Breve introdução à arquitetura SoC:

A arquitetura SoC (System On Chip – Circuito com Sistema Integrado) é essencialmente um circuito integrado ou um IC (Integrated Circuit), integrando um sistema inteiro de computador ou eletrônico e incorporando num único componente eletrônico (chip). Entre os elementos integrados numa solução SoC costumam estar uma unidade de processamento central, portas de entrada e saída, memória interna além de blocos de entrada e saída analógica. Dependendo do tipo de sistema miniaturizado ao tamanho de um chip, ele é capaz de executar uma certa variedade de funções incluindo processamento de sinal, comunicação sem fio, inteligência artificial entre muitos outros.

Motivos para adotar uma solução SoC:

Entre os principais motivadores no desenvolvimento de sistemas num chip, por mais clichê que seja, temos o próprio futuro no ímpeto de reduzir o desperdício de energia, reduzindo custos assim como o próprio espaço necessário para grandes sistemas. A adoção de um aparelho SoC torna possível alcançar todos esses objetivos, dimensionando um cenário multichip num único processador consumindo muito menos recurso. Esses componentes permitem o desenvolvimento de uma infinidade de dispositivos principalmente portáteis, podendo ser facilmente transportados conosco para praticamente qualquer lugar, sem nunca comprometer suas funcionalidades ou capacidades. O uso cada vez mais frequente dele está direcionado à soluções IoT (Internet of Things – Internet das Coisas), smartphones e tablets, smartwatches, sistemas embarcados, centrais multifunção de veículos e muito mais.

Enquanto um sistema em um chip costumava ser nada mais do que uma palavra da moda apenas algumas décadas atrás, agora ele se tornou uma parte integrante do mundo da tecnologia e da eletrônica nos tempos modernos. A aplicação dos SoCs no mundo prático é praticamente ilimitada e inestimável. Eles são usados ​​na maioria, senão em todas as tecnologias portáteis, como smartphones, câmeras, tablets e outras tecnologias sem fio. Seu smartphone é um bom exemplo de como funciona um sistema em chip. Quando você usa seu telefone celular, você não o usa apenas para fazer e receber chamadas – você também o usa para navegar na internet, ver vídeos, ouvir áudio, tirar fotos, jogar, enviar mensagens de texto e outros enfeites. Nada disso seria possível sem ter vários componentes, como placa gráfica, suporte para internet, conexões sem fio, GPS e muitos outros elementos.

O avanço na utilização dessa nova arquitetura cresce de maneira a ser implementada em computadores como a nova linha da Apple com processadores M1, notebooks e nas relativamente conhecidas SmartTV´s, permitindo a um único chip gerenciar todos os diversos recursos do sistema.

Etapas na construção de uma solução SoC:

• A primeira etapa na confecção de um sistema em chip é ele possuir um processador em seu núcleo para definir suas funções. Habitualmente um SoC possui diversos núcleos de processador. Pode ser um processador de sinal, um microprocessador, um microcontrolador ou um processador contendo um conjunto específico de instruções.

• Em seguida lugar, o chip precisa conter suas próprias memórias para a realização de cálculos. Pode conter memória RAM, ROM e EEPROM ou até mesmo memória flash.
• A etapa seguinte nos requisitos para um SoC está em possuir interfaces externas, permitindo ajudar a cumprir os protocolos padrão de comunicação da indústria como conexões USB, Ethernet (rede) e HDMI (vídeo). Pode também ser incorporado a ele tecnologia sem fio integrando protocolos relativos a WiFi e Bluetooth.
• Indispensável ao projeto é a existência de uma GPU (Graphics Processing Unit – Unidade de Processamento Gráfico) para colaborar na projeção do ambiente de trabalho.
• Outras recursos interessantes em um SoC pode ser a inclusão de reguladores de tensão, relógios e temporizadores, conversores analógico para digital e digital para analógico, sistemas de controle de loop de bloqueio de fase e osciladores entre vários outros.
• Interface de Comunicação Interna (BUS) ou um adaptador de rede para conectar todos os blocos individuais

Resumidamente, os elementos integrados em uma solução SoC correspondem às funções que ele deverá desempenhar.

Apresentando as vantagens a adoção do SoC:

• De maneira geral temos como grandes benefícios na adoção de um dispositivo SoC: economia de energia, substancial redução de custos e espaço para sua implementação.

• Um dispositivo SoC é também muito mais eficiente como sistema, tendo seu desempenho por watt maximizado.

• Em dispositivos Soc a latência costuma ser reduzida, desde que os demais componentes sejam estrategicamente inseridos na placa-mãe, visando reduzir atrasos e interferências na interconexão, além de permitir a aceleração na transmissão de dados.

Pequeno comparativo entre CPU vs SoC:

O tempo onde a CPU era a parte mais importante e estratégica de todo um sistema computacional está cada vez mais no passado. Ela está gradativamente sendo reduzida a apenas uma parte da configuração onde, em última análise, resultará num sistema em um chip, isso pelo dispositivo SoC combinar as competências de uma CPU com diversos outros componentes essenciais para executar suas funções.

A crescente adoção de soluções SoC ao invés dos sistemas por CPU tem como razão possuir o dobro da capacidade e potência apesar de ter muitas semelhanças com uma placa-mãe convencional. Outra justificativa está na CPU permanecer dependente de diversos outros hardwares externos, enquanto um dispositivo SoC possui capacidade para tudo o que for adicionado mantendo as dimensões do seu chip. Comparando novamente com uma CPU, o SoC utiliza fiações mais curtas, consumindo menos energia, amplificando nitidamente sua eficiência energética. Como possível desvantagem do SoC em comparação a um sistema com CPU é, nele ser mais fácil a execução de reparos e atualizações. Permitindo facilmente a substituição ou inclusão de novos periféricos como memória RAM ou migrar de uma CPU para uma APU (CPU com GPU integrado), enquanto num dispositivo SoC, depois de fabricado, é tão complicado que torna praticamente impossível substituir e talvez até reparar seus componentes

Conclusão:

Surgindo de maneira menos pretensiosa que as CPU´s, os dispositivos SoC tem apresentado um crescimento para não exagerar, impressionante. Da mesma maneira que diversos outros componentes podem ser integrados sem perder, de fato até melhorar em alguns casos, sua eficiência e competência ao mesmo tempo que todo o aparelho pode ter suas dimensões reduzidas, em conjunto com sistemas operacionais otimizados para tarefas específicas, suas aplicações tem crescido ao ponto de começar a substituir sistemas por CPU, por aqui foi apresentado apenas uma pequena parcela do seu potencial e breve comparativo com as CPU´s tradicionais, acreditando colaborar no entendimento desse novo tipo de tecnologia.