W poprzedniej części omówiliśmy czym jest procesor ARM oraz co odróżnia go od układów Intela. Dziś warto wprowadzić nowe pojęcie – SoC.
Czym jest SoC
Skrót SoC oznacza System-on-Chip. Jest to zestaw różnych układów (np. cyfrowych, analogowych i radiowych) zamknięty w jednym kawałku krzemu lub w przypadku bardziej skomplikowanych układów w jednej obudowie. Do zobrazowania tego przyda się uproszczony schemat płyty głównej komputera:
Warto tu wymienić następujące elementy:
- Procesor
- Układ graficzny
- Mostek północny zapewniający komunikację z pamięcią RAM, CPU, GPU i mostkiem południowym
- Mostek południowy integrujący magistralę USB, kartę sieciową, układ audio, kontroler pamięci masowej (w tym przypadku ATA) oraz magistralę kart rozszerzeń (PCI)
- Czytnik kart pamięci
- Modem
- Moduł WiFi
- Wyjścia dla przycisków i urządzeń wskazujących
- Kontroler aparatu (podłączony do magistrali USB)
- Moduł Bluetooth (podłączony do magistrali USB)
Po co to wymieniam? Otóż te elementy wchodzą w skład typowego SoC.
Analiza układu Allwinner A31s
Jako przykład wybrałem dość stary układ A31s firmy Allwinner. Chip ten był kierowany do tabletów i faktycznie tylko tam znalazł zastosowanie. Dlaczego? Otóż układy tej firmy słyną z ogromnego zapotrzebowania na prąd i wydzielania dużych ilości ciepła. W przypadku tanich tabletów takie wady można przemilczeć i sprzedać niedopracowany produkt. Problem ogromnego poboru prądu rozwiązano wprowadzając stan głębokiego uśpienia. Chwilę po zablokowaniu ekranu układ przechodzi w coś, co w laptopach nazywamy stanem wstrzymania. Wyłączane są wszystkie moduły łączności, zatrzymywana jest praca systemu operacyjnego, nie ma mowy nawet o posłuchaniu muzyki.
Układ ten został również okrojony z wszystkich możliwych modułów. Zaczynając od dołu widzimy, że chip nie został wyposażony w moduł GPS, jego podłączenie jest możliwe poprzez szynę UART. Idąc dalej widzimy kolejną szynę dla czujników. Nie zabrakło również złączy dla klawiatury (tak określane są fizyczne przyciski na obudowie tabletu), jest nawet złącze dla czujnika podczerwieni, przewidziano montaż tego układu w przystawkach do telewizorów.
W A31s znajdziemy kontroler audio. Przewiduje on wzmacniacz stereo klasy D, 3 mikrofony i gniazdo słuchawkowe. Widoczna jest wzmianka na temat możliwości ewentualnego podłączenia modemu, jednak nie jest znany mi żaden przypadek wykorzystania tej funkcji w tym układzie. Idąc dalej widzimy port USB1, pod który podłączony jest moduł WiFi. Tak, producent zasugerował zamontowanie modułu WiFi w ten oto sposób. Dalej widzimy wbudowane kontrolery pamięci NAND, RAM oraz kart pamięci. Producent przewidział jeszcze jedna szynę dla modułów łączności w postaci WiFi, BT, GPS i radia FM.
W układzie istnieją dwie szyny dla ekranów dotykowych – możliwe jest podłączenia digitizera pojemnościowego lub rezystancyjnego. Ta druga możliwość jest dość dziwna. Układ zaprezentowano w 2012 roku, obsługiwane były tylko 2 systemy – Android 4.2 (później także 4.4) oraz Windows 8, oba współpracowały jedynie z ekranami pojemnościowymi. Pojawiły się także 2 interfejsy dla wyświetlaczy – LVDS i MIPI DSI. Jest także trzecie wyjście wideo – port HDMI 1.4. Warto tu wspomnieć, że układ A31s został wyposażony w 8-rdzeniową grafikę SGX544. Teoretycznie jest ona w stanie przetwarzać wideo w rozdzielczości 4K. Przewidziano możliwość podłączenia dwóch kamer, podobno do 13 MPx. Procesor nie zajmuje się zasilaniem – od tego jest oddzielny, z góry określony układ AXP221. Według producenta umożliwia on ładowanie prądem do 2.2 A.
Skonfrontujmy to z rzeczywistością
Układ Allwinner A31s był wykorzystywany w tablecie GoClever Orion 70. Tablet ten był… taki sam jak masa innych, sprzedawanych w tamtym czasie chińskich tabletów. Sama ich konstrukcja jest warta własnego tekstu. Mimo wszystko dzięki temu urządzeniu możemy ocenić, w jakim stopniu zostały wykorzystane możliwości układu. A więc Orion 70 został wyposażony jedynie w:
- Akcelerometr
- Głośnik mono
- 1 mikrofon (często niedziałający)
- Gniazdo słuchawkowe
- WiFi
- USB OTG
- 8 GB NAND
- 1 GB RAM
- Gniazdo microSD
- Pojemnościowy digitizer
- micro HDMI
- Aparat 0,3 MPx
Na koniec pozostaje jeszcze jedna kwestia – jak zamontowany został moduł WiFi? Warto w tym celu przyjrzeć się płycie głównej:
Jak widać w płytę główną został wlutowany gotowy podzespół, z układem i innymi elementami SMD. Na jego krawędziach znajduje się 10 punktów lutowniczych, z czego tylko 6 zostało wykorzystanych. Na podstawie tego elementu nie można określić wykorzystywanej szyny komunikacyjnej. Postanowiłem zająć się samym układem – jest to Realtek RTL8188ETV. Szybko ustaliłem, że pozwala on na budowanie kart sieciowych WiFi, podłączanych do portu USB. A więc tak – producent poszedł na łatwiznę, wlutował do tabletu kartę WiFi USB i podłączył do niewyprowadzonego na zewnątrz portu USB.
Jak to wygląda w przypadku innych procesorów mobilnych?
Jako przykład wybrałem leciwy już i nietypowy układ Allwinnera. Nie jest to dobry wzór, jednak w przypadku nowszych procesorów znacznie trudniej jest znaleźć szczegółową dokumentację. W przypadku A31s wyciekła cała, zawierająca ponad 1000 stron dokumentacja techniczna. Można znaleźć tam wszystko, od dokładnego wyprowadzenia pinów, po tabele tłumaczące komunikaty procesora. Warto jednak porównać ten układ do najnowszego dzieła Qualcomma – Snapdragona 835. Różnice w wydajności są oczywiste, skupmy się jednak na możliwościach. Snapdragon 835 może pochwalić się zintegrowanym modemem LTE X16, WiFi obsługującym kompletnie nieznane mi standardy, Bluetooth 5.0, NFC itp. Krótko mówiąc ten mały układ integruje niemal wszystkie elementy typowej, komputerowej płyty głównej. Z tego powodu jakiekolwiek porównywanie mobilnych SoC do tradycyjnych procesorów jest nietrafione. Warto jednak wspomnieć o tym, że producenci mogą wyłączać niepotrzebne według nich elementy procesora. Czasami ze względu na oszczędności producenci procesorów decydują się obniżyć cenę układu, w przypadku gdy producent telefonu nie chce wykorzystać w pełni jego możliwości. Jednocześnie oznacza to brak opłaty patentowej za niewykorzystane technologie. Czasem wyłączenie funkcji jest związane z niewystarczającymi podzespołami telefonu, można tu zaliczyć np. brak wsparcia dla technologii Quick Charge.
Zobacz też: