片上系统SoC正在走上前台

    ● 片上系统SoC正在走上前台

    片上系统（SoC：System-on-a-chip）指的是在单个芯片上集成一个完整的系统，对所有或部分必要的电子电路进行包分组的技术。所谓完整的系统一般包括中央处理器(CPU)、存储器、以及外围电路等。 SoC是与其它技术并行发展的，如绝缘硅（SOI），它可以提供增强的时钟频率，从而降低微芯片的功耗。

CPU已经踏上不断融合的SoC道路

    片上系统技术通常应用于小型的，日益复杂的客户电子设备。例如，声音检测设备的片上系统是在单个芯片上为所有用户提供包括音频接收端、模数转换器（ADC）、微处理器、必要的存储器以及输入输出逻辑控制等设备。此外系统芯片还应用于单芯片无线产品，诸如蓝牙设备，支持单芯片WLAN和蜂窝电话解决方案。20世纪90年代中期，因使用ASIC实现芯片组受到启发，萌生应该将完整计算机所有不同的功能块一次直接集成于一颗硅片上的想法，SoC概念逐渐明晰并开始为更多人所知。

    在这个领域，Intel还没有太多实际产品面市，但它已经拟定了自己的计划。媒体与分析人士认为，作为半导体界巨人的Intel从未涉足过SoC领域，SoC可能是英特尔公司长期技术策略最为新奇的组成部分，在某种程度上标志着英特尔公司的新航程。这是第一款把若干关键系统元器件集成到单一的、基于英特尔架构的处理器之中的企业级SoC产品家族。

SoC芯片示意图

    Intel最初计划的SoC处理器基于改良版的Pentium M核心，所以只是32-bit设计，不过作为嵌入式产品，64-bit支持也并不是必需的。Intel曾今展示的Tolapai计划频率600MHz、1GHz、1.2GHz，采用65nm工艺制造，集成1.48亿个晶体管，封装面积37.5×37.5mm，热设计功耗13-20W。Tolapai给业界最大的震撼莫过于集成了北桥和南桥，其中北桥拥有单通道64-bit DDR2内存控制器、四通道DMA控制器、18条PCI-E通道(一个x2、两个x4、两个x1)，南桥则支持两个USB、两个SATA、两个UART(通用异步串行收发接器)、37个GPIO(通用输入/输出)、Timer(定时器)、RTC(实时时钟)、WDT(看门狗定时器)等。我们可以想象，如果Tolapai处理器诞生在桌面应用领域，对芯片组厂商的打击会是致命的。

    从上边的规格里我们看不到以太网等，这是因为南桥内还有一块特殊区域“加速与输入输出联合”，支持三个千兆以太网、一个本地扩展总线、一个同步串口(SSP)、三个时分多路复用(TDM)、两个控制器局域网(CAN)。该区域兼容Intel的QuickAssist加速层，同时配备256KB SRAM缓存、随机数生成器、数字加密和签名算法硬件加速等安全特性。

Xscale内核示意图

    当然我们要看到，Intel在很久以前就已经研发出了Xscale架构的 SoC并作为自己的嵌入式方案大力推行。目前，在SoC这个新方向上，Intel在做不懈的改进。如上图，在整个芯片中Xscale内核只是一部分。

    由于SoC的特殊架构，芯片的互连总线再度成为Intel与AMD交手的重点。虽然在这方面AMD曾今走在前面，高效灵活的HyperTransport架构，让CPU扩展变得非常容易。但是Intel的CSI系统总线同样具备整合内存控制器等新特性，同时通过类似于HyperTransport的CSI总线，Nehalem也可在多路处理器并联运行的性能上较现FSB总线的处理器更为出色。

    CSI系统总线在某些方面，与AMD的HyperTransport几乎相同，但我们从两种总线诞生的目的上讲，这是很正常的。业界普遍认为，一旦英特尔赶上AMD的芯片通讯技术水平，它就可以更好的与AMD进行竞争，而现在Intel已经在内核和总线两个方面大幅度领先于AMD。

    并不是说Intel与AMD的参与使得SoC走上前台，而是SoC可预见的优秀前景使得Intel与AMD在调整自己的战略重心，并有意让SoC走得更远。由于空前绝后的高效集成性能，片上系统是替代集成电路的主要解决方案。SoC已经成为当前微电子芯片发展的必然趋势。