SoC

Als System-on-a-Chip (kurz: SoC) wird die Kombination der wichtigsten oder aller Komponenten und Funktionen eines Systems auf einem einzigen Chip bezeichnet. Der Begriff “System” greift in diesem Zusammenhang weit und schließt sowohl in einem Chip vereinte Baugruppen (z.B. Bildsensor zuzüglich benötigter Steuer- und Auswertungselektronik bei einer Kamera) als auch auf einen einzigen Chip reduzierte, vollständige Computer-Systeme (z.B. Smartphones und Tablets) ein. Dieser hohe Integrationsgrad bietet Platz- und Kostenersparnis sowie verringerten Energieverbrauch, begünstigt durch vereinfachte Prozessor-Architekturen wie RISC oder MIPS. Hauptentwickler und -hersteller von SoC sind ARM, Qualcomm und Texas Instruments.

Hauptbestandteil des System-on-a-Chip ist der Hauptprozessor. Bei den derzeit angebotenen SoCs reicht das Angebot von sehr einfachen 8-Bit-CPUs bis zu rechenstarken Quadcore-Prozessoren. Häufig werden nach der CPU noch weitere Prozessoren, beispielsweise Grafik- oder Physikprozessoren aufgelötet. Direkter Partner der Prozessoren ist der Speicher: Dieser speichert Programme und Daten und dient auch als Arbeitsspeicher. Er wird in Form einer oder mehrere Speicherchips mit unterschiedlichen Aufgaben in das SoC integriert. Die internen Komponenten des Systems verbinden ein oder mehrere hierarchische oder segmentierte Busse: Der schnelle Systembus besorgt den Datenaustausch zwischen den wichtigsten Teilen (z.B. CPU, RAM, Cache), ein Peripheriebus bindet die langsameren Komponenten ein (USB-, Netzwerkcontroller). Der Steuerbus übernimmt schließlich mittels Taktgebern die Steuerung von Abläufen, Zugriffen und Status.

Neben Prozessoren, Speicher und Bus finden sich häufig weitere Komponenten in einem SoC: In Smartphones und Tablets übernehmen Audio-Prozessoren Dekodierung und Steuerung von Audiodaten und werden dabei häufig von speziellen Dekoderchips unterstützt. Diese spezialisieren sich auf einen oder mehrere Codecs (beispielsweise mp3, H.264 oder DivX) und können diese sehr schnell und energiesparend dekodieren. Da insbesondere bei Tablets und Smartphones oft Dekodierungsarbeiten solcher Art anfallen, lohnt die Integration der Dekoderhardware.

Die in puncto Energieeffizienz, Modularität und Platzbedürfnis gebotenen Vorteile von SoC kommen bei mobilen Anwendungen und Geräten besonders stark zum Tragen, daher befindet sich dieser Sektor derzeit stark im Aufschwung. In Bezug auf die weitere Entwicklung ist künftig wahrscheinlich mit einem weiteren Ausbau und Bedeutungsgewinn zu rechnen, die klassischen Mehrchip-Systeme hingegen werden weiter an Bedeutung verlieren.