雖然SoC無可爭議地實現了物聯(lián)網的連接和計算，但該術語已成為行業(yè)流行語，因此很難將SoC與其他類型的集成電路（IC）區(qū)分開來。

SoC 在單個芯片上集成了多種電子功能，而不是單功能芯片，例如電源管理芯片。高質量的 SoC 由在微型硅片上運行的硬件和軟件功能的內聚集合組成。

其他半導體產品可以根據它們擠在一個芯片上的晶體管數量進行鑒定;但是，此限定并不能準確反映 SoC 上集成的功能的質量和復雜性。事實上，在晶體管數量較少的SoC上構建相同數量的功能實際上是熟練集成的標志。

SoC 未知的歷史

這可能會讓業(yè)內一些人感到驚訝，但一些SoC實際上早于SoC類別的正式引入。計算機歷史博物館聲稱，第一個真正的SoC出現在1974年的Microma手表上。然而，快速瀏覽《電子藝術》（1989）顯示的圖表看起來很像SoC，包括步進電機控制、模數轉換器、串行I / O，集成ROM，定時器和事件控制器。這些早期的SoC有另一個名稱來表示它們的功能而不是結構：專用標準產品（ASSP）。

在其歷史的大部分時間里，SoC 都在公眾視野之外發(fā)展。因為它們是由競爭激烈的科技公司開發(fā)的，所以它們早期的大部分概念都籠罩在知識產權法的保密和保護中。然而，有明顯的技術經濟進步使SoC不僅可能，而且是必要的。

在 1990 年代后期，手機革命激勵了在單個芯片上集成多種功能。還記得手機曾經有多笨重嗎？舊手機包含至少十幾個執(zhí)行各種功能的芯片：處理網絡配置、用戶界面和所有高級功能的 CPU;與 CPU 相關的內存和閃存;基帶數字信號處理器，運行物理信道和語音編碼的數學密集型計算;以及管理射頻 （RF） 收發(fā)器的混合信號 IC。為了繼續(xù)推進手機的功能并使其對消費者更具吸引力，制造商尋求進一步的集成和小型化。

半導體IP的興起開啟了這種整合的可能性。IP核和IP模塊是硅設計（而不是物理芯片），可以作為更大系統(tǒng)的構建塊集成到其他芯片設計中。IP 塊可以是內存、I/O 或處理器內核。半導體公司開始在其芯片設計中添加處理器內核和存儲單元。當半導體IP公司將多個模塊的設計作為黑匣子出售時，這些模塊的集成成為可能，從而迎來了SoC時代。

今天的SoC可以做的不僅僅是早期的計算機

SoC將手機上的芯片數量減少了至少10倍。在單個芯片上集成分立元件可顯著提高效率，縮短互連時間，并為 SoC 設計人員提供系統(tǒng)級優(yōu)化，從而顯著降低功耗。結果，手機變得越來越小，而性能卻激增，電池的使用壽命更長。

在過去的二十年中，隨著進一步集成和精心優(yōu)化的出現，手機演變?yōu)?a href="http://www.makelele.cn/v/tag/11230/" target="_blank">智能手機。幾代 SoC 設計和優(yōu)化為技術改進提供了工具，這些改進始于早期手機時代，并引領我們走到了今天的位置。

崛起為物聯(lián)網的基石

SoC發(fā)展的另一個重要催化劑是物聯(lián)網的出現。使用微型節(jié)能芯片將所有事物連接到網絡的可能性意味著我們需要將越來越多的功能集成到單個芯片上。對構建更快、可互操作的物聯(lián)網網絡的興趣導致了無線 SoC 的興起，它集成了射頻收發(fā)器、通用微控制器單元 （MCU）、眾多高性能外設（放大器、ADC、DAC）和非易失性存儲器，以處理應用處理和網絡協(xié)議棧，同時為無線網絡提供射頻鏈路。

無線 SoC 由硬件功能單元組成，包括運行軟件代碼的微處理器和用于連接、控制、指導和連接這些功能模塊之間的通信子系統(tǒng)。SoC 由許多執(zhí)行單元組成，這些執(zhí)行單元必須經常來回發(fā)送數據和指令，這意味著除了最瑣碎的 SoC 之外，所有 SoC 都需要通信子系統(tǒng)。最初，與其他微型計算機技術一樣，使用數據總線架構，但現在許多設計使用更稀疏的相互通信網絡。

物聯(lián)網終端節(jié)點產品需要最佳的功耗和小型化。如果物聯(lián)網的目標是將電子設備連接到所有東西上，那么電子設備需要很小，并在小型電池上盡可能長時間地保持通電狀態(tài)。這是通過犧牲 SoC 的處理能力來實現的。

與可以在相對擴展的內存存儲上集成通用互操作操作系統(tǒng)的個人計算機和智能手機不同，SoC為了小型化和降低功耗而犧牲了其處理能力和內存大小。幸運的是，由于無線物聯(lián)網SoC的特殊性，他們的軟件可以針對每個特定用例進行優(yōu)化。雖然這可以實現更小、更高效的設備，但它增加了 SoC 軟件的復雜性。位于較大系統(tǒng)中的 SoC 可能需要接口軟件才能在更大的系統(tǒng)中正常運行。對于作為物聯(lián)網終端節(jié)點運行的獨立SoC，軟件堆棧要求變得非常復雜?？梢怨降卣f，無線SoC由兩個相互依賴的主要子系統(tǒng)組成：軟件和硅。

無線SoC中另一個極其重要的子系統(tǒng)是安全性。雖然安全性與硬件和軟件糾纏在一起，但值得將其視為自己的子系統(tǒng)，因為SoC的安全性僅與其最薄弱的環(huán)節(jié)一樣強大。IoT 設備可能會遇到不同級別的威脅，因此需要每個級別的安全性，包括固件、網絡和用戶身份驗證級別。

向邊緣及更遠的地方遷移

到 2025 年，全球互聯(lián)設備的凈資產預計將增長到 519 億。物聯(lián)網中最受期待的發(fā)展之一是在邊緣設備中注入人工智能和機器學習。邊緣智能是指收集和分析數據的過程，并在邊緣網絡上捕獲數據的位置附近提供見解。這些過程使物聯(lián)網網絡能夠在本地做出決策，而不是將數據發(fā)送到云并接收決策。邊緣智能在節(jié)能方面帶來了紅利，因為無線 SoC 中最耗電的操作之一是射頻傳輸。除了節(jié)省電力之外，在邊緣網絡上部署機器學習將消除將物聯(lián)網設備生成的大量數據傳輸到云的需要，這可能非常耗時、非常昂貴，并導致數據隱私問題。

隨著人工智能和機器學習進一步集成到邊緣設備中，SoC將繼續(xù)在物聯(lián)網的發(fā)展中發(fā)揮關鍵作用。我們可以期待看到新技術將SoC帶入未來幾代更高的計算能力，通過更好，更高效的半導體制造和設計技術實現。

審核編輯：郭婷