SoC یا همان سیستم بر روی تراشه چیست و چه نقشی را در دستگاه‌های موبایلی برعهده دارد؟
اکثر کاربران امروزی این پیش‌فرض را دارند که گجت‌های گوناگون اطراف آن‌ها، کار خود را انجام داده و مشکل چندانی ندارند و بنابراین کسی به مسائل پایه‌ای و شیوه کار این دستگاه‌ها علاقه ندارد، مگر خوره‌ها و افراد متخصص. یکی از اصطلاحاتی که شاید زیاد شنیده باشید، ولی ندانید که دقیقا به چه معناست، SoC است که در این مطلب قصد داریم که به آن بپردازیم و به پاسخ سوال SoC چیست برسیم.
SoC یا همان سیستم بر روی تراشه یک تراشه کوچک و کارآمد بوده که قدرت پردازشی موردنیاز اکثر دستگاه‌های موبایلی پیرامون ما را فراهم می‌کند.
SoC چیست ؟
از آن جهت به SoC، سیستم روی تراشه می‌گویند که در آن چندین بخش پردازشی به‌صورت فشرده در کنار یکدیگر قرار گرفته و همگی بر روی یک تراشه تعبیه شده‌اند. SoCها بیشتر در زمینه تولید دستگاه‌های موبایلی کاربرد دارند، زیرا اندازه کوچکی داشته و همچنین کارایی انرژی بالایی نیز دارند.
از سال 1970، چندین شرکت سعی کردند که چندین قطعه را بر روی یک تراشه در کنار یکدیگر قرار داده تا قدرت موردنیاز ساعت‌های دیجیتال را فراهم کنند. اینتل در سال 1974 با تولید Microma Digital Watch موفق به انجام این کار شد و همین‌جا بود که اولین SoC واقعی تولید شد. این شرکت توانست که عملکردهای زمان‌سنجی و ترانزیستورهای درایور LCD را بر روی یک تراشه واحد قرار دهد.
SoCها به‌طور جدی در دهه 80 و 90 میلادی شروع به کار کردند. کامپیوترهای شخصی در دهه 80 میلادی محبوبیت پیدا کردند و همچنین نیاز بود که انرژی این دستگاه‌ها از طریق تراشه‌های کوچک‌تر تأمین شود. در دهه 90 میلادی، گوشی‌های همراه از SoCها استفاده کرده و همین جریان نیز امروزه در گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها، ادامه پیدا کرده است.
چه چیزی در داخل یک SoC قرار دارد؟
دستگاه‌های قابل حمل همانند گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها، نیاز است که جمع‌و‌جور باشند. به همین دلیل است که SoCها وجود دارند. تولیدکنندگان SoCها چندین سخت‌افزار را به‌صورت فشرده در کنار یکدیگر و بر روی یک تراشه تعبیه می‌کنند تا بدین ترتیب فضای کمتری اشغال شود. چنین رویه‌ای در قیاس با تعبیه پراکنده سخت‌افزارها بر روی مادربوردها، باعث می‌شود که فضای کمتری اشغال شده و همچنین سرعت انتقال اطلاعات نیز تاحدودی افزایش یابد.
واحد پردازش مرکزی (CPU)
یکی از قطعات اصلی موجود در یک سیستم روی تراشه یا همان SoC، واحد پردازش مرکزی یا همان CPU است. CPU را می‌توان مغز یک دستگاه به حساب آورد. این موضوع بدین دلیل است که CPU تمامی وظایف پردازشی اصلی را که به دستگاه خود محول می‌کنید، انجام می‌دهد. از این لحاظ CPU تا حد زیادی شبیه به مغز انسان است که اطلاعات دریافت شده از حواس پنجگانه را پردازش می‌کند. در واقع CPU نیز اطلاعاتی را که از حافظه رم و کش دریافت کرده، پردازش می‌کند.
واحد پردازش گرافیکی (GPU)
GPU موجود در یک SoC همانند CPU است، اما با این تفاوت که کارهای متفاوتی را انجام می‌دهد. CPU می‌تواند همه‌چیز از کد گرفته تا موارد گرافیکی را پردازش کند، اما انجام همه این کارها با هم، کمی دشوار است. جهت سبک کردن کار CPUها، واحد پردازش گرافیکی وظیفه مربوط به پردازش اطلاعات گرافیکی را برعهده گرفته است. GPU در واقع هر چیزی را که بر روی نمایشگر مشاهده می‌کنید، پردازش می‌کند.
رم
واژه رم، خلاصه شده حافظه دسترسی تصادفی است. در حافظه رم، داده‌های موردنیاز جهت پردازش، نگهداری می‌شوند. زمانی کامپیوترها مجبور بودند که به‌صورت مستقیم و از طریق حافظه‌های ذخیره‌سازی دائمی، به اطلاعات دسترسی پیدا کنند، اما طبیعتا این کار باعث کند شدن فرایند پردازش می‌شد.
در ادامه، حافظه‌های رم توانستند که این مشکل را حل کنند. این قضیه بدین دلیل است که سرعت نوشتن و خواندن رم حتی در قیاس با حافظه‌های SSD نیز بسیار سریع‌تر است. بنابراین به محض اینکه اطلاعات موردنیاز وارد حافظه رم شد، آنگاه واحد پردازش مرکزی می‌تواند داده‌های موردنیاز خود را سریعا فراخوانی و پردازش کند.
این مطلب را نیز بخوانید: پردازنده‌های CISC و RISC چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟
به‌عنوان مثال بیایید فرض کنیم که می‌خواهید یک اپلیکیشن را باز کنید. این اپلیکیشن بر روی هارد دیسک شما ذخیره شده است. پس از اجرای اپلیکیشن، فایل‌های آن از هارد دیسک به حافظه رم منتقل می‌شوند تا CPU بتواند به آن‌ها دسترسی پیدا کند. بسته به اینکه در یک اپلیکیشن چه اتفاقی می‌افتد، CPU سریعا می‌تواند به داده‌های موردنظر خود دسترسی پیدا کرده و بنابراین امور را به‌خوبی مدیریت کند. CPU داده‌هایی را که فکر می‌کند شما از آن‌ها استفاده می‌کنید، در داخل حافظه رم قرار داده تا فرایند فراخوانی آن‌ها، سرعت بیشتری به خود بگیرد.
کش
هر چند که رم یک نوع حافظه است که سرعت بسیار بالایی دارد، اما باید بگوییم که نوعی دیگر از حافظه وجود داشته که سرعت آن از رم هم بالاتر است و آن، کش CPU نام دارد. حافظه رم، اطلاعات موردنیاز CPU را در خود نگهداری می‌کند، اما اگر از اطلاعات خاصی به‌صورت مکرر استفاده شود، آنگاه این اطلاعات به کش منتقل می‌شوند. کش می‌تواند با سرعت بیشتری نسبت به رم، اطلاعات را به CPU ارسال کند.
مثلا فرض کنید که در یک بازه زمانی کوتاه، چند بار یک برنامه مشخص را اجرا کنید. در این صورت سیستم آن برنامه را به حافظه کش منتقل کرده تا در دفعات بعدی، سریع‌تر بارگذاری شود. وب‌سایت‌ها نیز در حافظه کش ذخیره شده تا دفعه بعد سریع‌تر بارگذاری شوند.
مودم‌های سیگنال
شاید عجیب به نظر برسد، اما مودم‌های سیگنال نیز در داخل SoCها قرار داده می‌شوند. وظیفه مودم‌های سیگنال این است که سیگنال‌های الکترومغناطیسی را به سیگنال‌های دیجیتال تبدیل کرده تا دستگاه موبایلی شما بتواند آن‌ها را بفهمد. همچنین هنگامی که عکس این فرایند نیز صورت بگیرد و داده‌ها از گوشی شما به سرورها ارسال شوند، آنگاه بازهم مودم وظیفه تبدیل سیگنال‌ها را برعهده خواهد گرفت.
واحد پردازش تصویر (IPU)
IPU وظیفه پردازش داده‌هایی را که از دوربین به دست می‌آیند، برعهده دارد. هنگامی‌که نور به حسگر دوربین برخورد می‌کند، آنگاه به سیگنال‌های دیجیتال تبدیل شده و به SoC ارسال می‌شود. در ادامه این اطلاعات توسط IPU پردازش شده و در عین حال نیز CPU می‌تواند به وظایف دیگر برسد.
رمزگذار ویدیو
اگر اطلاعات ویدیویی را بر روی دستگاه خود داشته باشید، آنگاه جهت مشاهده آن‌ها، باید این اطلاعات به سیگنال‌های آنالوگ تبدیل شوند. وظیفه رمزگذار ویدیو این است که سیگنال‌های دیجیتال را گرفته و سپس آن‌ها را به سیگنال‌های آنالوگ (الکتریکی خام) تبدیل کند. در ادامه سیگنال الکتریکی در نمایشگر گوشی شما به نور تبدیل می‌شود.
این مطلب را نیز بخوانید: چه مقدار حافظه رم برای یک گوشی هوشمند کافی است؟
بسته به دستگاه شما، SoC می‌تواند اجزاهای مختلفی داشته باشد. به‌عنوان مثال، برخی از SoCها حافظه رم یکپارچه ندارند. برخی دیگر هستند که بخشی تحت عنوان NPU دارند. NPU مخفف واحد پردازش عصبی بوده و وظایف مربوط به هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی را برعهده می‌گیرد.
آینده SoCها
SoCها بیشتر در دستگاه‌های موبایلی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما باید بگوییم که در آستانه انقلابی در فناوری این تراشه‌ها هستیم و آن این است که SoCها، قدرت پردازشی کامپیوترهای دسکتاپی را نیز فراهم کنند. SoCها در حال رسیدن به نقطه‌ای هستند که بتوانند نرم‌افزارهای دسکتاپی را نیز به‌خوبی اجرا کنند. نمونه این کار، تراشه M1 شرکت اپل بوده که یک SoC مبتنی بر ARM است و توان پردازشی برخی از جدیدترین مک‌بوک‌ها را تأمین می‌کند.
در رابطه با استفاده از سیستم روی تراشه ها جهت تأمین توان پردازشی کامپیوترها، مزایایی وجود دارد. علاوه بر صرفه‌جویی در استفاده از فضا، هنگامی هم که بحث بر سر کارایی انرژی باشد، آنگاه SoCها می‌توانند عملکرد خوبی را از خود به نمایش بگذارند. تراشه‌های کوچک به‌صورت کلی انرژی کمتری را مصرف می‌کنند و همین قضیه می‌تواند باعث افزایش عمر باتری لپ‌تاپ‌ها شود.
همچنین باید بگوییم که دمای SoCها به اندازه پردازنده‌های بزرگ، بالا نمی‌رود. به همین دلیل استفاده از دستگاه‌های قابل حمل همانند لپ‌تاپ‌ها می‌تواند راحت‌تر باشد و کاربر را کمتر اذیت کند. بدین ترتیب احتیاج کمتری هم به فن‌ها وجود خواهد داشت. بدین دلیل در کنسول‌ها و کامپیوترها از فن استفاده می‌شود تا گرمای حاصل از فعالیت پردازنده‌ها، به دور رانده شده و در نتیجه درجه حرارت سخت‌افزارها پایین بیاید. بنابراین اگر بتوانیم که فن‌ها را حذف کنیم، آنگاه هم فضای بیشتری در اختیار خواهیم داشت و هم اینکه می‌توانیم در مصرف انرژی صرفه‌جویی کنیم.
سخن پایانی
امروزه بسیاری از مردم، کارهای خود را از طریق دستگاه‌هایی انجام می‌دهند که از سیستم روی تراشه استفاده می‌کنند. تمام کارهایی که ما بر روی گوشی و یا تبلت خود انجام می‌دهیم، توسط تراشه‌هایی انجام می‌شود که از یک سکه هم کوچک‌تر هستند. در آینده نیز SoCهای بیشتری را می‌بینیم که امور پردازشی کامپیوترهای دسکتاپی را انجام می‌دهند. در نهایت باید بگوییم که این تراشه‌ها به ما نشان دادند که می‌توان کارهای بزرگ را به‌وسیله تراشه‌های کوچک‌تر نیز انجام داد.
نوشته SoC یا همان سیستم بر روی تراشه چیست و چه نقشی را در دستگاه‌های موبایلی برعهده دارد؟ اولین بار در اخبار فناوری و موبایل پدیدار شد.