¿Qué es un sistema en un chip (SoC)?

Una foto de un microchip de computadora
raigvi/Shutterstock.com

Con tanta conversación sobre el M1 de Apple y los chips para teléfonos inteligentes en estos días, es posible que escuche sobre los diseños de «sistema en un chip» (SoC) que se utilizan en ellos. Pero, ¿qué son los SoC y en qué se diferencian de las CPU y los microprocesadores? Te lo explicamos.

Sistema en un chip: la definición rápida

Un sistema en un chip es un circuito integrado que combina muchos elementos de un sistema informático en un solo chip. Un SoC siempre incluye una CPU, pero también puede incluir memoria del sistema, controladores de periféricos (para USB, almacenamiento) y periféricos más avanzados, como unidades de procesamiento de gráficos (GPU), circuitos de redes neuronales especializados, módems de radio (para Bluetooth o Wi-Fi). Fi), y más.

Un sistema en un enfoque de chip contrasta con una PC tradicional con un chip de CPU y chips de controlador separados, una GPU y RAM que se pueden reemplazar, actualizar o intercambiar según sea necesario. El uso de SoC hace que las computadoras sean más pequeñas, más rápidas, más baratas y que consumen menos energía.

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Una breve historia de la integración electrónica

Desde principios del siglo XX, la progresión de la electrónica ha seguido un camino predecible con respecto a dos tendencias principales: la miniaturización y la integración. La miniaturización ha visto componentes electrónicos individuales como condensadores, resistenciasy transistores hacerse más pequeño con el tiempo. Y con la invención del circuito integrado (IC) en 1958, la integración ha combinado múltiples componentes electrónicos en una sola pieza de silicio, lo que permite una miniaturización aún mayor.

El anuncio original de Intel 4004 de 1971
Los microprocesadores integran elementos de una CPU en un solo chip. Intel

A medida que esta miniaturización de la electrónica tuvo lugar durante el siglo XX, las computadoras también se hicieron más pequeñas. Las primeras computadoras digitales estaban hechas de grandes componentes discretos, como relés o tubos de vacío. Más tarde, usaron transistores discretos, luego grupos de circuitos integrados. En 1972, Intel combinó los elementos de una unidad central de procesamiento (CPU) de computadora en un solo circuito integrado, y nació el primer microprocesador comercial de un solo chip. Con el microprocesador, las computadoras podrían ser más pequeñas y usar menos energía que nunca.

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Ingrese el microcontrolador y el sistema en un chip

En 1974, Texas Instruments lanzó el primer microcontrolador, que es un tipo de microprocesador con RAM y dispositivos de E/S integrados con una CPU en un solo chip. En lugar de necesitar circuitos integrados separados para una CPU, RAM, controlador de memoria, controlador serial y más, todo eso podría colocarse en un solo chip para pequeñas aplicaciones integradas como calculadoras de bolsillo y juguetes electrónicos.

El juguete Milton Bradley Simon usaba un microcontrolador TMS1000.
El microcontrolador TMS1000 hizo posible a Simon (1979) Milton Bradley

A lo largo de la mayor parte de la era de la PC, el uso de un microprocesador con chips controladores separados, RAM y hardware de gráficos resultó en las computadoras personales más flexibles y potentes. Los microcontroladores generalmente eran demasiado limitados para ser buenos para tareas informáticas generales, por lo que se mantuvo el método tradicional de usar microprocesadores con chips de soporte discretos.

Recientemente, el impulso hacia los teléfonos inteligentes y las tabletas ha llevado la integración incluso más allá de los microprocesadores o los microcontroladores. El resultado es el sistema en un chip, que puede empaquetar muchos elementos de un sistema informático moderno (GPU, módem celular, aceleradores de IA, controlador USB, interfaz de red) junto con la CPU y la memoria del sistema en un solo paquete. Es un paso más en la continua integración y miniaturización de la electrónica que probablemente continuará en el futuro.

¿Por qué usar un sistema en un chip?

Poner más elementos de un sistema informático en una sola pieza de silicio reduce los requisitos de energía, reduce los costos, aumenta el rendimiento y reduce el tamaño físico. Todo eso ayuda dramáticamente cuando se trata de crear teléfonos inteligentes, tabletas y computadoras portátiles cada vez más potentes que usan menos batería.

Cinco iPhones de Apple con iOS 14.

Por ejemplo, Apple se enorgullece de fabricar dispositivos informáticos compactos y capaces. Durante los últimos 14 años, Apple ha utilizado SoC en sus líneas de iPhone y iPad. Al principio, usaban SoC basados ​​en ARM diseñados por otras empresas. En 2010, Apple presentó el SoC A4, que fue el primer iPhone SoC diseñado por Apple. Desde entonces, Apple ha iterado su serie A de chips con gran éxito. Los SoC ayudan a los iPhone a usar menos energía mientras se mantienen compactos y se vuelven más capaces todo el tiempo. Otros fabricantes de teléfonos inteligentes también usan SoC.

Hasta hace poco, los SoC rara vez aparecía en computadoras de escritorio. En 2020, Apple presentó el M1, su primer SoC para Mac de escritorio y portátiles. El M1 combina una CPU, GPU, memoria y más en una sola pieza de silicio. En 2021, Apple mejoró el M1 con el M1 Pro y el M1 Max. Estos tres chips brindan a las Mac un rendimiento impresionante mientras consumen energía en relación con la arquitectura tradicional de microprocesador discreto que se encuentra en la mayoría de las PC.

Los chips Apple M1, M1 Pro y M1 Max en paralelo
El silicio dentro de los SoC Apple M1, M1 Pro y M1 Max. Manzana

La Raspberry Pi 4, una popular computadora para aficionados, también usa un sistema en un chip (un Broadcom BCM2711) por sus funciones principales, lo que mantiene bajo el costo del dispositivo (alrededor de $ 35) mientras proporciona mucha energía. El futuro es brillante para los SoC, que continúan la tradición de integración y miniaturización de la electrónica que comenzó hace más de un siglo. ¡Tiempos emocionantes por delante!

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