Однокристальная система

Система на кристалле — в микроэлектронике — электронная схема, выполняющая функции целого устройства (например, компьютера) и размещенная на одной интегральной схеме.

В англоязычной литературе называется System-on-a-Chip, SoC.

В зависимости от назначения она может оперировать как цифровыми сигналами, так и аналоговыми, аналого-цифровыми, а также частотами радиодиапазона. Как правило, применяются в портативных и встраиваемых системах.

Если разместить все необходимые цепи на одном полупроводниковом кристалле не удается, применяется схема из нескольких кристаллов, помещенных в единый корпус (System in a package, SiP). SoC считается более выгодной конструкцией, так как позволяет увеличить процент годных устройств при изготовлении и упростить конструкцию корпуса.

Устройство

Типичная SoC содержит:

• один или несколько микроконтроллеров, микропроцессоров или ядер цифровой обработки сигналов (ПЗУ, ОЗУ, ППЗУ или Flash.
• источники опорной частоты, например, кварцевые резонаторы и фильтр умножителя частоты (phase-locked loops),
• таймеры, счетчики, цепи задержки после включения,
• стандартные интерфейсы для внешних устройств: FireWire, SPI.
• входы и выходы цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей.
• регуляторы напряжения и стабилизаторы питания.

Блоки могут быть соединены с помощью шины собственной разработки или стандартной конструкции, например AMBA в чипах компании DMA), то с его помощью можно заносить данные с большой скоростью из внешних устройств напрямую в память чипа, минуя процессорное ядро.

Разработка систем-на-кристалле

Для функционирования системы программное обеспечение не менее важно, чем аппаратное. Разработка, как правило, ведётся параллельно. Аппаратная часть собирается из стандартных отлаженных блоков, для сборки программной части используются готовые драйверы. Применяются средства разработки CAD и интегрированные программные оболочки.

Для того, чтобы удостовериться в правильной работе созданной комбинации блоков, драйверы и программу загружают в эмулятор аппаратной части (микросхему с программируемыми цепями, FPGA). Также требуется задать расположение блоков и разработать межблочные связи.

Перед сдачей в производство аппаратная часть тестируется на корректность с использованием языков VHDL, а для более сложных схем — SystemVerilog, e и OpenVera. До 70 % общих усилий на разработку затрачивается именно на этом этапе.

Системы на кристалле потребляют меньше энергии, стоят дешевле и работают надёжнее, чем наборы микросхем с той же функциональностью. Меньшее количество корпусов упрощает монтаж. Тем не менее, создание одной слишком большой и сложной системы на кристалле может оказаться более дорогим процессом, чем серии из маленьких из-за сложности разработки и отладки и снижения процента годных изделий.

Компании, разрабатывающие SoC

• Actions Semiconductor
• Analog Devices
• ARC International
• ARM Holdings
• ASIX Electronics
• Cirrus Logic
• Conexant
• Core Logic
• CPU Tech
• Cypress Semiconductor
• Infineon Technologies
• Innova Card
• Freescale Semiconductor
• Frontier Silicon Ltd
• Horizon Semiconductors
• Imagination Technologies
• Lattice Semiconductor
• LSI Logic
• Marvell Technology Group
• MIPS Technologies
• Mistletoe Technologies
• MosChip Semiconductor Technology
• Naksha Technologies
• NXP Semiconductors (формально Philips Semiconductors)
• NuCORE Technology
• Palmchip Corporation
• PMC-Sierra
• Renesas
• Samsung
• Sequence Design
• Sharp
• Sigma Designs Inc
• SigmaTel
• Skyworks Solutions Inc
• Silicon Integrated Systems
• Silicon Motion
• SoCrates Software India Private Limited
• SoC Technology
• Texas Instruments
• TLSI