Un SoC, traducido del inglés como sistema en chip, es un circuito integrado que unifica y controla
todos los componentes principales de un sistema o dispositivo
electrónico. Aunque han existido desde los mismos inicios de las
tecnologías de consumo, hoy han alcanzado una gran importancia y son el
diseño que por número de unidades lidera la industria de los
semiconductores.
No es fácil para el usuario de a pie estar al día de todos los
conceptos que definen la industria actual del hardware. SoC, APU, CPU,
GPU, NPU, PSU, RAM, SSD… Son decenas los vocablos que pueden encontrarse
para definir todo tipo de componentes. Aunque una buena parte de
usuarios compra su flamante iPhone y no piensa en mucho más, otros
buscan algo más de información, como conocimiento o comparación de lo
que están comprando. En este artículo le dedicaremos un acercamiento a
uno de esos componentes principales, su diseño, concepto y aplicaciones
principales.
Qué es un SoC
La traducción de ‘Sistema en un solo chip’ ofrece la primera pista para definir lo referido a un único circuito integrado
(o chip) que puede integrar todos (o gran parte) de los componentes
principales de una computadora salvo. Dependiendo de su enfoque de uso,
puede estar basado en circuitos digitales, analógicos o mixtos, y a
menudo suma también módulos de radiofrecuencia como los empleados en
comunicación inalámbrica.
Un SoC suele incluir la unidad central de procesamiento (CPU), la
unidad de procesamiento gráfico (GPU), otros co-procesadores para tareas
dedicadas (como la seguridad), la memoria, los puertos de
entrada/salida, módems de conectividad inalámbrica como Wi-Fi y
Bluetooth, y, más recientemente, hardware dedicado para tareas de
inteligencia artificial, las unidades de procesamiento neuronal o NPU.
El objetivo principal para alojar todos estos componentes en un formato compacto es centralizar las funciones de procesamiento y control,
además de reducir el consumo de energía y ahorrar espacio dentro de los
dispositivos que motorizan. Esta configuración difiere de los sistemas
informáticos tradicionales, con chips o placas de circuitos
independientes para diferentes funciones y características, como los
diseños de una torre de sobremesa típica.
Los SoC se fabrican con tecnología de semiconductores y se basan en
un único sustrato (silicio) para integrar toda su funcionalidad. Este
diseño optimiza la comunicación entre componentes y
permite una transferencia de datos más rápida, una menor latencia y una
mayor eficiencia energética, lo que lleva a un mejor rendimiento por
vatio. Otra de sus grandes ventajas es el menor espacio ocupado,
por no hablar que su proceso de fabricación es infinitamente más
económico que producir todos los componentes que integra por separado.
Aunque ARM
es (a mucha distancia) la arquitectura que más diseños SoC suministra,
hay que decir que este tipo de tecnologías pueden usarse con otras
arquitecturas como x86 y, de hecho, tanto Intel como AMD las han
producido y las producen.
Qué dispositivos lo utilizan
Los SoC son fundamentales para muchos dispositivos digitales modernos, especialmente aquellos donde el espacio, la eficiencia energética y la rentabilidad
son la gran prioridad durante el desarrollo del producto. Su diseño
compacto permite a los fabricantes integrar capacidades complejas en
formatos pequeños.
Aunque los diseños SoC se usan desde hace décadas en los sistemas
embebidos, la revolución de la movilidad con la llegada de los móviles
inteligentes ha sido determinante para su uso masivo.
Hoy en día, prácticamente el 100% de los smartphones que llegan al
mercado los utilizan en unos diseños simplemente impresionantes, que
gestionan desde el procesamiento básico hasta los juegos de alta gama,
el procesamiento de imágenes de la cámara, la conectividad celular, la
inalámbrica o todo lo relacionado con la IA.
Además de móviles, estos diseños de ‘un solo chip’ son esenciales
para el grupo de wearables, como los relojes inteligentes, pulseras de
actividad física o los auriculares inalámbricos donde el espacio es
extremadamente limitado. También los usan la gran mayoría de tabletas
electrónicas, al igual que otro buen número de consolas portátiles y prácticamente la totalidad del grupo de computadoras de placa única (SBC) como las Raspberry Pi.
Otro grupo que cada vez tiene más importancia es la industria
automotriz donde los SoC se usan masivamente para los tableros
digitales, los sistemas de info-entretenimiento o la conducción
autónoma. Electrodomésticos inteligentes, drones, domótica, altavoces
inteligentes, termostatos o todo lo que llega de los dispositivos de
Internet de las Cosas suman un número incalculable.
¿Y en PCs y Servidores?
Cómo habrás leído, los SoC son (a mucha distancia) el diseño
principal (por número de unidades) de los motores de procesamiento de
los dispositivos digitales modernos. Pero, ¿y en computadoras personales? También, pero menos. La entrada de la arquitectura ARM en PCs, especialmente de la mano de Apple
con sus diseños propios para Mac, ha abierto un nuevo camino que están
siguiendo otros proveedores como Qualcomm, Y se espera que otros gigantes como NVIDIA entren pronto en este mercado.
Aunque se espera que su presencia aumente y bastante en los próximos
años, especialmente en portátiles ligeros o mini-PCs básicos, las
computadoras de escritorio y mayoría de portátiles de consumo y
profesionales seguirán usando la arquitectura de hardware convencional, debido a las necesidades de mayor flexibilidad, mayor nivel de potencia y capacidad de expansión.
Como sabes, estas computadoras suelen instalar sus principales
componentes por separado (CPU, GPU, RAM y almacenamiento), instalados
individualmente en una placa base donde se incluye el chipset que maneja
la comunicación entre ellos, los componentes de Entrada/Salida o los de
conectividad inalámbrica.
Aquí conviene hacer una aclaración con los procesadores que incluyen
una gráfica integrada en la misma die. Intel lo usa masivamente al igual
que AMD que tiene una denominación propia como referencia. Los verás
como APU o unidad de procesamiento acelerado. Conviene no confundirlos con los SoC porque éstos son un diseño diferente.
No es sencillo que la tecnología SoC se imponga en PCs porque la
arquitectura convencional tiene unas ventajas imposibles de superar,
como un diseño modular que permite a los usuarios actualizar o
reemplazar componentes. O el apartado del rendimiento, en juegos,
edición de video, renderizado 3D, computación científica u otras
aplicaciones profesionales. Y es que los SoC presentan limitaciones al
gestionar todo este tipo de tareas, si bien diseños como los Apple M han
avanzado también en rendimiento de manera impresionante.
Aún así, muchos fabricantes de computadoras aún prefieren la arquitectura tradicional a los SoC porque estos últimos no están diseñados para cargas de trabajo sostenidas, grandes cachés y memoria de alto ancho de banda.
Todo esto es más fácil de implementar con los sistemas informáticos
tradicionales. Imagina la imposibilidad de integrar la potencia y
consumo de energía de una tarjeta gráfica dedicada moderna en un sistema
en un solo chip.
¿Y en servidores? Estaciones de trabajo
profesionales y servidores para centros de datos requieren escalabilidad
y arquitecturas multicomponente para poder gestionar tareas de
procesamiento masivas simultáneamente, algo que los SoC no pueden
gestionar. Sin embargo, es posible que los SoC se introduzcan pronto en
el sector de los centros de datos a medida que se realicen más avances
tecnológicos y la propia industria comience a reconocer el potencial de
los microchips para optimizar el rendimiento y consumo en una era donde
la IA se ha vuelto insaciable y amenaza incluso la sostenibilidad global en el consumo de energía.
Saludos
