CPU là gì?

CPU, viết tắt của đơn vị xử lý trung tâm, về cơ bản là bộ não của máy tính, nơi thực hiện hầu hết các phép tính. Nó lấy dữ liệu từ bộ nhớ, thực hiện các lệnh và thực hiện các phép toán logic hoặc số học trên dữ liệu. CPU có thể xử lý dữ liệu càng nhanh thì giá trị càng cao.

CPU là phần tử cốt lõi của hệ thống máy tính, chúng là một phần nhỏ của kiến ​​trúc dựa trên bo mạch chủ, phân tách các thành phần dựa trên chức năng, sau đó kết nối chúng với nhau thông qua một bảng mạch giao diện trung tâm. Phải có bộ nhớ để chứa dữ liệu, chip âm thanh để giải mã và khuếch đại thanh, và bộ xử lý đồ họa để hiển thị hình ảnh và video. Và tính đến năm 2018, hầu hết các máy tính xách tay và điện thoại thông minh được bán ra đều dựa trên kiến ​​trúc x86.

Kiến trúc X86 và tầm quan trọng của nó trong xử lý vi mô

Một trong những kiến ​​trúc dựa trên bộ xử lý chiếm ưu thế nhất trong ngành công nghiệp bán dẫn là kiến ​​trúc x86, được phát triển bởi Tập đoàn Intel vào năm 1978, là xương sống của nhiều bộ vi xử lý được sử dụng ngày nay. Nó đóng vai trò như một khung logic xác định cách bộ xử lý xử lý và thực thi các lệnh khác nhau được cung cấp thông qua hệ điều hành, hoạt động như một họ kiến ​​trúc tập lệnh (ISA).

Điều làm cho kiến ​​trúc x86 nổi bật là khả năng tương thích ngược của phần mềm và ứng dụng, sản xuất hiệu quả và hỗ trợ kế thừa. Vì chi phí phần mềm chi phối chi phí phần cứng nên việc xây dựng phần mềm từ đầu là rất tốn kém. Và x86s hỗ trợ các phần bổ sung và phần mở rộng được đưa vào tập lệnh x86, tất cả trong khi vẫn duy trì khả năng tương thích với các thế hệ trước, làm cho nó trở thành lựa chọn tối ưu cho việc sản xuất tiết kiệm chi phí.

Các nhà sản xuất CPU cạnh tranh lớn khác như Advanced Micro Devices (AMD), cũng đã sử dụng x86 để có hiệu suất vượt trội. AMD Athlon và Intel Core là một số bộ vi xử lý x86 phổ biến nhất cho đến nay. Intel và AMD dường như không thể ngừng sử dụng x86 do nhiều phân khúc thị trường yêu cầu nền tảng của nền tảng điện toán x86 để hỗ trợ những loại máy tính như máy tính xách tay, máy tính cá nhân, máy trạm sử dụng nhiều máy tính và máy chủ hiệu suất cao.

CPU Socket là gì?

Socket CPU là một đầu nối duy nhất trên bo mạch chủ cung cấp kết nỗi cơ học và giao diện điện với CPU. Điều này cho phép nâng cấp và thay thế CPU tương đối suôn sẻ, với nhược điểm duy nhất là độ dày và trọng lượng tăng lên.

Socket là một giá đỡ có hình dạng riêng biệt dành riêng cho chip CPU, đảm bảo lắp chip chính xác và tránh hư hỏng khi di chuyển thiết bị. Hầu hết các CPU Socket hiện đại đều dựa trên dạng PGA với các chân vuông được bố trí ở mặt dưới, hoặc LGA, với các chân pin trên socket. Mặc dù LGA có ít nguy cơ làm hỏng các chân cắm hơn khi lắp chip vào socket, nhưng kiến trúc PGA giúp dễ dàng duỗi thẳng các chân cắm nếu bị cong. Dù bằng cách nào, không có câu trả lời chắc chắn về loại ổ cắm CPU nào tốt hơn.

Chuẩn Socket PGA (bên trái) và Socket LGA (bên phải)

Ngày nay, hầu hết các CPU đều bao gồm nhiều lõi xử lý, có thể được sử dụng trong thiết kế CPU socket. Các lõi này hoạt động như một bộ xử lý riêng lẻ, cho phép nhiều hệ thống chạy cùng lúc với độ trễ thấp. Các CPU Socket có khả năng thêm các lõi bổ sung vào một khuôn duy nhất cho phép nó chạy nhiều quy trình phức tạp cùng một lúc, nhưng cũng tăng tốc hệ thống của bạn và tăng hiệu suất tổng thể của nó. Các lõi có thể gửi lệnh đến một PCH chuyên dụng để chuyên môn hóa hơn các chức năng bên ngoài như cổng PCIe và USB. Trong khi SoC hiện tại có một PCH tích hợp và thiếu kiến trúc cần thiết để chứa nhiều lõi.

Công suất thiết kế nhiệt (TDP) và tầm quan trọng của nó trong máy tính công nghiệp

Các CPU Socket chạy ở hiệu suất cao hơn, tương ứng với việc chúng thường có công suất thiết kế nhiệt (TDP) cao hơn. TDP cao hơn yêu cầu một số bộ phận làm mát bổ sung thông qua tản nhiệt được phân tán với quạt vì nhiệt độ nhiệt cao hơn có thể gây ra lỗi hệ thống và giảm tốc độ của chúng và có khả năng gây nguy hiểm cho các ứng dụng quan trọng.

Một lợi ích chính từ máy tính công nghiệp NEXCOM là thiết kế không quạt của nó với CPU socket LGA sử dụng hệ thống làm mát thụ động. Khung máy có các khe nhôm hoạt động như một tấm tản nhiệt để truyền nhiệt bất lợi ra khỏi các thành phần quan trọng như CPU. Bằng cách tận dụng hiệu suất đa lõi từ CPU socket và tích hợp thiết kế làm mát thụ động không quạt, việc triển khai máy tính trong môi trường khắc nghiệt có thể cung cấp hiệu suất và độ tin cậy cao hơn.

System-On-Chip (SoC) là gì?

SoC là một mạch tích hợp kết hợp tất cả các thành phần của máy tính thành một hệ thống nền duy nhất. Cùng với CPU, các thành phần của nó bao gồm các thiết bị ngoại vi tiên tiến như bộ xử lý đồ họa (GPU) và bộ nhớ lưu trữ (RAM và ROM). Trong khi CPU socket có sự lựa chọn giữa kiến ​​trúc PGA hoặc LGA, SoC thường có dạng BGA. Đây là một quá trình trong đó các chân hàn được áp dụng trên các tấm đệm của CPU và nóng chảy về mặt vật lý tại các điểm tiếp xúc trên bo mạch chủ, một quá trình xảy ra trong phần PCBA của quá trình sản xuất PCB. Thiết kế này phổ biến trong điện toán di động và máy tính công nghiệp để giảm công suất, trọng lượng và kích thước.

Vì SoC tích hợp phần cứng và phần mềm nên nó cần ít dung lượng hơn và sử dụng ít năng lượng hơn. Sự tích hợp hệ thống nhỏ gọn của các máy tính công nghiệp chắc chắn mang lại độ tin cậy và chức năng tốt hơn, với các ứng dụng khác nhau trong các gateway IoT và điện toán biên. Điện toán di động cũng sử dụng bộ nhớ đệm on-chip cho khả năng mạng không dây của chúng và phần cứng digital camera để có sức mạnh tính toán thời gian thực.

Embedded Computing Design

Kết luận

Các CPU Socket nhúng hoạt động ở ngưỡng nhiệt độ cao hơn, cung cấp hiệu suất cao  với nhiều lõi hơn; trong khi một SoC nhúng sử dụng ít năng lượng hơn đáng kể nhưng có khả năng tính toán kém hơn. Kích thước hiệu quả và tối ưu của các thiết kế SoC mang lại tính linh hoạt cao hơn cho các ứng dụng công nghiệp và triển khai IoT yêu cầu hiệu suất tính toán công suất thấp.