CPU, PCB und SoC – GPU, SoM, was ist das denn?!​

 

MFG – mit freundlichen Grüssen; in der heutigen Welt der Elektronik muss man aufpassen, dass es einem nicht schwindelig wird vor lauter Abkürzungen. CPU und GPU dürften vielen noch Begriffe sein – aber was ist ein SoC oder ein SoM?

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Lüften wir den Vorhang der Nacht

Die «sichtbaren» Computer, die wir täglich verwenden – PCs Notebooks, Smartphones, Tablets, ... – sind uns einigermassen vertraut. Die meisten Computer zeigen sich jedoch nicht so offensichtlich oder verstecken sich sogar ganz vor unseren Augen – Kaffeemaschine, elektrische Zahnbürste, im Auto oder in einer Drohne, … – die Liste kann man beliebig erweitern. Hier sprechen wir von sogenannten eingebetteten (embedded) Computern oder Systemen. Wo der Heim-PC einen Generalisten darstellt, der mit möglichst vielen Anschlüssen und Schnittstellen für Bildschirm, Tastatur, Drucker, etc. flexibel eine Vielfalt an Bedürfnissen abdecken kann, handelt es sich bei eingebetteten Systemen oft um Elektronik und Software, die massgeschneidert ganz spezifische Aufgaben bewältigen soll.

 

System on Chip (SoC) & System on Module (SoM)

Der Entwickler im industriellen Bereich steht nun oft vor dem folgenden Dilemma:

• Einen herkömmlichen «PC» verwenden, um die Aufgabe zu lösen?

  • Überflüssige Schnittstellen und Funktionalitäten

  • Wiederum fehlende spezifische Funktionen

  • Grösse

  • Hohe Kosten

• Einen massgeschneiderten Computer für die Anwendung entwickeln?

  • Hoher Aufwand

  • Komplexität

  • Lange Entwicklungszeit und hohe Kosten

 

Was, wenn es wie bei einem Fertiggericht einen «Fertig-Computer» gäbe, den man nur noch «aufwärmen und anrichten» muss, und den man nach seinem Gusto «würzen und mit Zutaten ergänzen» könnte? Hier kommen nun das System on Module (SoM) und das System on Chip (SoC) zum Zuge! Dabei handelt es sich ganz salopp gesagt um die minimalen und absolut notwendigen Funktionalitäten, die jeder Computer benötigt, untergebracht auf einem kleinen Modul oder für eine noch höhere Integration sogar auf einem Chip.

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• Zentrale Recheneinheit (Central Processing Unit)

• Grafik-Chip (Graphics Processing Unit)

• Flüchtiger Speicher (SDRAM)

• Nichtflüchtiger Speicher (FLASH)

• Stromversorgungs-IC (Power Management ICs)

• Kommunikationsschnittstellen

  • PCI & PCIe                           => Netzwerkkarten, Modems, Grafik- & Soundkarten, …

  • Ethernet, USB                        => Netzwerk, Kommunikation, …

  • HDMI, LVDS                         => Multimedia, Bildschirm, Kamera, …

  • UART, I2C, SPI                      => Drucker, Sensoren, weitere Peripheriegeräte, …

• Mehrzweck Ein- & Ausgänge (General Purpose IOs)

  • Eingabetasten, LEDs, Steuersignale für Module, Karten & ICs, …

 

Modernere oder spezialisiertere SoMs können sogar schon drahtlose Kommunikationsmodule mit Wi-Fi, Bluetooth, GSM oder GNSS enthalten, um IoT-fähige Anwendungen zu ermöglichen

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Die embedded Welt liegt uns zu Füssen…

​Als Entwickler muss man nun nicht mehr bei jeder Anwendung auf der grünen Wiese beginnen und den Computer selbst zusammenzimmern. Man kann zurückgreifen auf einen quasi hochkonzentrierten Computer auf Modul- oder sogar Chip-Basis. Wo SoCs hauptsächlich in höchst integrierten Anwendungen mit riesigen Volumen wie z.B. Smartphones und Tablets zum Einsatz kommen, sind SoMs zwar ein bisschen grösser, bieten jedoch eine grosse Vielfalt an und weisen eine enorme Flexibilität bezüglich Anwendung und Skalierbarkeit auf. Die Module sind häufig in derselben Form wie steckbare Speicherkarten (DDR3, DDR4) mit Goldfingerkontakten ausgeführt. Diese können nun nahtlos via einem konventionellen 260-pin SO-DIMM Sockel in das sogenannte «Carrier Board» integriert werden, auf welchem der Entwickler nur noch die anwendungsspezifischen Funktionalitäten und Schnittstellen implementieren muss. Andere gängige Formate lassen sich über MXM oder weitere standardisierte Board-to-Board Stecker integrieren.​​​