新型高度集成的片上系統（SOC）處理器配備了高性能的x86多核處理器，離散級的圖形處理單元（GPU），I / O控制器，和糾錯碼（ECC）高可靠性內存支持，這些都集成在單個芯片上。隨著芯片級的集成，開發人員可以實現更高水平的處理效率，同時保留了低功耗的設計和顯著的封裝面積減少，這樣能夠降低生產成本，減少設計復雜性。

本文將描述單芯片SOC的優勢、技術和目標市場，使開發人員能夠做出明智的選擇以決定這種類型的解決方案是否與他們的未來嵌入式設計項目匹配。

替代解決方案

典型的SoC處理器是由一個或多個微控制器或DSP核心，內存模塊，定時源，外設，外部接口，模擬接口，電壓調節器，電源管理電路組成的。處理器通常強大到足以運行Windows，Linux，Android，或RTOS操作系統。

傳統上，SOC處理器架構沒有被廣泛用于圖形密集型應用程序。對于這些應用，開發者通常要設計一個系統，使CPU和GPU是獨立的處理單元，因此它們不能高效的協同工作。每個處理單元都有一個單獨的內存空間，這就需要應用程序把數據從CPU復制到GPU，然后再將數據返回。一個這樣完整的系統需要額外的芯片。

加速處理單元（APU），由AMD首創，由一個低功耗CPU和離散級GPU，以及雙芯片架構的協同I/O單元構成（圖1）。APU是實現新一代SOC處理器的第一步。比起單個的CPU或GPU，APU能夠更高效的處理大量復雜數據，同時封裝面積更小。

圖1：新一代的針對圖形的嵌入式SoC包括一個低功耗微處理器，一個專門的圖形處理器單元和一個協同的I / O加速單元。

異構計算

單芯片SOC，如他們的APU前輩，能夠提供“異構計算”，這是指由通常同一硅芯片上的多個類型的處理器，通常是CPU和GPU，構成的系統。異構計算有許多優點，但最重要的是，每個處理器的異構計算單元，都能夠有效地執它最擅長的計算，并且計算單元能夠協同工作。由于異構計算處理器間共享內存空間，所以沒有必要為它們來回復制數據。

利用其高性能的矢量處理能力。板載GPU能夠對非常的數據自由的執行并行操作，這比CPU處理功耗要低得多。同時，板載CPU負責標量處理任務，支持通用功能，例如運行操作系統。通過一個集成的單芯片SOC異構計算與特設CPU + GPU的芯片組相比，每瓦性能顯著的提高。圖1中，AMD G系列單芯片SOC的方框圖中顯示出了這些解決方案中的組件。

SOC的目標應用

數字標牌系統進行了優化，使得其能夠在多個顯示器上提供身臨其境的高清視覺體驗，它適用于廣泛的環境中，如超市，商場，交通樞紐。這些系統需要高速高清多媒體內容的遞送，通常需要小巧的外形設計。這類系統的低功耗是至關重要的，因為它有助于減輕散熱系統對設計師的挑戰。

瘦客戶機高度依賴高清視頻和圖形能力，創建優秀的互聯網體驗取決于數據傳輸速率的提高。工業控制和自動化系統中，從無人控制系統到復雜的顯示系統和人機接口，也依賴于高性能，低功耗的處理器架構。工業控制和自動化應用中，通常需要在較廣的范圍的設備支持軟件。單芯片SOC在這一應用領域是一個有吸引力的選擇，由于它支持開放的標準，如開放計算語言（OpenCL）。

異構計算系統在多廠商環境中的操作能力是另一個關鍵推動因素。 OpenCL，能夠對GPU，CPU以及其他處理器并行編程，提供了一個統一的編程環境，開發人員能夠在不同的硬件和軟件平臺編寫高效，可移植的代碼。借助OpenCL，程序員可以保留其寶貴的源代碼投入，使代碼能夠跨平臺復用。

高清顯卡

為了給廣泛的應用提供視覺上令人驚嘆的圖形，GPU（圖形處理器）通常擁有硬件加速功能。統一視頻解碼器，它被AMD先進的GPU所包含，H.264，VC-1和MPEG-4視頻格式能夠原生在處理器級別解碼。AMD的視頻編解碼器引擎，包括在AMD G系列SOC的集成GPU，采用全面，定制的硬件加速H.264格式壓縮視頻編碼。視頻解碼和編碼的專用硬件加速引擎對于多媒體密集型應用極為有利，如數字游戲和數字標牌。

標準的API支持也是一個高清視頻應用的重要考慮因素，因為它使開發人員能夠擴展他們的軟件開發選項。OpenGL的API（最新版本為OpenGL4.3）支持2D和3D圖形，通常在數字游戲里應用。DirectX API（最新版本是DirectX11.1），支持在Microsoft平臺上的多媒體相關任務，提供2D和3D渲染，GPU計算，甚至電源效率，尤其適用于游戲和視頻以及其他應用領域。

電子游戲系統，往往配有生動的3D圖形顯示在多個顯示器上，可以從SOC處理的視頻處理和圖形優化獲得顯著的性能提升，從而中受益。 SOC處理器，配備了一個可擴展的，支持DirectX，基于x86的架構，可以幫助系統設計人員滿足性能目標。

封裝小

隨著集成度更高（包括I / O控制器），單芯片SOC比同等性能的CPU+ GPU芯片組占用面積更小。正如前面提到的，單芯片SOC與雙芯片解決方案相比，可以節省超過30％的空間，需要更少的電路板層。SOC提供的每瓦性能的優勢，可以使設計師 在很多情況下，取消機械風扇設置。隨著運動部件的減少，失敗風險和噪音都能顯著降低。

單芯片SOC的封裝小使其成為眾多應用領域的理想選擇，不僅改善功耗，而且高性價比。小體積和低功耗也使單芯片SOC成為較小的單板計算機（SBC）和計算機模塊（COM）設計的理想選擇，包括PC/104，Pico-ITX主板，Q-Seven，nanoEXTexpress，Mobile ITX。

總結

單芯片SOC解決方案，如AMD G系列的嵌入式SOC，規模較小，提供驚人的性能提升，比大多數CPU + GPU的芯片組更節能。高集成度的SOC處理器可以節省設計人員寶貴的時間和成本，同時幫助他們實現先進的系統功能。