IoT et SoCs mobiles : Puissance de traitement pour les appareils de nouvelle génération

Depuis l'apparition des premiers smartphones sur le marché, la course est lancée pour intégrer toujours plus de fonctionnalités dans un seul appareil. Cela ne se produit pas seulement au niveau logiciel, cela nécessite également le bon matériel pour fournir la puissance de traitement nécessaire. Avec plus de fonctionnalités intégrées dans un espace plus réduit, les nouveaux smartphones incluent des dispositifs de système sur puce (SoC) toujours plus puissants qui assurent le traitement des données et l'interface avec d'autres sous-systèmes dans les appareils mobiles.

Les SoC mobiles pour une utilisation dans les nouveaux smartphones et l'IoT incluent un modem LTE, un processeur graphique, un processeur de signal numérique pour soutenir la fonctionnalité d'intelligence artificielle (IA), une mémoire cache, la sécurité des dispositifs, et d'autres fonctions, tout intégré dans une seule puce. Les nouveaux produits nécessiteront des SoC mobiles puissants alors que la révolution de l'IoT continue et que les demandes de fonctionnalités dans ces dispositifs continuent de s'étendre.

IoT et contrôleurs SoC mobiles

Avec les nouveaux dispositifs IoT nécessitant l'intégration de plus de fonctions au niveau logiciel qui ont été reléguées aux ordinateurs depuis un certain temps, ces dispositifs auront besoin d'une plus grande puissance de traitement pour être utilisés dans une variété de nouvelles applications. Certaines fonctionnalités envisagées incluent l'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle, qui sont toutes deux des applications intensives en traitement et en mémoire. Les puces les plus avancées actuellement utilisées dans les smartphones disponibles commercialement sont l'A12 Bionic d'Apple, le Snapdragon 855 de Qualcomm, et le Kirin 980 de Huawei, qui sont fabriqués en utilisant un processus de lithographie de 7 nm. Le tableau ci-dessous montre une comparaison des caractéristiques entre les trois.

Les contrôleurs SoC Kirin 980 et Snapdragon 855 ont des CPU basés sur l'architecture ARM, qui est un acronyme pour Advanced Reduced Instruction Set Computing (RISC) Machine. Cette architecture est licenciée aux fabricants de puces de micro-contrôleurs pour inclusion dans les contrôleurs pour appareils mobiles. L'architecture RISC dans les contrôleurs SoC basés sur ARM nécessite moins de transistors, donc ces contrôleurs coûtent moins cher et dissipent moins de puissance que les contrôleurs trouvés dans la plupart des ordinateurs personnels. Cela rend les SoC mobiles basés sur ARM bien adaptés pour les smartphones, les dispositifs IoT, et d'autres systèmes embarqués.

Les dernières générations de processeurs ARM Cortex-M ciblent les applications de dispositifs IoT en fournissant des solutions de sécurité et d'apprentissage automatique, en plus des exigences de systèmes embarqués à haute performance comme la réponse d'interruption déterministe en temps réel, la faible consommation d'énergie, et la taille de mot de 32 bits ou 64 bits.

Les processeurs Cortex-M23 et Cortex-M33 sont disponibles avec une technologie de sécurité nommée TrustZone^TM, qui fournit une isolation matérielle à l'échelle du système pour les logiciels de confiance. Les cœurs Cortex-M7 et Cortex-M33 offrent un support pour le traitement de signal numérique (DSP) et le traitement en virgule flottante de précision simple (32 bits). Ces capacités permettront l'apprentissage machine sur appareil pour une utilisation dans des applications telles que la vision par ordinateur et le calcul en périphérie pour les dispositifs IoT.

Microcontrôleurs SoC ARM Cortex Mobile

ST Microelectronics, STM32L552RC

La série de dispositifs STM32L552xx représente une famille de microcontrôleurs ultra-basse consommation (Série STM32L5) construite sur le cœur RISC 32 bits ARM Cortex-M33 dans un boîtier LQFP de 64 broches. Ces dispositifs incluent des mémoires embarquées à haute vitesse (256 Ko de SRAM/512 Ko de Flash), une large gamme d'E/S et de périphériques améliorés sur deux bus APB et deux bus AHB avec une matrice de bus multi-AHB de 32 bits :

Le cœur Cortex-M33 dispose d'une unité de traitement en virgule flottante (FPU) de précision simple, qui prend en charge toutes les instructions de traitement de données à précision simple d'Arm^® et tous les types de données. Le cœur Cortex-M33 implémente également un ensemble complet d'instructions DSP (traitement de signal numérique), un support conscient de TrustZone et une unité de protection de la mémoire (MPU) qui améliore la sécurité de l'application. [D'après la fiche produit]

En outre, ces dispositifs incluent deux CAN 12 bits de 5 Msps, deux canaux DAC, deux comparateurs, deux amplificateurs opérationnels, un tampon de référence de tension interne, une RTC basse consommation, deux minuteries générales 32 bits, deux minuteries PWM 16 bits dédiées au contrôle moteur, sept minuteries générales 16 bits, et deux minuteries basse consommation 16 bits. Les dispositifs prennent en charge quatre filtres numériques pour modulateurs sigma delta externes (DFSDM). Jusqu'à 22 canaux de détection capacitive sont disponibles pour l'intégration HMI.

Schéma bloc du STM32L552RC de ST Microelectronics.

ST Microelectronics, STM32F746NG

Les séries de dispositifs STM32F745xx et STM32F746xx ont un point de prix bas tout en offrant des capacités comparables ou supérieures à celles du contrôleur précédent. Ces dispositifs sont basés sur le cœur ARM Cortex-M7 32 bits RISC. Ils mettent également en œuvre un ensemble complet d'instructions DSP et une unité de protection de mémoire (MPU) pour renforcer la sécurité des applications IoT sécurité des applications IoT. Cette série de dispositifs intègre également des mémoires embarquées à haute vitesse (320 Ko de SRAM/1 Mo de Flash), y compris 64 Ko de RAM TCM pour le traitement en temps réel des données critiques.

En plus de l'architecture de bus trouvée dans le produit précédent, ce produit offre des fonctionnalités de traitement/conversion de signaux similaires avec des fonctionnalités de communication avancées :

Tous les dispositifs offrent trois ADC 12 bits, deux DAC, une RTC basse consommation, treize minuteries générales 16 bits dont deux minuteries PWM pour le contrôle moteur et une minuterie basse consommation disponible en mode Stop, deux minuteries générales 32 bits, un générateur de nombres aléatoires (RNG). Ils disposent également d'interfaces de communication standard et avancées. [D'après la fiche produit]

NXP Semiconductors, MKL16Z256VLH4

Le MKL16Z256VLH4 est un SoC mobile ultra-abordable construit sur le cœur ARM Cortex-M0+ fonctionnant à 48 MHz. Bien qu'il offre une vitesse de traitement plus lente, il fournit toujours un traitement 32 bits, une consommation d'énergie ultra-faible avec mode veille et des mémoires embarquées (32 Ko de SRAM/256 Ko de Flash). Étant donné son point de prix inférieur, ses multiples interfaces de communication standard et ses modules analogiques (ADC SAR 16 bits et DAC 12 bits), une application pour ce produit est dans les petits dispositifs IoT qui acquerront et traiteront les signaux des capteurs. Ce produit est disponible dans un boîtier LQFP à 64 broches, bien qu'il existe une variante dans un boîtier MAPBGA à 64 broches (MKL16Z256VMP4).

Schéma bloc du MKL16Z256VLH4 de NXP Semiconductor.

L'informatique embarquée dans l'IoT et d'autres domaines d'application continuera de progresser, et vous pouvez maximiser la performance de votre prochain système avec le bon microcontrôleur ou autre dispositif logique programmable.

Nous espérons que vous avez trouvé cet article utile ! Restez à jour avec nos derniers articles en vous inscrivant à notre newsletter.