System-on-a-Chip

Ein System-on-a-Chip, auch System-on-Chip (SoC, dt. Ein-Chip-System), ist ein integrierter Schaltkreis (IC) in welchem eine Vielzahl von Funktionen eines programmierbaren elektronischen Systems realisiert ist. Als System wird dabei eine Kombination unterschiedlicher Elemente (logische Schaltungen, Taktgebung, selbständiges Anlaufen, mikrotechnische Sensoren usw.) aufgefasst, die zusammen eine bestimmte Funktionalität bereitstellen, beispielsweise einen Beschleunigungssensor samt Auswertungselektronik. Im Gegensatz zu einem elektronischen Schaltkreis auf einer Leiterplatte sind bei einem SoC alle Funktionen direkt auf dem Die, also dem Halbleiter-Substrat integriert was auch monolithische Integration genannt wird. Aufgrund der häufigen Nutzung von Silizium als Substratmaterial spricht man auch von System-on-Silicon (SoS). Ursprünglich wurden SoCs vorrangig in eingebetteten Systemen eingesetzt, finden sich inzwischen aber in fast allen Geräteklassen, vom Smartphone bis zum Desktop-Computer.

Während Systeme anfänglich aus einem Mikroprozessor- oder Mikrocontroller-IC und vielen anderen ICs für spezielle Funktionen bestanden, die auf einer Platine aufgelötet waren, lässt die heute mögliche Integrationsdichte zu, nahezu alle Funktionen auf einem einzigen IC zu vereinigen. Dabei werden digitale, analoge und Mixed-Signal-Funktionseinheiten integriert. Vorteile sind vor allem Kosteneinsparung, geringerer Energieverbrauch beziehungsweise Verlustleistung und umfassende Miniaturisierung. So ist heute beispielsweise bei Mobiltelefonen die digitale Funktion, gegebenenfalls mit Ausnahme des Speichers, auf einem IC realisiert. Auch die Schnittstellen beispielsweise zur Tastatur, zur SIM-Karte oder zum Display sind bereits auf diesem IC enthalten.

Eine ähnliche Technik, um hohe Integrationsdichten auch von Bauelementen von stark unterschiedlicher Technik zu erreichen, ist das sogenannte System-in-Package (SiP). Dabei werden mehrere Chips (z. B. CPU und RAM) in einem Gehäuse zusammengefasst. Durch die weitere Hinzunahme von Peripheriebausteinen entstehen Leiterplatten mit komplexen Funktionen die System on Module genannt werden.

1. ↑ Raspberry Pi Documentation - Processors. Abgerufen am 7. Juli 2023 (englisch).