Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Что такое чипованный двигатель


Минусы и последствия чип-тюнинга двигателя

Сегодня каждый автолюбитель знаком с таким понятием, как чип-тюнинг. Дословно это означает «настройка микросхемы». Как известно, современные двигатели имеют электронную систему управления, которая полностью контролирует топливный впрыск, зажигание и работу других систем ДВС.

Указанная настройка предполагает внесение определенных изменений в управляющую программу, которая «зашита» в память ЭБУ. Также может быть реализована полная замена программы на модифицированную. В ряде случаев отдельно практикуется установка дополнительных модулей (так называемых чип и тюнинг-боксов).

Чипование двигателя обещает владельцу прирост мощности, возросшую разгонную динамику, эластичность работы ДВС и целый ряд других улучшений за сравнительно небольшую цену. Более того, нет никакой необходимости дорабатывать силовой агрегат физически, то есть мотор не нужно разбирать и устанавливать какие-либо детали и элементы для такого форсирования.

Казалось бы, данный способ является известным и доступным решением, однако далеко не все задумываются, вреден ли чип-тюнинг для двигателя. В этой статье мы намерены поговорить о том, как влияет на ДВС чиповка мотора, последствия такой операции, а также почему для многих гражданских авто в такой доработке на практике нет никакой необходимости.

Содержание статьи

Чип-тюнинг двигателя: плюсы и минусы

Итак, перепрошить электронный блок управления сегодня можно практически везде, причем недорого. Сразу отметим, как правило, квалификация и профессионализм мастеров интересует водителей далеко не всегда. Главное, чтобы после доработки владелец ощутил обещанные улучшения и остался доволен конечным результатом.

Для заметной разницы нужно сделать так, чтобы изменилось ощущение разгона. Сразу отметим, разгон не является максимальной мощностью. Другими словами,  после чип-тюнинга водитель на старте ощущает не добавленные мотору «лошади». На самом деле вместе с мощностью меняется и крутящий момент ДВС на разных оборотах, который затем трансмиссия преобразовывает в силу тяги на колесах. Именно моментная характеристика определяет интенсивность ускорения машины.

Теперь давайте разберемся, посредством чего в процессе чип-тюнинга удается изменить крутящий момент и мощность мотора, а также наносит ли это вред двигателю автомобиля. Прежде всего, штатная заводская программа управления ДВС создается с учетом массы ТС, передаточных чисел трансмиссии, в зависимости от типа ДВС (бензин, дизель), а также с учетом целевого назначения автомашины.

Другими словами, над прошивкой для каждой модели авто с конкретным двигателем работает целая команда автоинженеров. В обязательном порядке учитывается огромное количество различных параметров. В совокупности результат позволяет добиться приемлемых характеристик работы мотора на различных режимах, нужной отдачи от ДВС с сохранением его ресурса, экономичности, экологичности и т.д.

Однако при создании прошивки инженеры закладывают, скажем так, несколько усредненные параметры. Именно по этой причине чип-тюнинг позволяет менять настройки. Например, можно менять углы опережения зажигания. В результате в конце такта сжатия происходит воспламенение смеси и создается увеличенное давление газов на поршень, крутящий момент также возрастает.

При этом не стоит забывать, что нарушается детонационная стойкость, которая была заложена производителем мотора. Если просто, повышаются риски разрушения двигателя детонацией. По этой причине после чип-тюнинга агрегат становится более требовательным к качеству топлива, необходимо использовать горючее с большим октановым числом.

Еще добавим, что разные двигатели имеют индивидуальный запас стойкости к детонации. Если на одних моторах изменение УОЗ проходит без явных последствий, на других такие манипуляции могут быстро вывести ДВС из строя. Также важно понимать и то, что изменение угла опережения зажиганием проявляет себя не во всем диапазоне оборотов.

Обычно на высоких оборотах изменение УОЗ не дает результата, то есть мощность и момент не растут. Это значит, что максимальная скорость фактически остается прежней. При этом улучшение динамики можно наблюдать на низких и средних оборотах, чего обычно достаточно для большинства рядовых автолюбителей.

Также во время чип-тюнинга производятся доработки топливных карт, меняются и другие настройки. Затем машина дополнительно настраивается в режиме «онлайн», то есть настройщик корректирует прошивку прямо на ходу, подключив ноутбук к системе управления двигателем.

Добавим, что непрофессиональные настройщики часто идут самым простым путем, то есть фактически заходят в память ЭБУ и изменяют основные параметры заводской программы. Далее машину и работу ЭСУД никто не настраивает. В этом случае последствия могут быть катастрофическими.

Чип-тюнинг дизельного двигателя или бензинового мотора: влияние на ресурс ДВС

Вполне очевидно, что даже если все операции по прошивке и настройке выполнены правильно, увеличение мощности и крутящего момента так или иначе будет означать износ ДВС.

Прежде всего, происходит ускоренный механический износ нагруженных элементов и пар трения (поршневое кольцо и стенки цилиндров, шатунные и коренные вкладыши в местах соединения с шатунами, коленвалом, в постели коленвала в БЦ и т.д.)

Например, работа поршневого кольца в цилиндре имеет следующие особенности. Пока топливо в цилиндре не горит, кольца испытывают минимум нагрузки. Стенка поршневого кольца находится параллельно стенке цилиндра. Однако в момент воспламенения топлива происходит скачок давления, в результате чего кольцо в своей канавке начинает выворачивать от нагрузки.

Угол выворота кольца в новых моторах небольшой, но постепенно элементы изнашиваются естественным образом. В результате поршневое кольцо под нагрузками своим краем начинает бить по стенкам цилиндра. Если не вдаваться в подробности, разбиваются кольцевые канавки, сильно изнашиваются стенки цилиндра.

Что касается вкладышей, а также опорных элементов, кроме трения на детали воздействует и так называемая радиальная деформация. Простыми словами, происходит изменение формы отверстий. Вполне очевидно, что в парах трения образуются зазоры, появляются ударные нагрузки. Вкладыши попросту разбиваются, их также может провернуть.

Так вот, чип-тюнинг позволяет изменить параметры, которые были настроены на заводе. В результате увеличивается момент и мощность, но параллельно возрастают и нагрузки в самых важных узлах ДВС. Естественно, баланс износа, прогнозируемый конструкторами мотора, также будет нарушен.

Получается так, что хотя увеличение мощности не особенно влияет на силу трения, при этом происходит увеличение давления на стенки подшипников скольжения и других элементов. В результате растут ударные нагрузки, процессы износа быстро прогрессируют, увеличивается зазоры и т.д.

Стоит добавить, что подобные процессы затрагивают не только ДВС, но и КПП. Параллельно могут быстрее выйти из строя катализатор и кислородный датчик. Также сокращается ресурс моторного и трансмиссионного масла, то есть смазочные жидкости нужно чаще менять.

На многих моторах вдобавок увеличивается расход масла на угар.
Еще дополнительные нагрузки испытывает и система охлаждения ДВС, которая работает более интенсивно в результате увеличения мощности. По этой причине нужно следить за работоспособностью, качеством антифриза и чистотой каналов системы охлаждения.
 

Как правильно чиповать двигатель и эксплуатировать прошитый мотор

Становится понятно, что для грамотного чип-тюнинга необходимо иметь специальное оборудование, а также развернутый доступ к технологическим картам работы мотора. Многое будет зависеть и от опыта и квалификации самих специалистов.

Дело в том, что изменение любого параметра (например, момент зажигания или впрыска) приводит к тому, что другие параметры также потребуют коррекции. Причем делать это нужно только с учетом полного понимания процесса и различных нюансов. Только такой подход позволяет получить прирост мощности и момента с минимальным ущербом для ДВС.

Еще важно учесть, что увеличенную мощность нужно использовать не постоянно, а только периодически (для обгонов, при необходимости резкого старта и т.д.). Особенно это актуально в случае с турбомоторами, на которых чип-тюнинг дает более заметный прирост.

Причина заключается в том, что все системы остаются штатными, при этом не всегда запаса их производительности хватает для того, чтобы справиться с дополнительной мощностью без последствий для мотора.

Получается, ресурс двигателя зависит не только от прошивки и квалификации настройщиков, но и от самого водителя. Если учесть, что даже стоковый двигатель на заводской прошивке под большими нагрузками быстрее выйдет из строя, тогда понятно, что постоянно нагруженный чипованный мотор попадет на капиталку еще быстрее.

Другими словами, водителю не нужно постоянно использовать появившиеся после прошивки дополнительные возможности агрегата. Еще важно понимать, что если мотор изношен и потерял мощность, запрещено пытаться улучшить отдачу от ДВС при помощи изменения программы блока управления. В этом случае, скорее всего, быстро проявятся серьезные неисправности.

Что в итоге

С учетом вышесказанного можно сделать вывод о том, что внесение любых изменений в штатную прошивку ЭБУ или установка дополнительных модулей осуществляется владельцем на свой страх и риск. Иногда бывает так, что тюнингованные прошивки из непроверенных источников могут содержать ошибки. В результате силовой агрегат работает с большими отклонениями от нормы и быстро ломается.

Нужно понимать, что модифицированное ПО для блоков управления от различных производителей может стоить начиная от 150-200 у.е. до 3000 у.е. и даже больше. Цена зависит от типа и модели двигателя, а также от целого ряда других факторов.

Как правило, солидные тюнинг-ателье обладают необходимыми финансовыми возможностями и закупают программы напрямую у проверенных и известных изготовителей софта. Такое вложение для них вполне оправдано, так как чип-тюнинг в этих организациях поставлен «на поток», подобные компании следят за своей репутацией, а также появляется возможность предоставить клиентам определенные гарантии.

Однако кустарные мастера не имеют такой возможности и материальной базы. Главной задачей для них является приобретение прошивки как можно дешевле. Как правило, такие предложения поступают исключительно от малоизвестных изготовителей или даже частных лиц. Естественно, дальнейшая проверка и правка ПО затем осуществляется прямо на машине.

Напоследок отметим, что если владелец имеет стойкое желание сделать чип-тюнинг своего автомобиля, тогда нужно быть готовым к тому, что после прошивки мощность увеличится на 5-15%, однако ресурс ДВС сократится, как минимум, на 10-20%. Параллельно может увеличиться расход топлива, возрастут требования к качеству горючего и его октановому числу.

К этому следует добавить, что в обязательном порядке необходимо будет дополнительно сократить межсервисный интервал по замене масла в двигателе и КПП, топливных фильтров, антифриза или тосола в системе охлаждения, свечей зажигания и других «расходников».

Другими словами, для сохранения ресурса мотора после чип-тюнинга нужно будет закономерно увеличить общие затраты на содержание и обслуживание автомобиля. Становится понятно, что с учетом всех рисков и нюансов для рядового гражданского ТС целесообразность подобного вида тюнинга ставится под большое сомнение.

Читайте также

Engine Chip Tuning: что это делает, сколько стоит и почему это рискованно

Чип-тюнинг двигателя - это процесс, при котором электронный блок управления перепрограммируется, заставляя двигатель работать с различными параметрами. Чип ECU находится в системе впрыска и регулирует количество имеющейся смеси воздуха и топлива. Когда вы перепрограммируете это, вы можете сказать чипу, что вы хотите, чтобы произошло с этой смесью.Стоимость этого может зависеть от того, как вы это сделали.

Микросхема тюнинга двигателя является важной частью электрических и компьютерных систем вашего автомобиля. Микросхема в вашем автомобиле контролирует множество различных систем, регулируя и гарантируя, что они всегда работают должным образом.

Системы Чип Controls

В зависимости от типа вашего автомобиля и года, ECU может управлять множеством различных систем. Среди них система автоматической трансмиссии, система стабилизации транспортного средства, впрыск топлива, системы поддержки клапанов, системы газораспределения и зажигания, а также система управления скоростью.Все это имеет решающее значение для функционирования вашего автомобиля. Микросхема реагирует на раздражители автомобиля, чтобы повысить давление на клапаны и системы впрыска топлива, регулировать максимальную скорость и ускорение автомобиля и многое другое.

Что еще нужно знать о чипе

ECU в вашем автомобиле обычно находится на панели управления. Доступ к нему осуществляется через порт, называемый диагностическим портом. В большинстве случаев лучше всего обращаться с чипом профессионалам.Взаимодействие с системами, в которых он работает, путем случайной корректировки некоторых настроек чипа или несанкционированного изменения, не зная точно, что вы делаете, может привести к снижению качества работы вашего автомобиля и даже к его поломке. Некоторые из этих повреждений могут быть непоправимыми и для двигателя.

Настройка для производительности

Проблема с заводской точки зрения заключается в том, что изменения в настройке ЭБУ потенциально могут негативно повлиять на надежность. Топливные карты Leaner означают большую мощность, но гораздо более уязвимы для плохого бака газа или более высоких температур воздуха.Неправильная настройка может привести к немедленному и серьезному повреждению двигателя.

Опережение времени может означать большую мощность, но также и более высокую вероятность потенциальной детонации. В случае возникновения такой детонации датчик детонации не сможет вытащить достаточное время для защиты двигателя. В случае более высокой красной черты двигатель вполне может быть способен работать при более высокой частоте вращения двигателя, хотя это также означает более высокие уровни износа и гораздо более высокий риск катастрофического отказа двигателя, если его толкнуть слишком далеко.Вот почему чип-тюнинг почти наверняка аннулирует гарантию трансмиссии вашего автомобиля.

Профессиональная установка

Хотя обычный механик-мастер может установить новый чип ECU, могут возникнуть некоторые потенциальные проблемы. Неправильная установка чипа может привести к очень вредному воздействию на двигатель, что приведет к дорогостоящему ремонту в будущем. Профессиональная установка может стоить от 400 до 700 долларов в зависимости от типа вашего автомобиля.

Если вы считаете, что можете установить чип самостоятельно, новый чип может стоить от 300 до 600 долларов в зависимости от типа автомобиля, который вы настраиваете.

Экономия

После первоначальной стоимости установки микросхемы ECU и настройки вашего двигателя на его оптимальную производительность, вы в конечном итоге начнете получать значительную экономию. Когда вы меняете чип, вы экономите много газа и делаете работу двигателя более плавной. С чип-тюнингом двигателя меньше эксплуатационных расходов, чем без него.

Более высокая производительность

Перепрограммирование чипа в системе впрыска даст вашему автомобилю намного лучшую производительность, чем раньше.Это означает, что в качестве побочного эффекта другие детали также необходимо будет заменить. Свечи зажигания, распределитель, провода, клапаны и другие детали, которые работают непосредственно с движением автомобиля, выиграют от чип-тюнинга. Они должны быть заменены, чтобы почувствовать все преимущества.

← Предыдущий пост Следующая запись →.

Что такое компьютерный чип? (с изображениями)

Компьютерная микросхема представляет собой небольшую электронную схему, также известную как интегральная схема, которая является одним из основных компонентов большинства видов электронных устройств, особенно компьютеров. Компьютерные чипы имеют небольшой размер и состоят из полупроводников, которые обычно состоят из кремния, в который встроены несколько крошечных компонентов, включая транзисторы, и используются для передачи электронных сигналов данных. Они стали популярными во второй половине 20-го века из-за их небольшого размера, низкой стоимости, высокой производительности и простоты производства.

Крошечные транзисторы играют ключевую роль в работе компьютерного чипа.

Современный компьютерный чип появился в 1950-х годах благодаря двум отдельным исследователям, которые не работали вместе, но разрабатывали похожие чипы. Первый был разработан в Texas Instruments Джеком Килби в 1958 году, а второй был разработан в Fairchild Semiconductor Робертом Нойсом в 1958 году.Эти первые компьютерные чипы использовали относительно немного транзисторов, обычно около десяти, и были известны как интегральные микросхемы малого масштаба. С течением времени столетие количество транзисторов, которые можно было присоединить к компьютерному чипу, увеличилось, как и их мощность, с разработкой средних и крупных компьютерных интегральных микросхем. Последний мог содержать тысячи крошечных транзисторов и привел к появлению первых компьютерных микропроцессоров.

Компьютерные чипы являются одним из основных компонентов большинства электронных устройств.

Существует несколько основных классификаций компьютерных чипов, включая аналоговые, цифровые и смешанные сигналы. Эти различные классификации компьютерных чипов определяют, как они передают сигналы и управляют мощностью. Их размер и эффективность также зависят от их классификации, и цифровой компьютерный чип является наименьшим, наиболее эффективным, наиболее мощным и наиболее широко используемым средством передачи сигналов данных в виде комбинации единиц и нулей.

Хотите автоматически сэкономить время и деньги месяца? Пройдите 2-минутный тест, чтобы узнать, как начать экономить до 257 долларов в месяц.

Сегодня крупные интегральные микросхемы могут содержать миллионы транзисторов, поэтому компьютеры стали меньше и мощнее, чем когда-либо. Не только это, но и компьютерные чипы используются практически в каждом электронном приложении, включая бытовую технику, мобильные телефоны, транспорт и почти во всех аспектах современной жизни. Было установлено, что изобретение компьютерного чипа было одним из самых важных событий в истории человечества.Будущее компьютерного чипа будет включать меньшие, более быстрые и еще более мощные интегральные схемы, способные делать удивительные вещи, даже по современным стандартам.

Роберт Нойс был одним из первых разработчиков современного компьютерного чипа. ,

Что такое SoC? Определить систему на кристалле сложнее, чем вы думаете.

По мере того, как гаджеты становятся более продвинутыми, технологии внутри них слегка меняются. Не так давно микроконтроллеры были основой большинства гаджетов с питанием от батарей и бытовых приборов. Но за последнее десятилетие или около того это начало меняться, и все больше устройств теперь основано на системе на кристаллах (SoC). Но что же это за новый класс микросхем, откуда он взялся и чем он отличается от своих предшественников?

Систему на кристалле на самом деле удивительно сложно определить.

На одном конце спектра это можно считать чем-то вроде микроконтроллера с расширенными возможностями (MCU). Где-то посередине вы можете найти неясные чипы, используемые в специализированных средствах массовой информации и беспроводной связи. А на другом конце его можно представить как целый настольный компьютер, сжатый в единый чип.

Самое общее определение состоит в том, что это микропроцессор и все его поддерживающие схемы на одном и том же куске кремния. Проблема в том, что это очень похоже на определение микроконтроллера.

Да ладно, правда? Я просто Google "SoC Wiki" ...

Вперед. Если вы сделаете гугл «соц вики», вы увидите, что он определен как: -

- интегральная схема, которая объединяет все компоненты компьютера или другой электронной системы.

Это первое предложение на удивление всеобъемлющее! Это продолжается: -

Эти компоненты обычно включают в себя центральный процессор (ЦП), память, порты ввода / вывода и вторичное хранилище - все на одной подложке.Он может содержать функции цифровой, аналоговой, смешанной и часто радиочастотной обработки сигналов, в зависимости от приложения

И в этом проблема точного определения, что такое SoC. Он может содержать что угодно. Это почти как попытка определить, что такое интегральная схема. Итак, давайте начнем прямо там.

Что такое интегральная схема?

Это может звучать как основной вопрос, но они были так долго, что вы, возможно, не слишком задумывались над ответом.

Определение интегральной схемы - это электронная схема на куске кремния. Это реальный кремний , чип . Но сам кремний чрезвычайно хрупок, поэтому он всегда встроен в какую-то упаковку, обычно эпоксидную, пластиковую или керамическую, обычно с надписями, указывающими номер детали, производителя и т. Д.

В повседневном использовании все упакованное устройство также называют «чипом».

Гибридные интегральные схемы (HIC)

До того, как интегральные схемы стали обычным явлением, инженеры иногда создавали гибридные системы с отдельными дискретными компонентами, упакованными в тесные конфигурации, часто герметизированными эпоксидной смолой.Частично это было сделано для надежности, а частично - для секретности. После того как микросхемы получили широкое распространение, инженеры добавили микросхемы в эти эпоксидные «герметичные» пакеты.

Сегодня их обычно называют гибридными интегральными схемами (HIC). Обычно они встречаются в источниках питания, таких как преобразователи постоянного тока, а также в бесщеточных регуляторах скорости двигателя, например, в дронах.

Большая часть электроники, использовавшейся в ранних космических полетах, была построена таким образом. Были доступны небольшие интегральные схемы, но не такие сложные, как микропроцессоры.Космические инженеры интенсивно использовали (и до сих пор используют) герметизирующую емкость для смолы, чтобы предотвратить раскачивание контуров экстремальными силами запуска ракеты.

Гибридные устройства: MCM, SiP, PoP

Какое отношение все это имеет к SoC?

Ну, есть целый ряд высокоинтегрированных гибридных устройств, которые прокладывают путь к полноценным SoC. Они следуют этому наследию, собирая разрозненные цепи в запечатанные пакеты.

Многочиповые модули (MCM) очень распространены.Множество специализированных схем построены с использованием нескольких микросхем и отдельных компонентов на небольшой печатной плате, занимающей то же место, что и другой пакет микросхем. Часто этот модуль используется для замены более старой или более дорогой детали. Некоторые «чипы» для процессоров Intel и AMD были на самом деле не чипами, а фактически многочиповыми модулями.

Таким образом, MCM в одном крайнем случае можно рассматривать как не что иное, как очень сложные печатные платы, но в более сложных примерах компоненты, включая целые микропроцессоры, фактически интегрированы в одну подложку.

И только потому, что интегральная схема представляет собой кремниевый чип, запечатанный внутри пакета, инженеры очень рано поняли, что нет причин, по которым они не могли бы поместить несколько микросхем, но отдельные кремниевые матрицы в одну и ту же упаковку. Это уменьшит общий размер схемы и энергопотребление, а также повысит надежность, поскольку межсоединения будут размещены внутри корпуса, а не на печатной плате.

Эти устройства называются система-в-пакетах (SiP).

Более поздний вариант SiP состоит в том, что составляющие кремниевые матрицы фактически имеют регулярные точки соединения, поэтому их можно вертикально укладывать друг на друга.Эта договоренность называется «пакет на упаковке» (PoP). Обычный вариант использования - вертикальная установка микропроцессорной матрицы с помощью матрицы ОЗУ.

Вещи усложняются, когда SoC объединяются в PoP. Например, каждая версия iPhone и iPad от Apple включает в себя основной пакет «процессор», состоящий из SoC на основе ARM, вертикально уложенных вместе с чипом RAM.

Так, где этот настоящий беспорядок определений подходит системе на кристалле?

Общие описания в верхней части этой статьи уже подвели нас, поэтому я попытаюсь дать определение системы на кристалле в практическом плане.

Ясно одно: вся система должна помещаться на одной силиконовой матрице.

Но это все еще оставляет проблему микроконтроллера. Чем отличается SoC?

Прежде всего, давайте посмотрим, где они используются.

Наиболее распространенные места, где вы найдете SoC, - это ваш смартфон, планшет, Smart TV и голосовой помощник. Внутри вашего компьютера вы можете теперь найти SoC в нескольких местах, включая жесткий диск, сетевые карты и видеокарты. И во многих случаях, особенно с ультрамобильными ноутбуками, основной чип процессора может фактически быть SoC с несколькими ядрами процессора и интегрированным графическим процессором (GPU).

Существует также множество ультра-дешевых одноплатных компьютеров, таких как Raspberry Pi и Beagle Bone. Большинство из них основаны на SoC.

Чем эти приложения отличаются от приложений, использующих микроконтроллеры?

Простой ответ сегодня - вычислительная мощность. SoCs можно найти только в устройствах, которые в них нуждаются. В вашем холодильнике, стиральной машине и тостере, вероятно, все еще используется проверенная и проверенная технология MCU, поскольку она небольшая, дешевая, надежная и относительно легко кодируется.

Итак, мы можем считать SoC любой интегрированной вычислительной системой с относительно высокой производительностью в одном пакете .

Конечно, относительное является ключевым словом здесь. Вычислительная мощность микроконтроллеров всегда будет расти, поэтому для того, чтобы устройство классифицировалось как SoC, ему необходимо поместить немного чистой голубой воды между собой и MCU.

Ниже представлены две диаграммы, показывающие относительные уровни интеграции между MCU и SoC.

Во-первых, типичный микроконтроллер: -

Блок-схема, показывающая типичные компоненты в MCU

и следующие типичные SoC: -

Блок-схема, показывающая типичные компоненты в SoC

Надеемся, что это показывает, что для практических целей различие между MCU и SoC является одним из сложностей.

Итак, теперь у вас есть рабочее определение SoC. Но откуда они взялись?

Большая часть истории SoC не является общедоступной, потому что большая часть ранних разработок была сделана в научно-исследовательских лабораториях частных компаний. Законы об интеллектуальной собственности и NDA препятствовали тому, чтобы большая часть этой работы стала публичной. Многие компании, разрабатывающие технологии, которые впоследствии стали называться SoC, оказались на переднем крае телекоммуникационной индустрии. Они разрабатывали кремний для других компаний, а не для продажи инженерам-проектировщикам, поэтому производимые ими микросхемы имели неясные кодовые имена и номера деталей, которые не были перечислены в общедоступных каталогах.

1970-е годы: происхождение системы на чипе

Целью технологии SoC является миниатюризация. Поэтому, возможно, неудивительно, что их происхождение восходит к началу 1970-х годов и к новой эре цифровых часов.

Первые светодиодные наручные часы Hamilton Pulsar были анонсированы в 1970 году. Они стоили всего $ 2100, и только Джеймс Бонд мог их себе позволить. Для его производства 44 логических ИС пришлось сократить до одной микросхемы, но на самом деле это была не полная система, поскольку некоторые схемы управления светодиодами были слишком большими.

Реклама со вкусом изготовленных в 1970-е годы цифровых часов Hamilton Pulsar с изображением Роджера Мура. Нет, это не ирония.

В течение нескольких лет благодаря технологии ЖКД были устранены энергозатратные драйверы, и в 1974 году компания Microma выпустила часы со всеми схемами на одном кристалле.

Однако, взятые в контексте, эти прото-SoC разрабатывались одновременно с первыми микропроцессорами, но сами по себе они не были вычислительными устройствами общего назначения.Это были просто специализированные интегральные схемы; сегодня они будут называться специализированной интегральной схемой (ASIC).

Их можно считать эволюционным тупиком в истории SoC.

1980-х - 1990-х годов: первые настоящие SoCs

В 1980-х революция персональных компьютеров началась. Это привело к значительным изменениям в технологии SoC.

В 1970-х компьютерные периферийные устройства были, как правило, большими, громоздкими печатными платами, полными регулярно расположенных 14- и 16-контактных логических чипов.Эти микросхемы содержали логические элементы (И, ИЛИ, НОР и т. Д.), Которые декодировали сигналы от ЦП и кодировали данные с дисковода, магнитофона или чего-либо еще.

Сначала эти периферийные устройства были малопродуктивными, потому что рынок персональных компьютеров был слишком мал. Но по мере роста рынка стало экономически целесообразно интегрировать больше разных функций в меньшее количество микросхем. Это шаблон, который начался с разработки интегральной схемы и продолжается по сей день.

Полученные в результате чипы инкапсулировали произвольные куски логики и были по концепции похожи на то, что сегодня мы называем ASIC.Это были не системы на чипах, а высокоинтегрированные схемы.

Но следующим логичным шагом было объединить эту интеграцию на том же кремниевом кристалле, что и на процессоре. Это позволило бы программному обеспечению контролировать чип и сделать его гораздо более универсальным (и обновляемым).

Многие сложные периферийные устройства были построены таким образом, с ядрами микропроцессора и DSP (цифровой сигнальный процессор), интегрированными в тот же пакет, что и некоторые специализированные устройства ввода-вывода и, возможно, память. Наиболее очевидными кандидатами на эту обработку были графические чипы, контроллеры жестких дисков и сетевые карты.

AMD286ZX / LX: одна из первых попыток создать настоящую систему на кристалле.

В 1991 году AMD выпустила семейство SoCs AMD286ZX / LX. Он сочетал в себе 80286-совместимое ядро ​​AMD со всеми поддерживающими схемами материнской платы IBM PC. Это включало контроллер шины, контроллер DMA, контроллер прерываний и тактовый генератор.

Чип был на 100% совместим с платой IBM PC-AT и предназначался для использования на зарождающемся рынке ноутбуков. Ему по-прежнему требовалось внешнее ОЗУ, BIOS, графическая карта и другие функции ввода / вывода, но это устраняло необходимость в большой сложной материнской плате.

Устройства AMD268ZX / LX, безусловно, можно считать первыми SoC в духе того, как мы используем этот термин сегодня. Хотя они не сравниваются с современными SoC, они действительно интегрировали огромную часть компьютерной системы в один чип.

Середина 1990-х: ранняя эра мобильного телефона GSM

Если революция в области персональных компьютеров в 1980-х годах привела к первоначальному развитию системы на кристаллах, то была другая отрасль, которая должна была заставить ее перейти в стратосферу в 1990-х годах.

Бум мобильных (сотовых) телефонов был самой большой движущей силой развития системы на чипах. Я был в отрасли в то время, и я очень хорошо помню, как технология изменилась так быстро.

Чтобы понять почему, давайте начнем с выдержки из предыдущей статьи на эту тему, которую я написал: -

В первые дни существования GSM в телефонах 2G содержалось около десятка чипов, что привело к появлению громоздких телефонов. У производителей был сильный стимул сделать их меньше, легче и менее энергоемкими.

Далее объясняется, почему было так много фишек: -

Был основной ЦП для обработки пользовательского интерфейса и верхних уровней стека протоколов GSM. Для этого требовалось довольно много оперативной памяти и еще больше флэш-памяти для специальной операционной системы, приложения и кода протокола. Вдобавок к этому был отдельный так называемый процессор основной полосы частот в форме процессора цифровых сигналов (DSP), предназначенный для обработки физического уровня протокола GSM, включая сложные математически интенсивные операции, такие как канальное кодирование и речевое кодирование ,Основная полоса также нуждалась в собственной памяти. Затем была микросхема со смешанным сигналом, которая включала самый низкий уровень функций модема и радиочастот (RF).

В дополнение к этому было много чипов меньшего размера для обработки различных периферийных функций, таких как аудио, клавиатура, ЖК-дисплей, зарядка аккумулятора и т. Д.

В 1996 году я работал в японской компании, разрабатывающей один из первых телефонов GSM. Когда я впервые увидел их «оценочную плату», я был ошеломлен: это была одна печатная плата, которая должна была иметь размеры около четыре квадратных фута !

Eval Board - это, по сути, рабочий телефон со всеми микросхемами, так что система может быть отлажена.Это не прототип, а окончательный дизайн, используемый для разработки программного обеспечения до того, как дизайн будет превращен в «форм-фактор» телефона (что может быть сделано другой компанией в целом). Отладка в окончательном форм-факторе намного сложнее, поэтому Eval Board неоценимы в процессе разработки.

Eval Board показал, насколько безумно сложен был телефон GSM. Мы вышли на новый уровень в области бытовой электроники: производители собирали все больше и больше оборудования на все меньшие и меньшие пространства. Это напоминало микропроцессорную революцию 1970-х годов, когда печатные платы ЦП так называемых мини-компьютеров были сжаты на одном кристалле.

Конец 1990-х годов: рассвет ARM Holdings

Следующая веха наступила с появлением процессоров ARM «Fabless».

ARM Holdings - компания, базирующаяся в Кембридже, Великобритания, которая предоставляет лицензии на свои процессоры другим производителям. Они родились в результате совместного предприятия Apple и Acorn Computers.

Acorn была британской компанией с историей разработки популярных компьютеров за 8-битные дни. Позже они были известны как компьютер Архимеда, первый потребительский компьютер с усовершенствованным процессором с сокращенным набором команд (RISC).Но к середине 1990-х годов IBM PC полностью контролировал рынок, и никто больше не покупал Архимед.

Выходя из рынка персональных компьютеров и финансируемый Apple (до собственных финансовых проблем Apple), остатки Acorn стали ARM и сохранили свой дизайн RISC. А в конце 1990-х ARM использовал его в проектах для ранних SoC, которые будут использоваться в качестве контроллеров дисковода.

Процессор

ARM RISC был очень мощным и, что важно, гораздо менее энергоемким, чем его конкуренты. Это сделало его идеальным для использования во встроенных системах, как показал накопитель SoC.И казалось, что ARM натолкнулся на работающую бизнес-модель: лицензировал дизайн своего процессора другим производителям, чтобы он интегрировал его в свой собственный кремний.

Оказалось, что это имеет огромное значение для будущего ARM, а также для рынка мобильных телекоммуникаций.

Начало 2000-х годов: дешевле, меньше телефонов

Поскольку процессор ARM представлял собой кремниевую конструкцию , а не физический кусок кремния, его можно было интегрировать в кремниевую матрицу практически с чем угодно.Это может быть память, ввод-вывод или даже другие процессоры. Очевидно, что приложения вышли далеко за рамки контроллеров дисковода…

Производители мобильных телефонов все еще пытались внедрить все больше и больше функций в свои сокращающиеся печатные платы. (Инженеры будут плакать: «Что теперь? Камера? Почему ?!» )

Они обратили внимание на уникальное предложение ARM. Особенно его низкое энергопотребление.

Распространенной конфигурацией, которую они создали, было ядро ​​ARM, немного встроенной памяти и ядро ​​DSP.Это решило целый ряд проблем интеграции в мире GSM, неожиданно позволив мобильным телефонам перейти на горстку микросхем, причем большая часть работы была выполнена на энергоэффективном SoC.

По мере того, как SoC становятся более интегрированными и эффективными, телефоны становятся меньше, а срок службы батареи начинает расти. Помните крошечные телефоны с временем ожидания две недели, месяц? Они стали нормой в эпоху «немых телефонов», потому что проблема обработки была решена.

Но, конечно, сетевые провайдеры запускали более сложные системы связи.2.5G появился в начале 2000-х годов, что означало, что по сети можно было отправлять больше данных. DSP становились все более уязвимыми, чтобы справляться с алгоритмами дополнительного физического уровня, но необходимо было использовать дополнительные данные, поэтому мультимедийные сообщения, воспроизведение музыки и более совершенные камеры стали обычными для телефонов 2.5G. Все эти дополнительные данные нужно было обработать, чтобы ядра ARM стали более продвинутыми, а интеграция SoC продолжалась.

2001: iPod

Осенью 2001 года, после атак 11 сентября на США, осажденный и в значительной степени списанный Apple выпустил новый продукт - iPod.Поступив в продажу как Walkman для 21-го века, он рекламировал возможность хранить «1000 песен в вашем кармане». У него был революционно новый пользовательский интерфейс и акцент на гладком дизайне, которым славились Apple.

Он был основан на двухъядерном ARM SoC PP5002 от компании PortalPlayer. PP5002 был довольно интересен: помимо двух ядер ARM и памяти, он имел функцию обработки звука, драйвер ЖК-дисплея, контроллер жесткого диска и управление батареями на одном кремниевом кристалле.

За оставшееся десятилетие Apple выпустит более 20 моделей iPod, каждый раз добавляя новые функции, улучшая дизайн для идеального мультимедийного опыта.

Середина 2000-х: Азиатская экспансия

В начале 2000-х годов рынок в Азии также быстро рос. Это привело к беспрецедентному спросу со стороны огромных рынков, таких как Китай и Индия. Ценовая точка стала еще более значимой на этих рынках, чем на западе.

К началу 2000-х годов известные дальневосточные технологические гиганты, такие как Samsung, LG и тому подобное, уже производили более дешевые мобильные телефоны специально для азиатского рынка.

И через несколько лет китайский рынок быстро рос.Внезапно многие компании, относительно неизвестные на западе, такие как ZTE и TCL, стали покупать чипсеты для мобильных телефонов для местных рынков.

Все это требовало еще более дешевых наборов микросхем, что было удовлетворено различными небольшими компаниями Великобритании и США, такими как Qualcomm и Broadcom, а также многими небольшими компаниями. Они продавали «эталонные конструкции» практически для всего мобильного телефона, основанные на SoC с ядрами ARM и DSP от различных компаний-партнеров.

Рынок SoC достиг зрелости.Компании хорошо зарекомендовали себя, и был проложен путь в будущее: все меньше и меньше телефонов, более длительное время автономной работы и медленное внедрение новых функций. Некоторые из новых телефонов даже имели загружаемые игры ... но никто никогда не скачивал их.

2007: революция! Первый iPhone

Когда iPhone был выпущен в 2007 году, он представлял собой огромный сдвиг в мобильных технологиях. В одно мгновение Стив Джобс и Apple переписали свод правил по разработке оборудования для мобильных телефонов.

Потребовалось немного времени, чтобы погрузиться в хотя. То, что называется «смартфонами», уже существовало. Высококачественные телефоны Nokias и SonyEricsson были оснащены электронной почтой, интернет-браузером, музыкой и играми. Пожалуй, самым известным производителем «смартфонов» была канадская компания Research In Motion, чьи вездесущие устройства Blackberry были оплотом деловых людей и политиков во всем мире.

RIM были классно опровергнуты по поводу iPhone. Их генеральный директор заявил, что сенсорные экраны никогда не будут сниматься, потому что люди хотели печатать на настоящей клавиатуре.Эта позиция понятна; В конце концов, вся бизнес-модель RIM заключалась в том, чтобы перенести настольные коммуникации бизнес-класса в мобильный мир. Это означало написание электронных писем.

Конечно, iPhone взорвал их из воды.

Опираясь на то, что они создали на iPod, Apple использовала пакет Samsung на упаковке с SoC с ядром ARM и графическим процессором, укомплектованным 512 МБ оперативной памяти. Они также добавили отдельный SoC в основной полосе частот, состоящий из ARM и DSP от мобильной индустрии, чтобы добавить возможности сотовой связи и мультимедиа, а также почти дюжину других сложных чипов.

Оригинальный чипсет для iPhone в комплекте: -

  • 32-разрядный одноядерный гибрид ARM CPU / GPU под названием APL0098 в сочетании с 512 МБ SDRAM, изготовленный Samsung
  • Infineon PMB8876 S-Gold 2 основной процессор и мультимедийный процессор (который сам по себе является полноценным SoC на базе ARM + DSP)
  • Infineon M1817A11 GSM RF трансивер
  • CSR BlueCore4-ROM WLCSP Bluetooth-модем
  • Skyworks RF усилитель мощности
  • Марвелл 802.11 WiFi интерфейс
  • Wolfsson аудио процессор
  • Broadcom BCM5973A сенсорный процессор
  • Микросхема памяти Intel (32 МБ Flash NOR плюс 16 МБ SRAM)
  • Samsung 4/8 / 16GB NAND Flash ROM для хранения дисков
  • 2-мегапиксельная камера

В то время огромное количество аппаратного и программного обеспечения, встроенного в оригинальный iPhone, было просто неслыханным.Но количество чипов было почти напоминанием о ранних телефонах GSM. Теперь Apple столкнулась с проблемами интеграции, которые возникли у первых производителей GSM: чтобы добавить больше функций в следующую модель, SoC должны были стать более продвинутыми.

2008-2018: раздвигая границы

Таким образом, в течение следующего десятилетия последующие поколения iPhone, iPad и конкурирующих устройств Android продвигали SoC еще дальше. SoC получили несколько ядер ARM, несколько ядер GPU, постоянно увеличивающуюся оперативную память и функции обработки мультимедиа.

Apple A11 Bionic SoC на самом деле представляет собой PoP, поскольку включает в себя матрицу ОЗУ с вертикальной компоновкой.

Ко времени выпуска iPhone X основной SoC ( A11 Bionic ) включал в себя: -

  • - 6-ядерный 64-разрядный процессор ARM, 2 из которых могут работать на частоте 2,33 ГГц
  • 3-ядерный графический процессор, используемый для задач машинного обучения, а также графики
  • Процессор обработки изображений
  • с функциями «компьютерной фотографии» (например, распознавание лиц)
  • выделенный нейронный сетевой движок для приложений машинного обучения
  • - сопроцессор движения
  • сопроцессор безопасности «Анклав» на базе ARM

Опять же, он вертикально сложен в PoP с 3 ГБ SDRAM.

Основной Apple A11 SoC на раз на более продвинутый, чем APL0098 в оригинальном iPhone. В A11 происходит огромное количество обработки изображений, машинного обучения и мультимедийной обработки.

На момент написания этой статьи A12X Bionic был только что выпущен. В настоящее время он представляет собой современное состояние технологии «система на кристалле».

Но, конечно, уровень интеграции будет продолжать расти, неизбежно следуя закону Мура.Я не сомневаюсь, что однажды, может через 10-15 лет, все функциональные возможности iPhone X будут доступны в одной SoC. И этот SoC будет только частью еще большего леса сложности кремния.

И так цикл продолжается.

Я надеюсь, что вам понравилось читать это так же, как мне понравилось писать это. Я пытался охватить много вопросов, и я наверняка пропустил что-то - я хотел бы услышать от вас о любых дополнениях или улучшениях, которые вы думаете, я мог бы сделать, поэтому, пожалуйста, свяжитесь со мной, если у вас есть какие-либо отзывы ,

И если вы хотите услышать о моих статьях, когда они появятся, пожалуйста, подпишитесь на мою рассылку.

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.