Teknoloji dünyasında ucu bucağı olmayan sayısız farklı terim var. Bunlardan bazılarını çok nadir duysak da bazıları sürekli karşımıza çıkıyor. System-on-Chip (SoC) de bunlardan biri.

Kullandığımız cihazların içinde küçük veya büyük çipler var, evet. Ancak pek çok kullanıcı bu cihazlara hayat veren işlemcileri, küçük veya büyük yongaların detayını bilmiyor. Kullandığımız birçok cihaz, SoC şeklinde kısalttığımız sistemler tarafından desteklenmekte.

Bu küçük ve güç tasarruflu çipler, bugün akıllı telefonlardan tabletlere kadar kullandığımız çoğu mobil cihaza güç sağlıyor. Bu yazımızda SoC teknolojilerini en basit şekilde açıklamaya çalışacağız.

SoC Nedir?

Birden fazla elektronik sistemi tek bir çipe entegre etmek için tek bir çipte çözüm sağlayan SoC, modern elektroniğin önemli bir etkeni. Çip üzerinde sistem dediğimizde aslında tek bir parça halindeki yonga bütününden, diğer bir tabirle işlemciden bahsediyoruz. Ancak bu entegre devrenin içerisinde işlemci (CPU), grafik işleme birimi (entegre GPU), mikrokontrolcü, çevresel kontrolcüler (USB, depolama için), bellek, giriş/çıkış (I/O) bağlantı noktaları, özel sinir ağı devresi ve radyo modemleri (Bluetooth veya Wi-Fi için) gibi birçok ayrı bileşen yer alabilir.

Başka bir deyişle, SoC dediğimiz işlemle bunların hepsi tek bir tabakada tutuluyor. Tüm bu bileşenlerin tek bir alt tabaka üzerinde bulunması, SoC’lerin daha az güç kullanması ve çok çipli muadillerine göre daha az yer kaplamasına olanak sağlıyor. SoC’ler Nesnelerin İnterneti (Internet of Things-IoT) ve mobil bilişimin büyümesiyle giderek daha popüler hale geliyor.

İşlemci çipin “beynidir”, talimatları yürütmekten ve hesaplamaları yapmaktan sorumludur. Bellek, işlemcinin erişmesi için verileri ve talimatları depolar. Giriş/çıkış arabirimleri çipin sensörler, ekranlar veya diğer çipler gibi diğer bileşenler veya cihazlarla iletişim kurmasını sağlar. Grafikler bildiğiniz gibi görüntü çıkışından sorumlu. Modemler Wi-Fi ve Bluetooth bağlantılarını yönetiyor. İşte tüm bu işlevlerin yekpare küçük bir yongada yapıldığını düşünün.

Özetleyecek olursak SoC, bilgisayarın veya diğer elektronik sistemin gerekli tüm bileşenlerini tek bir çip üzerine entegre eden bir mikroçip türünü ifade ediyor. Kullanım alanı ise oldukça yaygın. Her şeyi bir arada toplayan bu sistemler başta akıllı telefonlar, tabletler, IoT cihazlar olmak üzere Nintendo Switch, PlayStation ve Xbox gibi konsollar, Raspberry Pi bilgisayarlar, Arduino kartları ve STEM kitleri gibi birçok cihazda kendine yer buluyor. Ayrıca SoC türünde işlemcilere sahip dizüstü bilgisayarların sayısı da her geçen dün artıyor.

SoC’nin Avantajı Ne?

Bir SoC’nin en önemli avantajı kompakt boyutu ve verimliliğidir. Birden fazla bileşenin tek bir çip üzerine entegre edilmesiyle ortaya çıkan cihaz, ayrı bileşenlere sahip geleneksel bir devre kartından çok daha küçük olabilir ve daha az güç tüketebilir.

Bunun aksine, geleneksel devre kartları genellikle ayrı işlemciler, bellek yongaları ve giriş/çıkış arayüzleri gibi kablolama veya başka yollarla fiziksel olarak bağlanması gereken birden fazla bileşen gerektirir. Bu da ortaya çıkan cihazı daha büyük, daha az verimli ve hata/arızalara daha yatkın hale getirebilir.

Genel olarak SoC’ler, elektronik cihazların tasarlanma ve üretilme şeklini dönüştüren güçlü ve çok yönlü bir teknoloji. Birden fazla bileşen tek bir çip üzerine entegre edildiğinde yalnızca alan küçülmüyor, aslında teknoloji dünyası daha fazla inovasyona teşvik ediliyor. Mühendisler elektronik dünyasında mümkün olanın sınırlarını zorlamaya devam ediyor.

SoC Nasıl Çalışır?

Peki, bir SoC nasıl çalışır? Bir kullanıcı cihazında bir komut başlattığında, SoC’deki işlemci komutu okur ve ilgili görevi yerine getirir. Bellek bileşeni verileri ve programları depolar ve işlemcinin gerektiğinde bunlara erişmesini sağlar. Giriş/çıkış arayüzleri SoC’yi diğer cihazlara veya ağlara bağlayarak veri aktarımını ve iletişimi mümkün kılar.

Bir SoC’nin üretimi, tasarım, doğrulama ve test dahil olmak üzere birçok farklı aşamayı içeriyor. Her aşama, nihai ürünün güvenilir olmasını ve optimum performans göstermesini sağlamak açısından kritik öneme sahip.

IoT cihazlarının artan popülaritesi ile SoC’lerin önemi önemli ölçüde arttı. IoT cihazlarının küçük, düşük güçlü ve uygun maliyetli bileşenlere ihtiyaç duyması SoC’leri mükemmel bir seçim haline getiriyor. SoC’ler, gerekli tüm bileşenleri tek bir küçük çipe entegre ederek IoT cihazlarının boyutunu ve maliyetini azaltırken performanslarını ve güç verimliliklerini artırıyor.

Elektronik Entegrasyonun Kısa Tarihçesi

20. yüzyılın başlarından bu yana elektroniğin ilerlemesi iki ana eğilim açısından öngörülebilir bir yol izlemiştir: minyatürleştirme ve entegrasyon. Minyatürleştirme, kapasitörler, dirençler ve transistörler gibi bireysel elektronik bileşenlerin zaman içinde küçülmesini sağladı. 1958’de entegre devrenin (IC) icadıyla birlikte entegrasyon, birden fazla elektronik bileşeni tek bir silikon parçası üzerinde birleştirerek daha da fazla minyatürleştirmeye olanak sağladı.

Elektroniğin bu minyatürleşmesi 20. yüzyıl boyunca gerçekleştikçe bilgisayarlar da küçüldü. İlk dijital bilgisayarlar röleler ya da vakum tüpleri gibi büyük ayrık bileşenlerden oluşuyordu. Daha sonra ayrık transistörler, ardından da entegre devre grupları kullanıldı. 1972 yılında Intel, bir bilgisayarın merkezi işlem biriminin (CPU) unsurlarını tek bir entegre devrede birleştirdi ve ilk ticari, tek çipli mikroişlemci doğdu. Mikroişlemci ile bilgisayarlar daha küçük olabilir ve daha önce hiç olmadığı kadar az güç kullanabilir hale geldi.

Mikrolontrolcüler ve Çip Üzerinde Sistemler

1974 yılında Texas Instruments, RAM ve I/O aygıtlarının CPU ile tek bir çip üzerine entegre edildiği bir mikroişlemci türü olan ilk mikrokontrolcüyü piyasaya sürdü. CPU, RAM, bellek kontrolcüsü, seri kontrolcü ve daha fazlası için ayrı IC’lere ihtiyaç duymak yerine, bunların tümü cep hesap makineleri ve elektronik oyuncaklar gibi küçük gömülü uygulamalar için tek bir çipe yerleştirilebilir hale geldi.

PC tarihinde ayrı kontrolcüleri olan yongalar, RAM ve grafik birimlerine sahip sistemler kullanmak her zaman esneklik sağlamış ve güçlü kişisel bilgisayarları ortaya çıkarmıştır. Mikrokontrolcüler genel bilgi işlem görevleri için iyi olamayacak kadar sınırlıydı, bu nedenle mikroişlemcileri ayrı destekleyici çiplerle kullanma geleneksel yöntemi devam etti.

Son zamanlarda akıllı telefonlara, tabletlere ve taşınabilir bilgisayarlara olan rağbet arttıkça yönelim entegrasyonu mikroişlemcilerden veya mikrokontrolcülerden daha da ileri götürdü. Sonuç olarak, artık çip üzerinde sistemler CPU ve sistem belleğinin yanı sıra birçok modern bilgisayar bileşenini bir araya getirecek düzeyde.