Trong các cuộc thảo luận về chip M1 và điện thoại của Apple, bạn có thể nghe nói về thiết kế “hệ thống trên chip” (SoC) được sử dụng trong chúng. Nhưng SoC là gì, và chúng khác với CPU và bộ vi xử lý như thế nào? Chúng tôi sẽ giải thích.
Định nghĩa nhanh: Hệ thống trên chip – System on a Chip (SoC)?
Hệ thống trên chip hay còn gòi là System on a Chip – SoC: là một mạch tích hợp kết hợp nhiều yếu tố của hệ thống máy tính thành một chip duy nhất. SoC luôn bao gồm CPU, nhưng nó cũng có thể bao gồm RAM, bộ điều khiển ngoại vi (cho USB, bộ lưu trữ) và các thiết bị ngoại vi tiên tiến hơn như bộ xử lý đồ họa (GPU), mạch mạng nơ-ron chuyên dụng, modem radio (cho Bluetooth hoặc Wi- Fi)…
Hệ thống trên chip (SoC) sẽ khác với PC truyền thống khi CPU và chip điều khiển, GPU và RAM đều tách biệt từng phần và có thể được thay thế, nâng cấp hoặc hoán đổi cho nhau khi cần thiết. Tuy nhiên khi dùng SoC, tất cả sẽ gộp thành 1 và làm cho máy tính nhỏ hơn, nhanh hơn, rẻ hơn và ít tốn điện hơn.
Lược sử tích hợp điện tử
Kể từ đầu thế kỷ 20, sự phát triển của điện tử đã đi theo một con đường có thể dự đoán trước liên quan đến hai xu hướng chính: thu nhỏ và tích hợp. Quá trình thu nhỏ đã chứng kiến các thành phần điện tử riêng lẻ như tụ điện , điện trở và bóng bán dẫn nhỏ hơn theo thời gian. Và với việc phát minh ra mạch tích hợp (IC) vào năm 1958, sự tích hợp đã kết hợp nhiều thành phần điện tử vào một miếng silicon duy nhất, cho phép thu nhỏ hơn nữa.
Khi quá trình thu nhỏ thiết bị điện tử diễn ra từ thế kỷ 20, máy tính cũng trở nên nhỏ hơn. Các máy tính đầu tiên được làm bằng các thành phần rời rạc lớn như rơ le hoặc ống chân không. Sau đó, họ sử dụng các bóng bán dẫn rời rạc, sau đó là các nhóm mạch tích hợp. Năm 1972, Intel kết hợp các yếu tố của CPU thành một mạch tích hợp duy nhất, và bộ vi xử lý một chip thương mại đầu tiên ra đời. Với bộ vi xử lý, máy tính có thể nhỏ hơn và sử dụng ít năng lượng hơn bao giờ hết.
Tích hợp Bộ vi điều khiển và Hệ thống vào Chip
Năm 1974, Texas Instruments phát hành bộ vi điều khiển đầu tiên, đây là một loại bộ vi xử lý có RAM và các thiết bị I/O (nhập/xuất) được tích hợp với CPU trên một con chip duy nhất. Thay vì cần các IC riêng biệt cho CPU, RAM, bộ điều khiển bộ nhớ, bộ điều khiển nối tiếp, v.v., tất cả những thứ đó có thể được đặt vào một con chip duy nhất cho các ứng dụng nhúng nhỏ như máy tính bỏ túi và đồ chơi điện tử.
Hiện nay, việc sử dụng bộ vi xử lý với chip điều khiển riêng biệt, RAM và GPU đã tạo ra những máy tính cá nhân linh hoạt và mạnh mẽ nhất. Việc tích hợp các phần cứng vào 01 khiến cho việc xử lý dữ liệu lớn sẽ không hiệu quả, vì vậy phương pháp truyền thống sử dụng bộ vi xử lý với các chip hỗ trợ rời vẫn được duy trì.
Gần đây, xu hướng hướng tới điện thoại thông minh và máy tính bảng đã thúc đẩy sự tích hợp đi xa hơn cả vi xử lý hoặc vi điều khiển. Kết quả là hệ thống trên một con chip, có thể đóng gói nhiều yếu tố (GPU, modem di động, bộ tăng tốc AI, bộ điều khiển USB, giao diện mạng) cùng với CPU và bộ nhớ RAM thành một gói duy nhất. Đó là một bước nữa trong việc tiếp tục tích hợp và thu nhỏ các thiết bị điện tử có thể sẽ tiếp tục lâu dài trong tương lai.
Tại sao lại sử dụng hệ thống trên chip?
Việc đưa nhiều phần tử hơn của hệ thống máy tính vào một miếng silicon giúp giảm yêu cầu về điện năng, giảm chi phí, tăng hiệu suất và giảm kích thước vật lý. Tất cả những điều đó sẽ giúp ích rất nhiều khi cố gắng tạo ra những chiếc điện thoại thông minh, máy tính bảng và máy tính xách tay ngày càng mạnh mẽ hơn nhưng sử dụng ít pin hơn.
Câu hỏi thường gặp
SoC khác với CPU như thế nào?
CPU chỉ là một thành phần của SoC. SoC tích hợp nhiều thành phần khác nhau của hệ thống máy tính như RAM, GPU, bộ điều khiển ngoại vi, và nhiều hơn nữa, tất cả trên một chip duy nhất, trong khi CPU hoạt động độc lập.
Tại sao SoC lại được sử dụng trong điện thoại thông minh và máy tính bảng?
SoC giúp giảm tiêu thụ điện năng, chi phí sản xuất, tăng hiệu suất và giảm kích thước vật lý của thiết bị. Điều này rất quan trọng để tạo ra các thiết bị di động mạnh mẽ nhưng vẫn tiết kiệm pin.
SoC có ưu điểm gì so với hệ thống máy tính truyền thống?
SoC giúp máy tính nhỏ gọn, nhanh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và rẻ hơn so với hệ thống máy tính truyền thống sử dụng nhiều chip riêng biệt. Tuy nhiên, khả năng nâng cấp riêng lẻ các thành phần sẽ bị hạn chế.
