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Esto es todo lo que incluye un SoC móvil en 2014

Esto es todo lo que incluye un SoC móvil en 2014
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El SoC, del inglés System on Chip, se ha convertido en protagonista principal del panorama tecnológico actual. Se trata de un componente hardware común en nuestros smartphones y tablets, y disponible también en muchos otros equipos: portátiles y sobremesas, set-top-boxes u otros dispositivos de la informática moderna.

Un SoC permite integrar múltiples componentes dentro de un mismo chip electrónico. Lo que en muchas ocasiones está disperso en diferentes circuitos y módulos a lo largo de una placa electrónica, está contenido en el SoC, que consigue embeber toda esta tecnología bajo un elemento de pequeñas dimensiones. Miniaturización que permite ahorrar costes y espacio, además de proporcionar un rendimiento que en los últimos años está creciendo de forma considerable. Hoy profundizaremos en el mundo de los SoC para entender la razón de su éxito tanto de presente como previsto de cara al futuro.

Todo en uno, uno para todo: así es el SoC

Un SoC es un chip electrónico que encapsula varios componentes en su interior. A primera vista tiene aspecto de un único microchip, ya que los fabricantes utilizan una tapa -- generalmente metálica -- para proteger la integridad de los componentes internos.

La magia está en el interior, claro. Dentro de un SoC solemos encontrarnos los principales componentes relacionados con el procesamiento de datos, como pueden ser los siguientes:

  • CPU
  • GPU
  • Memorias (RAM/ROM)
  • Controladores (del sistema, de memoria, de datos, programadores)
  • Chips de gestión de interfaces (USB, microSD, Lightning)
  • Conectividad (WiFi, móvil)
  • Otros circuitos (de gestión de energía, sistemas de regulación, relojes, cámara)
Qualcomm Snapdragon 801 diagram
Diagrama del SoC Snapdragon 801 de Qualcomm, con sus características técnicas

Dependiendo de la naturaleza del SoC y su finalidad podremos tener todos estos componentes descritos aquí arriba, o bien algunos otros. Existen multitud de SoC orientados a diferentes plataformas y, por ello, con una amplia variedad de características disponibles. Por ejemplo el Snapdragon 801 arriba mencionado tiene una arquitectura ARM con transistores de 28 nanómetros, GPU Adreno 330, núcleos Krait 400 e ISA ARMv7 que ofrece interfaces para LPDDR3, LTE y WiFi 801.11ac, USB 3.0 y cámaras de hasta 21 megapíxeles, entre otras.

Qualcomm Snapdragon 801

De todo el mercado también hay mucha información de los SoC de Apple, diseñados por la marca americana y generalmente analizados hasta el más mínimo detalle. Por ejemplo el que tenéis aquí abajo es el Apple A6, el utilizado en el iPhone 5 de 2012 y que analizaron en profundidad en AnandTech citando un genial trabajo de TechInsights y también de ChipWorks.

Apple A6 SoC

Visto así puede parecer una imagen algo densa. Los lectores más avezados sabrán diferenciar las diferentes partes, los 'módulos' que se representan en la siguiente captura:

Apple A6 SoC

Donde únicamente se resaltan los núcleos ARM y los tres núcleos gráficos disponibles en el Apple A6. Pero hay más pequeños componentes, claro, tal y como muestra esta otra imagen que también muestra el mismo SoC, pero rotado 90 grados en dirección contraria a las agujas del reloj:

Apple A6 SoC

Como referencia, toda la electrónica del Apple A6 está contenida en unos 97 milímetros cuadrados, aproximadamente un cuadrado de lado 9,85 milímetros. El más reciente Apple A7 es ligeramente mayor (102 milímetros cuadrados, 10,1x10,1 milímetros) y en él cambian bastantes cosas a nivel de arquitectura y colocación de cada componente, tal y como sacaron a la luz los chicos de ChipWorks a los pocos días del lanzamiento del 5S:

Apple A7 SoC

Todas estas imágenes suelen ser tomadas con maquinaria muy específica, como sistemas de rayos X o microscopios electrónicos.

El por qué de los SoC

La industria y los usuarios cada vez buscamos dispositivos de menores dimensiones. La miniaturización de la que nos hemos hecho eco en muchas ocasiones es una prioridad para los fabricantes y ampliamente demandada por la comunidad: dispositivos cada vez más pequeños y sobre todo ligeros o con mayores baterías.

Esta obligación para la industria tiene como respuesta el SoC: tendremos todos los componentes en un único chip de unos pocos milímetros, del tamaño de una uña. Cuanto más metamos en menos espacio, mejor, siempre sin olvidar la existencia de ciertos requisitos técnicos.

Intel Atom
Este era el tamaño de un Intel Atom... en 2010

Evidentemente no todos los componentes están dentro del SoC, ya que existen limitaciones tanto de espacio (siempre finito, y cuando más reducido mejor) como técnicas (algunos chips 'secundarios' se distribuyen a lo largo de la placa para dejar espacio en el SoC a otros esenciales). En general se puede decir que todo aquel componente que tenga que ver con la ejecución y el procesamiento de datos estará dentro del SoC por una cuestión de eficiencia, pensando de cara al propio rendimiento: cuanto más cerca estén las diferentes unidades de proceso (CPU, GPU), las de almacenamiento (RAM) y los controladores de todas ellas, mejor integración existirá en el conjunto.

Un SoC es un chip en el que se encapsulan múltiples pequeños subcomponentes, que ya tratamos unos párrafos atrás. Evidentemente el uso de SoC tiene una serie de implicaciones positivas, pero también algunos puntos desfavorables que por supuesto han de ser tenidos en cuenta.

El uso de un SoC tiene una serie de implicaciones positivas, pero también algunos puntos desfavorables que por supuesto han de ser tenidos en cuenta

Como puntos positivos no sólo tenemos a la miniaturización y reducción del espacio, algo esencial en el mercado actual. Dentro de un SoC existe uno de los mejores canales de comunicación entre todos los chips, pues no se depende de interfaces externas u otros circuitos. El SoC está diseñado como 'un todo', como un conjunto de componentes para lograr la máxima eficiencia posible en todos ellos. Como mencionamos anteriormente, los componentes de un SoC se enfocan típicamente al procesamiento de información.

Por otro lado, esa miniaturización de espacio no ha de ser tenida en cuenta como algo individual, que sólo afecte al propio SoC. Si reducimos el tamaño del chip estaremos liberando espacio para que otros componentes puedan ocuparlo (por ejemplo hacer la batería más grande, y con esto ofrecer una autonomía mayor) o para reducir el tamaño general del dispositivo (acortando las dimensiones físicas).

Apple A7
Parte de la electrónica de un iPhone 5S con el SoC A7 (vía iFixit)

En el lado contrario, los SoC también tienen algunos puntos negativos importantes, que incluso pueden llegar a ser esenciales para muchos usuarios.

Que todos los componentes del SoC estén encapsulados en un único chip tiene una implicación relacionada con el calor: todo circuito electrónico por el que pasa electricidad genera un calor, y si todos los componentes se encuentran en un espacio cerrado y de pequeñas dimensiones será superior a si tuviésemos los elementos por separado. Esto limita el rendimiento (no se podrán utilizar altos voltajes o intensidades para subir los relojes de los núcleos) ya que en caso de un uso intensivo podría dañarse físicamente alguno de los componentes.

Otro punto muy importante es que el SoC va generalmente soldado a la placa, al contrario que muchos otros procesadores (en formato socket, como los de los ordenadores de sobremesa), y de esta forma es muy difícil reemplazarlos en caso de algún tipo de fallo o error. La escalabilidad con los sistemas que utilizan SoC es muy reducida, exigiendo cambiar la placa entera y con ella -- en muchos casos -- el dispositivo al completo, elevando enormemente los costes.

El futuro tiende al SoC

A pesar de que los SoC no gustan en muchos ámbitos, el futuro tienda al SoC.

En los 90 y en los primeros años del nuevo siglo nos acostumbramos a disponer de procesadores reemplazables en nuestros equipos de sobremesa, donde el espacio no era un aspecto vital: todos los sobremesas eran de grandes dimensiones, de forma que los formatos se estuvieron manteniendo durante años. Algo parecido ocurrió con los primeros portátiles, donde las cuestiones relacionadas con el espacio no fueron importantes hasta ya pasados unos cuantos años.

El mercado ha cambiado radicalmente con los nuevos formatos y, con ellos, con nuevas necesidades para el hardware

Desde hace unos diez o quince años el mercado ha cambiado radicalmente. Han llegado nuevos formatos, los smartphones y tablets, y con ellos nuevas necesidades. Por un lado la exigencia de dar mucho rendimiento, cuanto más mejor, buscando que un teléfono se asemeje en posibilidades (tanto de software como de rendimiento de la plataforma) en todo posible a los ordenadores de escritorio. Esta necesidad ha hecho que los SoC que teníamos en los móviles prehistóricos evolucionen radicalmente y a pasos agigantados en los tiempos más recientes.

Esta tendencia sigue vigente hoy en día y, de hecho, continuará y seguirá evolucionando aún más. Hace unas semanas hablábamos de cuándo nuestro smartphone tendrá el rendimiento de una Xbox 360, evidenciando ese profundo crecimiento. La tendencia exponencial se mantendrá a un medio plazo, a pesar de la existencia de ciertos altibajos en el corto plazo.

Nadie duda de que los SoC son presente y futuro en el sector móvil de la tecnología (smartphones o tablets, principalmente), pero también hay muchos indicios que nos llevan a pensar que poco a poco se irán abriendo a otras categorías de producto. Por ejemplo los fabricantes de procesadores de sobremesa podrían pasar del formato socket actual al formato SoC, tal y como se llegó a rumorear durante varios meses hace no mucho tiempo.

Intel Haswell
Así son los procesadores tipo socket actuales. ¿Cuánto tiempo les quedará?

Esta evolución en los equipos de sobremesa no está confirmado ni afecta -- por ahora -- a todo el mercado, pero sí hay algunos sobremesas que utilizan SoC. Por ejemplo los propios Intel NUC o las nuevas soluciones como Quark o SOFIA, que atacará a las gamas más bajas. Los equipos de alta potencia y gran rendimiento (equipos gaming, ordenadores diseño y modelado 3D, etc.) por ahora se mantienen 'intactos', pero sin descartar que en un futuro quizá algo lejano puedan dar ese salto al SoC con todas sus virtudes y también todos sus defectos.

Carplay Apple
¿Qué creéis que habrá detrás de Apple Carplay? Pues un SoC, claro

Si salimos del ordenador 'clásico', los SoC han entrado directamente en muchos nuevos mercados y categorías. Televisores, coches, electrodomésticos, domótica o redes de sensores, todo son productos donde el SoC es vital para añadir capacidades de proceso y cómputo e interacción con otros dispositivos. Todas estas tecnologías que parecen secundarias -- y algunas de ellas de futuro -- tienen como foco principal al SoC. Todas tienen un SoC en su interior.

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