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24 - ELETTRONICA OGGI 455 - GIUGNO/LUGLIO 2016
Nel 2001 il progetto Tim-
na, concepito da Intel
per i personal computer
più economici, venne poi
abbandonato per motivi
strategici in favore di un
processore tradizionale, il
primo Pentium M Banias.
Poi i System-on-Chip tor-
narono alla ribalta, e que-
sta volta non per merito di
Intel, bensì di altre società
fra cui VIA, che li aveva svi-
luppati per le applicazioni
embedded. Poi, nel 2007,
si riaffaccia Intel con un
SoC per il progetto Tolapai.
Questo sistema integra un
controllore di memoria e i
circuiti di ingresso/uscita,
combinandosi perfettamen-
te con il Northbridge e con
il Southbridge. Poco dopo
Intel annuncia la piattafor-
ma Moorestown, basata su
Lincroft. Nasce così il primo
processore SoC destinato
all’impiego nei sistemi ul-
traportatili UMPC. Da allora
decine di produttori hanno
sviluppato System-on-Chip:
Nvidia con Tegra, Qual-
comm con Snapdragon,
Samsung con Exynos e ST-
Ericsson con NovaThor, per
non citare che i principali. E
ancora Freescale Semicon-
ductor (NXP) ), Apple
(Ax), ZMS (ZiiLABS).
La progettazione di un SoC
In questi anni i SoC sono
stati i protagonisti dello svi-
luppo delle comunicazioni
mobili. La possibilità di re-
alizzare in un singolo chip
un intero sistema informa-
tico consente di ridurre
notevolmente il consumo
energetico e le dimensioni
dei prodotti, ovvero i fattori
critici per l’implementazio-
ne di quei piccoli apparati
ormai indispensabili nella
nostra vita di ogni giorno.
La loro caratteristica prin-
cipale si può sintetizzare
infatti nella combinazione,
in un piccolissimo spazio,
delle funzioni di elabora-
zione del processore cen-
trale (CPU) e del controllore
grafico (GPU), di memoria
(con i blocchi di RAM, ROM,
EPROM) e di interfaccia
di ingresso/uscita (USB,
Ethernet, wireless, firewire).
Un SoC è composto dai
blocchi descritti sopra ma
anche dal software che
controlla i vari componenti
e li fa interagire. I program-
mi sono progettati in modo
da creare dei flussi paralleli
all’interno del chip in modo
da seguire un approccio
parallelo.
Molti SoC sono sviluppati a
partire da blocchi standard
che descrivono i compo-
nenti hardware e dai driver
che gestiscono i blocchi.
Di particolare importanza
sono i driver che gestisco-
no l’interfacciamento con
i bus standard. I moduli
hardware si combinano in
un unico integrato trami-
te strumenti CAD, mentre i
singoli driver vengono uniti
in un unico programma me-
diante opportuni ambienti
di sviluppo.
L’emulazione e la verifica
Il progetto di un sistema
SoC passa per la fase fon-
damentale dell’emulazione.
I moduli del sistema SoC
vengono caricati entro un
chip FPGA, mentre il pro-
gramma viene memorizzato
dalla RAM dell’ambiente di
sviluppo. Ciò permette di
testare e affinare il chip SoC
in modo rapido e semplice,
dato che l’emulatore replica
perfettamente il chip SoC
ma consente una modifica
rapida dell’hardware con un
semplice intervento sul pro-
gramma caricato dall’FPGA.
Dopo la fase di emulazio-
ne, il chip SoC segue le fasi
classiche di sviluppo di un
chip custom. Il chip viene
sottoposto alla fase di ve-
rifica mediante linguaggi
come Verilog o VHDL. Per
integrati complessi si uti-
lizzano anche sistemi come
SystemVerilog, SystemC e
Vera. I difetti e gli errori in-
dividuati in fase di verifica
rimandano alla progettazio-
ne per le opportune corre-
zioni. Normalmente il 70%
del tempo di sviluppo di un
chip viene utilizzato per la
verifica.
Fig. 1 – Tegra X1, il nuovo SoC mobile di Nvidia: realizzata con il pro-
cesso produttivo a 20 nanometri di TSMC, la CPU del Tegra X1 a 64 bit
è basata su quattro core ARM A53 e altrettanti A57
L’evoluzione dei System-on-a-Chip
Andrea Cattania Di SoC si sente parlare ormai da una quindicina
di anni ma solo oggi sembra davvero arrivato
il loro momento di gloria
TECH INSIGHT SOC