ในช่วงสิบปีที่ผ่านมา วงจรรวม IC (Integral Circuits) มีความซับซ้อนและราคาแพงมากขึ้น อุตสาหกรรมทางด้านอิเล็กทรอกนิกส์จึงเริ่มนำวิธีการออกแบบและการนำกลับมาใช้อีกครั้งมาใช้ เพิ่มประสิทธิภาพและจำกัดพื้นที่ของแผงวงจร ซึ่งเรียกโดยรวมว่า การออกแบบระบบบนชิป (SoC) สามารถทำหน้าที่ได้หลากหลาย และทำหน้าที่ซับซ้อนได้ดี ประมวลผลได้รวดเร็ว อีกทั้งมีขนาดเล็กลงเมื่อเทียบกับ IC แบบเก่า ทำให้มีผลต่อการเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม และลดต้นทุนอีกด้วย ดังนั้น SoC จึงเป็นเทคโนโลยีที่มีทั้งประสิทธิภาพและประสิทธิผล ต่อการนำไปใช้ประกอบเป็นโมดูลที่สำคัญเช่น อุปกรณ์การแพทย์ อุตสาหกรรมยานยนต์ และอุตสาหกรรมอื่นๆ เป็นต้น

System-on-Chip (SoC) คืออะไร?

SOC คือ แพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์สำหรับโมดูลต่างๆ ทำหน้าที่สื่อสารเชื่อมโยงระหว่างกัน ได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีประสิทธิผล ไม่ว่าจะเป็นการทำงานในหน่วยประมวลผลกลาง พอร์ตอินพุต/เอาต์พุต หน่วยความจำที่เก็บข้อมูล การแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อก ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล การประมวลผลสัญญาณ การประมวลผลภาพ เป็นต้น

ด้วยการวิจัยเทคโนโลยี SoC ที่มีแนวโน้มเพิ่มมากขึ้น จากการที่เทคโนโลยีมีความยืดหยุ่นและความสามารถในการทำงานหลายหน้าที่แบบเรียลไทม์ไม่ ว่าจะเป็น ความเร็วในการประมวลผลสูง การประมวลผลภาพและวิดีโอ ปัญญาประดิษฐ์ (AI) เครือข่ายประสาท (Neural Network) การตรวจสอบและยืนยันความปลอดภัย ระบบพลังงาน ระบบอัตโนมัติ IoT และการแพทย์ ทำให้ SoC กลายเป็นแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ ที่มีความสำคัญต่อการพัฒนาระบบต่างๆ

หลักการทำงานของ SoC ในแต่ละหน้าที่

• หาก SoC ทำหน้าที่โปรเซสเซอร์ (Processor) ที่ควบคุมการทำงานและ ประสิทธิภาพของอุปกรณ์เช่น คอมพิวเตอร์ แล็ปท็อป เดสก์ท็อป แท็บเล็ต และสมาร์ทโฟน ให้ทำงานได้อย่างราบรื่น  โปรเซสเซอร์ (Processor) เปรียบเสมือนสมองที่สั่งการ และประมวลผลให้มีความรวดเร็วและตอบสนองได้ไวขึ้น ดังนั้นหน้าที่ SoC ในส่วนโปรเซสเซอร์ (Processor) จึงเป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์ คอมพิวเตอร์สมัยใหม่
• หาก SoC ทำหน้าที่หน่วยความจำ (Memory) ที่จัดเก็บข้อมูลที่โปรเซสเซอร์ ต้องการให้เข้าถึงได้ทันที โดยการประกอบหน่วยความจำใกล้กับโปรเซสเซอร์ ทำให้การค้นหาข้อมูลรวดเร็ว และตอบสนองต่อความต้องการของข้อมูลผ่านโปรเซสเซอร์ ได้ดีขึ้น
• หาก SoC ทำหน้าที่เชื่อมต่อและสื่อสาร (Wireless Communication) ภายในบอร์ดนั้น จะทำให้เชื่อมต่ออินเตอร์เน็ตได้อย่างฉับไว และเป็นฮับการสื่อสารใน IoT: Internet of Things ได้ด้วย

ส่วนประกอบที่สำคัญของระบบบนชิป (Soc)

ส่วนประกอบทั่วไปสำหรับ SoC ประกอบไปด้วย

1. CPU: Central Processing Unit โดยทั่วไปประกอบไปด้วยไมโครโพรเซสเซอร์
2. GPU: Graphical Processing Unit สำหรับการดูแลเรื่องกราฟฟิก
3. RAM หน่วยความจำ
4. A/D Converter ในการเปลี่ยนสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอล หรือ สัญญาณดิจิตอล เป็นอนาล็อก
5. Wi-Fi และการเชื่อมต่อสื่อสารไร้สาย

ข้อได้เปรียบเมื่อนำเทคโนโลยี SoC มาใช้

• ลดพลังงานโดยรวม เนื่องจากเป็นการรวมวงจรต่างๆ ให้มาอยู่ในแผงเดียวและ ขนาดเล็กลงทำให้ใช้พลังงานลดลงตามไปด้วย
• เพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม เมื่อวางอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กลงในแผงเดียวกัน ทำให้ระยะห่างระหว่างแต่ละอุปกรณ์น้อยลง ทำให้การเรียกข้อมูลจากหน่วยความจำ มาประมวลผลได้เร็วยิ่งขึ้น
• ลดต้นทุนโดยรวม เมื่อโมดูลมีขนาดเล็กลง อุปกรณ์แต่ละชนิดก็จะเล็กลง ทำให้ใช้ต้นทุนน้อยลง

การใช้งาน Soc ในด้านต่างๆ

SoC นำมาใช้งานได้หลากหลายประเภทและเป็นที่นิยมในหลายอุตสาหกรรม อาทิ

• ระบบการบิน (Aircraft avionics systems) และระบบการนำทางอย่าง Navigation หรือ UAV (Unmanned Air Vehicles)
• อุตสาหกรรมทางทหารเช่น ระบบ C4ISR (Command, Control, Communications, Computers, Intelligence, Surveillance, and Reconnaissance) ที่ช่วยด้านการรบและการสื่อสารทางบก ทางอากาศและทางทะเล
• เครื่องคอมพิวเตอร์ต่างๆ เช่น แล็ปท็อป แท็บแล็ต โทรศัพท์มือถือ
• Internet of Things (IoT) เช่น อุปกรณ์สมาร์ทโฮม กล้องรักษาความปลอดภัย การวัดอุณหภูมิและความชื้น การควบคุมปิด เปิด ประตู หรือลำโพงอัจฉริยะอื่นๆ
• ความปลอดภัยทางข้อมูลเช่น เทคโนโลยีไซเบอร์และความปลอดภัยข้อมูลที่ใช้การเรียนรู้ของเครื่องจักร
• ด้านทางการแพทย์และสุขภาพเช่น  เครื่องตรวจวัดค่าต่างๆที่คนไข้สวมใส่ สมาร์ทวอช

สรุป

SoC เป็นแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ที่มีความสำคัญและเป็นประโยชน์ต่อการนำไปใช้ใน อุตสาหกรรมด้านต่างๆ จากเดิมที่ต้องแยกโมดูลเป็นแต่ละหน้าที่ของอุปกรณ์ออกมาใช้ ทำให้เปลืองพื้นที่ในการใช้งานและประสิทธิภาพไม่เพิ่มขึ้น แต่เมื่อนำ SoC มาใช้จึงรวมวงจรรวม อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดไว้ในแพลตฟอร์มเดียวได้ ทำให้ประหยัดต้นทุนโดยรวม ความเร็วใน การประมวลผลเพิ่มขึ้น ทำให้มีพื้นที่เหลือใช้พัฒนาความสามารถของระบบได้มากขึ้น รวมถึงลดขนาดของอุปกรณ์ได้  ส่งผลต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมในด้านอื่นๆ เช่น โทรศัพท์มือถือ อุปกรณ์ทางการแพทย์ หรืออุปกรณ์ทางทหาร และอีกมากมายในอนาคต

‍