System-on-a-Chip

Unter System on Chip (SoC) oder Ein-Chip-System (bzw. Einchipsystem) versteht man die Integration aller oder eines großen Teils der Systemfunktionen auf einem Stück Silizium, auch monolithische Integration genannt. Eingesetzt werden SoCs üblicherweise in eingebetteten Systemen. Bei der im Deutschen oftmals verwendeten Bezeichnung System on Chip handelt es sich um einen Scheinanglizismus. Die korrekte englische Bezeichnung für ein Ein-Chip-System lautet System-on-a-chip.

Während Systeme ursprünglich aus einem Mikroprozessor- oder Mikrocontroller-IC und vielen anderen ICs bestanden, die auf einer Platine aufgelötet waren, geht heute der Trend dazu, alle Funktionen auf einem IC zu realisieren. Dabei werden digitale, analoge und mixed-signal Funktionseinheiten integriert. Vorteile sind vor allem Kosteneinsparung und Miniaturisierung. So ist heute beispielsweise bei Mobiltelefonen die digitale Funktion mit Ausnahme des Speichers auf einem IC realisiert. Die Schnittstelle beispielsweise zur Tastatur, zur SIM-Karte oder zum Display sind bereits auf diesem IC enthalten.

Komponenten

Die üblichen Komponenten eines SoCs sind:

• Prozessor
  • Register
  • ALU
• Grafikkern
• Audiokern
• Speicher
  • RAM
  • ROM, z. B. als Flash oder OTP
• Interne Einheiten
  • Zeitgeber
  • Zähler
  • Interruptcontroller
  • Watchdog
  • Debug-Schnittstellen, z. B. JTAG
  • Spezielle Recheneinheiten, wie z. B. in DSP-SoCs
  • Kryptographie
• Peripherie-Anschlüsse
  • Tastaturcontroller, z. B. für Matrix-Tastaturen, serielle Tastaturen oder Touchpads
  • Grafikschnittstellen, z. B. für LVDS, LCD, VGA, DVI, MPEG, HD/SDMI
  • Serielle Schnittstellen, z. B. USB, RS232, CAN-Bus
  • Parallele Schnittstellen, z. B. nach Centronics, Port-IO
  • Pulsweitenmodulation, z. B. für DC-DC-Wandler oder Motorsteuerung
  • Modulatoren, z. B. für GSM-Codierung, QAM, PSK
  • Weitere Schnittstellen, z. B. Ethernet MAC oder USB Cores
  • Analog-Digital Wandler

Entwurfsvorgang

In der Regel basieren Entwürfe für SoCs auf bereits vorhandener Intellectual Property, z. B. Makrozellen für den CPU-Kern oder einen Bluetooth-Controller. Je nach geplantem Einsatzgebiet fügt man eigene Komponenten hinzu und entscheidet sich für die vorteilhafteste On-Chip Busstruktur.

Einsatzgebiet

Eingesetzt werden SoCs vor allem im Mobilfunk, für Embedded Computer, Handhelds, Smartphones, PDAs, für MP3-Player, CD- und DVD-Geräte und überall dort wo es auf kleine Abmessungen bei hoher Leistung und vielfältigen Aufgaben ankommt. Es ist normal, dass solche Geräte auch abgesetzte Einheiten haben können, wie etwa eine Tastatur oder einen Bildschirm. Das wesentliche Merkmal ist jedoch der minimale innere Zusatzaufwand für Bauteile auf der oder den Leiterplatten, welche den Kern des Geräts ausmachen. SoCs sind vor allem aus Kostengründen, d. h. zur weiteren Kostensenkung bei Gerätepreisen oder überhaupt zur marktfähigen Realisierung von Geräten ein entscheidender Trend im beginnenden 21. Jahrhundert.

Hersteller

Am Markt finden sich zahlreiche Angebote für solche Halbleiter. Anbieter hierfür sind zum Beispiel:

• Motorola/Freescale mit diversen PowerPC Derivaten
• MIPS und Lizenznehmer wie etwa AMD mit der AU1000 Serie
• ARM und Intel mit der ARM-Architektur bzw. der Weiterentwicklung XScale
• MagicEyes mit diversen ARM Derivaten, unter anderem für den GP2X
• Infinoen Technologies