IoT y SoCs móviles: Potencia de procesamiento para dispositivos de próxima generación

Desde que los primeros smartphones llegaron al mercado, la carrera ha estado en marcha para integrar más funcionalidades en un solo dispositivo. Esto no solo ocurre a nivel de software, también requiere el hardware adecuado para proporcionar la potencia de procesamiento necesaria. Con más funcionalidades siendo integradas en espacios más pequeños, los smartphones más nuevos incluyen dispositivos de sistema en chip (SoC) cada vez más potentes que proporcionan procesamiento de datos e interfaz con otros subsistemas en dispositivos móviles.

Los SoC móviles para su uso en smartphones más nuevos e IoT incluyen un módem LTE, un procesador gráfico, procesador de señal digital para soportar funcionalidades de inteligencia artificial (IA), memoria caché, seguridad del dispositivo y otras funciones, todo integrado en un solo chip. Los nuevos productos requerirán SoC móviles potentes a medida que la revolución del IoT continúa y las demandas de funcionalidad en estos dispositivos siguen expandiéndose.

IoT y Controladores de SoC Móviles

Con los dispositivos IoT más nuevos requiriendo la integración de más funciones a nivel de software que han sido relegadas a las computadoras por algún tiempo, estos dispositivos necesitarán mayor potencia de procesamiento para su uso en una variedad de nuevas aplicaciones. Algunas funcionalidades previstas incluyen el aprendizaje automático y inteligencia artificial, ambas aplicaciones intensivas en procesamiento y memoria. Los chips más avanzados actualmente utilizados en smartphones disponibles comercialmente son el A12 Bionic de Apple, el Snapdragon 855 de Qualcomm y el Kirin 980 de Huawei, que están fabricados usando un proceso de litografía de 7 nm. La tabla a continuación muestra una comparación de características entre los tres.

Los controladores SoC Kirin 980 y Snapdragon 855 tienen CPUs basadas en la arquitectura ARM, que es un acrónimo de Advanced Reduced Instruction Set Computing (RISC) Machine. Esta arquitectura está licenciada a los fabricantes de chips de microcontroladores para su inclusión en controladores para dispositivos móviles. La arquitectura RISC en los controladores SoC basados en ARM requiere menos transistores, por lo tanto, estos controladores cuestan menos y disipan menos energía que los controladores encontrados en la mayoría de las computadoras personales. Esto hace que los SoC móviles basados en ARM sean bien adecuados para smartphones, dispositivos IoT y otros sistemas embebidos.

Las generaciones más nuevas de procesadores ARM Cortex-M están dirigidas a aplicaciones de dispositivos IoT al proporcionar soluciones de seguridad y aprendizaje automático, además de los requisitos de sistemas embebidos de alto rendimiento como respuesta a interrupciones deterministas en tiempo real, bajo consumo de energía y tamaño de palabra de 32 bits o 64 bits.

Los procesadores Cortex-M23 y Cortex-M33 están disponibles con una tecnología de seguridad denominada TrustZone^TM, que proporciona aislamiento de hardware en todo el sistema para el software de confianza. Los núcleos Cortex-M7 y Cortex-M33 ofrecen soporte para el procesamiento de señales digitales (DSP) y procesamiento de punto flotante de precisión simple (32 bits). Estas capacidades permitirán aprendizaje automático en el dispositivo para su uso en aplicaciones como visión por computadora y computación periférica para dispositivos IoT.

Microcontroladores SoC Móviles ARM Cortex

ST Microelectronics, STM32L552RC

La serie de dispositivos STM32L552xx son una familia de microcontroladores de ultra-bajo consumo (Serie STM32L5) construidos sobre el núcleo RISC de 32 bits ARM Cortex-M33 en un paquete LQFP de 64 pines. Estos dispositivos incluyen memorias de alta velocidad integradas (256 KB SRAM/512 KB Flash), una amplia gama de E/S mejoradas y periféricos en dos buses APB y dos buses AHB con una matriz de bus multi-AHB de 32 bits:

El núcleo Cortex-M33 cuenta con una unidad de punto flotante de precisión simple (FPU), que soporta todas las instrucciones de procesamiento de datos de precisión simple de Arm^® y todos los tipos de datos. El núcleo Cortex-M33 también implementa un conjunto completo de instrucciones de DSP (procesamiento de señales digitales), soporte consciente de TrustZone y una unidad de protección de memoria (MPU) que mejora la seguridad de la aplicación. [Del resumen del producto]

Además, estos dispositivos incluyen dos ADCs de 12 bits y 5 Msps, dos canales DAC, dos comparadores, dos amplificadores operacionales, un buffer de referencia de voltaje interno, un RTC de bajo consumo, dos temporizadores de 32 bits de propósito general, dos temporizadores PWM de 16 bits dedicados al control de motores, siete temporizadores de propósito general de 16 bits y dos temporizadores de bajo consumo de 16 bits. Los dispositivos soportan cuatro filtros digitales para moduladores sigma delta externos (DFSDM). Hasta 22 canales de detección capacitiva están disponibles para la integración de HMI.

Diagrama de bloques del STM32L552RC de ST Microelectronics.

ST Microelectronics, STM32F746NG

Las series de dispositivos STM32F745xx y STM32F746xx tienen un punto de precio bajo mientras que aún ofrecen capacidades comparables o mejores que el controlador anterior. Estos dispositivos se basan en el núcleo ARM Cortex-M7 de 32 bits RISC. También implementa un conjunto completo de instrucciones DSP y unidad de protección de memoria (MPU) para mejorar la seguridad de aplicaciones IoT. Esta serie de dispositivos también incorpora memorias integradas de alta velocidad (320 KB SRAM/1 MB Flash), incluyendo 64 KB de RAM TCM para el procesamiento en tiempo real de datos críticos.

Además de la arquitectura de bus encontrada en el producto anterior, este producto ofrece funcionalidad similar de procesamiento/conversión de señales con características avanzadas de comunicación:

Todos los dispositivos ofrecen tres ADCs de 12 bits, dos DACs, un RTC de bajo consumo, trece temporizadores de propósito general de 16 bits incluyendo dos temporizadores PWM para control de motores y un temporizador de bajo consumo disponible en modo Stop, dos temporizadores de propósito general de 32 bits, un generador de números aleatorios verdaderos (RNG). También cuentan con interfaces de comunicación estándar y avanzadas. [Del resumen del producto]

NXP Semiconductors, MKL16Z256VLH4

El MKL16Z256VLH4 es un SoC móvil ultra asequible construido sobre el núcleo ARM Cortex-M0+ que funciona a 48 MHz. Aunque ofrece una velocidad de procesamiento más lenta, aún proporciona procesamiento de 32 bits, consumo de energía ultra bajo con modo de sueño y memorias integradas (32 KB SRAM/256 KB Flash). Dado su punto de precio más bajo, múltiples interfaces de comunicación estándar y módulos analógicos (ADC SAR de 16 bits y DAC de 12 bits), una aplicación para este producto está en pequeños dispositivos IoT que adquirirán y procesarán señales de sensores. Este producto viene en un paquete LQFP de 64 pines, aunque hay una variante que viene en un paquete MAPBGA de 64 pines (MKL16Z256VMP4).

Diagrama de bloques del MKL16Z256VLH4 de NXP Semiconductor.

La computación integrada en IoT y otras áreas de aplicación continuará avanzando, y puedes maximizar el rendimiento de tu próximo sistema con el microcontrolador adecuado u otro dispositivo lógico programable.

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