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

Avec tant de discussions sur les chipsets M1 et smartphone d'Apple ces jours-ci, vous pourriez entendre parler des conceptions "System on a Chip" (SoC) qui y sont utilisées. Mais que sont les SoC et en quoi sont-ils différents des CPU et des microprocesseurs ? Nous allons expliquer.

Système sur puce : identification rapide

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

Un système basé sur une approche de puce contraste avec un ordinateur traditionnel avec une puce CPU, des puces de console séparées, un GPU et une RAM qui peuvent être remplacés, mis à niveau ou échangés si nécessaire. L'utilisation de SoC rend les ordinateurs plus petits, plus rapides, moins chers et moins énergivores.

Une brève histoire de l'intégration électronique

Depuis le début du XXe siècle, le développement de l'électronique a suivi une trajectoire prévisible en ce qui concerne deux directions principales : 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. Avec l'invention du circuit intégré (CI) en 1958, l'intégration combinait plusieurs composants électroniques en une seule pièce de silicium, permettant une miniaturisation supplémentaire.

 

Au fur et à mesure que cette miniaturisation de l'électronique a eu lieu au cours du 1972e 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 séparés, puis des groupes de circuits intégrés. En XNUMX, 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 un microprocesseur, les ordinateurs pourraient être plus petits et consommer moins d'énergie que jamais.

Insérez le microcontrôleur et le système sur une puce

En 1974, Texas Instruments a lancé le premier microcontrôleur, un type de microprocesseur avec RAM et périphériques d'E/S intégrés au CPU sur une seule puce. Au lieu d'avoir besoin de circuits intégrés séparés pour le CPU, la RAM, le contrôleur de mémoire, le contrôleur série, etc., tout peut être mis dans une seule puce pour les petites applications embarquées telles que les calculatrices de poche et les jeux électroniques.

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

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

Pourquoi utiliser un système sur puce ?

Placer un plus d'éléments du 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 énormément lorsque vous essayez de créer des smartphones, des tablettes et des ordinateurs portables toujours plus puissants qui utilisent moins de batterie.

Par exemple, Apple se targue de fabriquer des appareils informatiques compacts et performants. Au cours des 14 dernières années, Apple a utilisé des SoC dans ses gammes iPhone et iPad. Initialement, ils utilisaient des SoC basés sur ARM conçus par d'autres sociétés. En 2010, Apple a présenté pour la première fois le SoC A4, qui était le premier SoC pour iPhone conçu par Apple. Depuis lors, Apple a répliqué la série A de puces avec un grand succès. Les SoC aident les iPhones à utiliser moins d'énergie tout en les gardant petits et en maximisant tout le temps. D'autres fabricants de smartphones utilisent également des SoC.

Jusqu'à récemment, les SoC apparaissaient rarement dans les ordinateurs de bureau. En 2020, Apple a présenté le M1, le premier SoC pour les ordinateurs Mac de bureau et portables. Le M1 combine CPU, GPU, mémoire et plus dans un seul morceau de silicone. En 2021, Apple a amélioré le M1 avec le M1 Pro et le M1 Max. Ces trois puces offrent aux Mac des performances incroyables tout en économisant de l'énergie par rapport à l'architecture de microprocesseur traditionnelle que l'on trouve dans la plupart des PC.

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