System on Chip vs. System on Module: Die wichtigsten Unterschiede

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Was ist ein System on Chip?

Ein System on Chip (SoC) ist ein einzelner integrierter Schaltkreis (IC), der alle oder die meisten Teile eines Computers oder eines anderen elektronischen Systems enthält. Dazu gehören CPU, RAM, Eingabe-/Ausgabeschnittstellen (I/O) und sekundäre Speicherschnittstellen. SoCs können in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, darunter eingebettete Systeme, IoT-Geräte und Mobiltelefone. Sie sind in der Regel kleiner und energieeffizienter als herkömmliche Multichipsysteme.

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Was ist ein System on Module?

Ein System on Module (SoM) ist eine elektronische Schaltung, die alle kritischen Teile eines Computersystems auf einem einzigen Modul vereint. Darin sind der I/O-Controller, der Speicher und der Prozessor enthalten. Da SoMs oft viel kleiner sind als herkömmliche Embedded-Boards, lassen sie sich einfach mit einem Trägerboard zu einem Gesamtsystem verbinden. Im Gegensatz zu SoCs (System on Chips), die alle diese Komponenten auf einem einzigen Chip vereinen, benötigen SoMs nur Strom, um zu funktionieren. Sie sind daher eine anpassungsfähigere und kostengünstigere Option für eine Vielzahl von Anwendungen. SoMs lassen sich mit elektronischen Motherboards vergleichen, die die wesentlichen Komponenten eines Mini-PCs enthalten. Um ein System-on-a-Chip in einem bestimmten Bereich zu konstruieren, integrieren sie oft CPUs, Speicher und Pins und werden mithilfe von Pins an einer kompatiblen Trägerplatine befestigt.

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Unterschiede zwischen SoCs und SoMs

Architektur: SoCs sind einzelne Chips, wohingegen SoMs Module sind, die mehrere Chips enthalten.
Komponenten: Während SoMs oft nur über CPU, Speicher und E/A-Ports verfügen, besitzen SoCs normalerweise alle Komponenten, die für ein komplettes System erforderlich sind.
Anwendungen: SoMs werden oft in Situationen eingesetzt, in denen Flexibilität erforderlich ist, aber auch Größe und Stromverbrauch eine Rolle spielen, wohingegen SoCs normalerweise in tragbaren Geräten eingesetzt werden.
Kosten: Im Allgemeinen sind SoCs teurer als SoMs.
Komplexität: Das Design und die Herstellung von SoCs sind oft schwieriger als die von SoMs.

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Vorteile und Nachteile von SoCs

Vorteile von SoCs

Geringere Stellfläche und Platzbedarf: SoCs benötigen in der Regel viel weniger Stellfläche als herkömmliche eingebettete Systeme, da alle Komponenten auf einem einzigen Chip integriert sind. Dadurch lassen sich bei Systemdesigns Platz und Gewicht sparen, was bei Anwendungen mit begrenztem Platz wichtig ist, wie etwa bei eingebetteten Systemen für Fahrzeuge, Drohnen und andere Mobilgeräte.
Höhere Leistung und Flexibilität: Dank der Integration mehrerer Komponenten auf einem einzigen Chip können SoCs häufig eine höhere Leistung und Flexibilität bieten als herkömmliche eingebettete Systeme. Dies kann für Anwendungen wichtig sein, die eine hohe Verarbeitungsleistung erfordern oder an bestimmte Anforderungen angepasst werden müssen.
Kostengünstig für die Massenproduktion: SoCs können für die Massenproduktion kostengünstig sein, da die Design- und Entwicklungskosten auf eine große Anzahl von Einheiten verteilt werden können. Dies macht sie zu einer guten Wahl für Anwendungen, bei denen eine große Anzahl von Einheiten benötigt wird, wie etwa in der industriellen Automatisierung und der Unterhaltungselektronik.
Höhere Systemzuverlässigkeit und geringerer Stromverbrauch: SoCs können dank der Integration mehrerer Komponenten auf einem einzigen Chip eine höhere Systemzuverlässigkeit und einen geringeren Stromverbrauch bieten als herkömmliche eingebettete Systeme. Dies ist wichtig für Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit und Energieeffizienz von entscheidender Bedeutung sind, wie etwa bei medizinischen Geräten und Sicherheitssystemen.
Reduzierte Entwicklungszeit und -risiko: SoCs können dazu beitragen, die Entwicklungszeit und das Risiko bei der Entwicklung neuer Produkte zu reduzieren, da sie eine vorab validierte Plattform bieten, die schnell an spezifische Anforderungen angepasst werden kann. Dies kann ein großer Vorteil für Unternehmen sein, die neue Produkte schnell auf den Markt bringen müssen.

Nachteile von SoCs

Höhere Anschaffungskosten: Die Anschaffungskosten eines SoC können höher sein als die eines herkömmlichen eingebetteten Systems. Dies liegt daran, dass bei SoCs mehrere Komponenten auf einem einzigen Chip integriert werden müssen.
Eingeschränkte Aufrüstbarkeit: Sobald ein SoC installiert ist, können einzelne Komponenten nicht mehr aufgerüstet werden. Dies kann ein Nachteil sein, wenn sich die Systemanforderungen im Laufe der Zeit ändern.
Nicht für alle Anwendungen geeignet: SoCs sind möglicherweise nicht für alle Anwendungen geeignet. Beispielsweise sind sie möglicherweise nicht für Anwendungen geeignet, die ein hohes Maß an Sicherheit erfordern oder an extreme Umgebungen angepasst werden müssen.
Herstellerabhängigkeit: SoCs werden normalerweise von einem einzigen Hersteller hergestellt. Dies kann es schwierig machen, bei Bedarf den Hersteller zu wechseln.
Mangelnde Standardisierung: Es gibt keinen einheitlichen Standard für SoCs. Dies kann es schwierig machen, ein SoC auszuwählen, das mit anderen Komponenten und Systemen kompatibel ist.

Vorteile und Nachteile von SoMs

Vorteile von SoMs

Kleinerer Formfaktor und Gewicht: SoMs sind typischerweise viel kleiner und leichter als herkömmliche Embedded-Boards, was bei Systemdesigns Platz und Gewicht sparen kann. Dies ist wichtig für Anwendungen mit begrenztem Platz, wie etwa bei eingebetteten Systemen für Fahrzeuge, Drohnen und andere mobile Geräte.
Höhere Leistung und Flexibilität: SoMs können dank der Integration mehrerer Komponenten auf einem einzigen Chip oft eine höhere Leistung und Flexibilität bieten als herkömmliche Embedded-Boards. Dies kann für Anwendungen wichtig sein, die eine hohe Verarbeitungsleistung erfordern oder an bestimmte Anforderungen angepasst werden müssen.
Kostengünstig für die Massenproduktion: SoMs können für die Massenproduktion kostengünstig sein, da die Design- und Entwicklungskosten auf eine große Anzahl von Einheiten verteilt werden können. Dies macht sie zu einer guten Wahl für Anwendungen, bei denen eine große Anzahl von Einheiten benötigt wird, wie etwa in der industriellen Automatisierung und der Unterhaltungselektronik.
Höhere Systemzuverlässigkeit und geringerer Stromverbrauch: SoMs können dank der Integration mehrerer Komponenten auf einem einzigen Chip eine höhere Systemzuverlässigkeit und einen geringeren Stromverbrauch bieten als herkömmliche eingebettete Karten. Dies ist wichtig für Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit und Energieeffizienz entscheidend sind, wie etwa bei medizinischen Geräten und Sicherheitssystemen.
Geringere Entwicklungszeit und -risiko: SoMs können dazu beitragen, die Entwicklungszeit und das Risiko bei der Entwicklung neuer Produkte zu reduzieren, da sie eine vorab validierte Plattform bieten, die schnell an spezifische Anforderungen angepasst werden kann. Dies kann ein großer Vorteil für Unternehmen sein, die neue Produkte schnell auf den Markt bringen müssen.

Nachteile von SoMs

Höhere Anschaffungskosten: Die Anschaffungskosten eines SoM können höher sein als die einer herkömmlichen eingebetteten Platine. Dies liegt daran, dass SoMs die Integration mehrerer Komponenten auf einem einzigen Chip erfordern.
Eingeschränkte Aufrüstbarkeit: Sobald ein SoM installiert ist, ist es nicht mehr möglich, einzelne Komponenten aufzurüsten. Dies kann ein Nachteil sein, wenn sich die Anforderungen des Systems im Laufe der Zeit ändern.
Nicht für alle Anwendungen geeignet: SoMs sind möglicherweise nicht für alle Anwendungen geeignet. Beispielsweise sind sie möglicherweise nicht für Anwendungen geeignet, die ein hohes Maß an Sicherheit erfordern oder an extreme Umgebungen angepasst werden müssen.
Herstellerabhängigkeit: SoMs werden typischerweise von einem einzigen Hersteller hergestellt. Dies kann es schwierig machen, den Hersteller zu wechseln, falls dies erforderlich wird.
Mangelnde Standardisierung: Es gibt keinen einheitlichen Standard für SoMs. Dies kann es schwierig machen, ein SoM auszuwählen, das mit anderen Komponenten und Systemen kompatibel ist.

SoC-Beispiele

Allgemeine SoC-Beispiele

Smartphones: Smartphones enthalten normalerweise ein SoC, das CPU, Speicher, E/A-Anschlüsse und Grafikprozessor (GPU) integriert.
Laptops: Laptops enthalten normalerweise auch ein SoC, das CPU, Speicher, E/A-Anschlüsse und GPU integriert.
Autos: Autos verwenden zunehmend SoCs, um eine Vielzahl von Funktionen zu steuern, wie etwa Motor, Getriebe, Bremsen und Airbagsystem.
Industriemaschinen: Auch Industriemaschinen nutzen zunehmend SoCs zur Steuerung ihres Betriebs.

Konkrete SoC-Beispiele

Apple A15 Bionic: Das Apple A15 Bionic ist ein leistungsstarkes SoC, das in den Smartphones iPhone 13 und iPhone 13 Pro zum Einsatz kommt. Es basiert auf der ARMv9-Architektur und umfasst eine 6-Core-CPU, eine 4-Core-GPU und eine 16-Core-Neural Engine.

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Qualcomm Snapdragon 8 Gen 1: Der Qualcomm Snapdragon 8 Gen 1 ist ein leistungsstarker SoC, der in vielen Android-Smartphones zum Einsatz kommt. Es basiert auf der ARMv9-Architektur und umfasst eine 3,0 GHz Octa-Core-CPU, eine 650 MHz Adreno 730 GPU und eine 10-Core Hexagon 780 AI Engine.

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MediaTek Dimensity 9000: Der MediaTek Dimensity 9000 ist ein leistungsstarker SoC, der in vielen Android-Smartphones zum Einsatz kommt. Es basiert auf der ARMv9-Architektur und umfasst eine 3,05 GHz Octa-Core-CPU, eine 900 MHz Mali-G710 MC10 GPU und eine 18-Core-APU.

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Samsung Exynos 2200: Der Samsung Exynos 2200 ist ein leistungsstarker SoC, der in vielen Samsung Galaxy-Smartphones zum Einsatz kommt. Es basiert auf der ARMv9-Architektur und umfasst eine 2,8 GHz Octa-Core-CPU, eine 3,2 GHz AMD RDNA 2 GPU und eine 10-Core-NPU.

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Google Tensor: Der Google Tensor ist ein leistungsstarker SoC, der in den Smartphones Pixel 6 und Pixel 6 Pro verwendet wird. Es basiert auf der ARMv8-Architektur und umfasst eine 2,8 GHz Octa-Core-CPU, eine 200 MHz Mali-G78 GPU und eine TPU v4.

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SoM-Beispiele

Allgemeine SoM-Beispiele

Industrielle Automatisierung: SoMs werden zur Steuerung von Robotern, Bildverarbeitungssystemen und anderen Industriegeräten verwendet.
Medizinische Geräte: SoMs werden in Patientenmonitoren, Infusionspumpen und anderen medizinischen Geräten verwendet.
Automobilindustrie: SoMs werden in Infotainmentsystemen, Telematik und fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) verwendet.
Unterhaltungselektronik: SoMs werden in Smart-TVs, Streaming-Geräten und Drohnen verwendet.
Wearables: SoMs werden in Smartwatches, Fitness-Trackern und Augmented-Reality-Headsets verwendet.

Spezifische SoM-Beispiele

Nvidia Jetson Nano: Der Nvidia Jetson Nano ist ein leistungsstarkes SoM, das sich ideal für KI- und maschinelle Lernanwendungen eignet. Es basiert auf dem Nvidia Tegra Xavier-Prozessor und umfasst 4 GB RAM und 16 GB eMMC-Speicher.

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Raspberry Pi Compute Module 4: Das Raspberry Pi Compute Module 4 ist ein vielseitiges SoM, das für eine Vielzahl von Anwendungen beliebt ist, darunter Robotik, Heimautomatisierung und Bildung. Es basiert auf dem Broadcom BCM2711-Prozessor und umfasst 8 GB LPDDR4-RAM und 32 GB eMMC-Speicher.

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Arduino Portenta H7: Das Arduino Portenta H7 ist ein leistungsstarkes SoM, das für industrielle Anwendungen entwickelt wurde. Es basiert auf dem ARM Cortex-M7-Prozessor und umfasst 1 MB Flash-Speicher und 128 MB RAM.

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NXP i.MX 8M Mini Plus: Das NXP i.MX 8M Mini Plus ist ein kostengünstiges SoM, das sich ideal für eine Vielzahl von Anwendungen eignet, darunter Automobil, Industrie und IoT. Es basiert auf dem ARM Cortex-A35-Prozessor und umfasst 1 GB RAM und 8 GB eMMC-Speicher.

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Allwinner A64-S: Das Allwinner A64-S ist ein leistungsstarkes SoM, das sich ideal für Video-Streaming und Gaming-Anwendungen eignet. Es basiert auf dem ARM Cortex-A53-Prozessor und umfasst 4 GB RAM und 32 GB eMMC-Speicher.

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Was ist besser? SoC oder SoM?

Die ideale Option für eine bestimmte Anwendung hängt von ihren jeweiligen Anforderungen ab. Ein SoC kann die ideale Option sein, wenn Platz und Stromverbrauch entscheidende Faktoren sind. Ein SoM kann die beste Option sein, wenn auch Flexibilität erforderlich ist. SoCs sind im Allgemeinen eine praktikable Option für Anwendungen, bei denen Größe und Stromverbrauch wichtig sind, einschließlich tragbarer Geräte und Geräte des Internets der Dinge (IoT). SoMs sind eine praktikable Option für Anwendungen wie industrielle Anwendungen und Telekommunikationsgeräte, bei denen Flexibilität besonders wichtig ist.

Fazit

SoCs und SoMs sind zwei Arten von integrierten Schaltkreisen, die mehrere Komponenten kombinieren. Sie haben unterschiedliche Architekturen und werden in unterschiedlichen Anwendungen verwendet. Die beste Wahl für eine bestimmte Anwendung hängt von den spezifischen Anforderungen dieser Anwendung ab.