restant compacts et en devenant toujours plus performants. D'autres fabricants de smartphones utilisent également des SoC.

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Jusqu'à récemment, les SoC apparaissaient rarement dans les ordinateurs de bureau. En 2020, Apple a présenté le M1, son premier SoC pour les ordinateurs de bureau et les ordinateurs portables Mac. Le M1 combine un processeur, un processeur graphique, une mémoire et plus encore sur un seul morceau de silicium. En 2021, Apple a amélioré le M1 avec le M1 Pro et le M1 Max. Ces trois puces offrent aux Mac des performances impressionnantes tout en consommant de la puissance par rapport à l'architecture traditionnelle à microprocesseur discret que l'on trouve dans la plupart des PC.

Le silicium à l'intérieur des SoC Apple M1, M1 Pro et M1 Max. Apple

Le Raspberry Pi 4, un ordinateur amateur populaire, utilise également un système sur puce (un Broadcom BCM2711) pour ses fonctions de base, ce qui maintient le coût de l'appareil bas (environ 35 $) tout en fournissant beaucoup de puissance . L'avenir est prometteur pour les SoC, qui perpétuent la tradition d'intégration et de miniaturisation de l'électronique qui a débuté il y a plus d'un siècle. Des temps passionnants à venir !

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