这些天，关于苹果M1和智能手机芯片的讨论如此之多，你可能会听说其中使用的“芯片上系统”（SoC）设计。但什么是SoC，它们与CPU和微处理器有何不同？我们会解释的。

芯片上的系统：快速定义

芯片上的系统是一种集成电路，它将计算机系统的许多元件组合成一个芯片。SoC通常包括一个CPU，但也可能包括系统内存、外围控制器（用于USB、存储）和更高级的外围设备，如图形处理单元（GPU）、专用神经网络电路、无线电调制解调器（用于蓝牙或Wi-Fi）等。

片上系统方法与传统的PC不同，它具有CPU芯片和独立的控制器芯片、GPU和RAM，可以根据需要进行更换、升级或交换。SoC的使用使计算机更小、更快、更便宜、耗电更少。

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电子集成简史

自20世纪初以来，电子技术的发展一直遵循着两大趋势：微型化和集成化。随着时间的推移，小型化已经见证了单个电子元件，如电容器、电阻器和晶体管变得越来越小。随着1958年集成电路（IC）的发明，集成已经将多个电子元件组合到一块硅上，从而实现了进一步的小型化。

随着20世纪电子产品的小型化，计算机也变得更小了。最早的数字计算机是由继电器或真空管等大型分立元件制成的。后来，他们使用分立晶体管，然后是集成电路组。1972年，英特尔将计算机中央处理器（CPU）的元件组合成一个集成电路，第一个商业化的单片微处理器诞生了。有了微处理器，计算机可以比以前更小，耗电更少。

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在芯片上输入微控制器和系统

1974年，德州仪器公司发布了第一款微控制器，它是一种微处理器，带有RAM和I/O设备，与CPU集成在一块芯片上。不需要为CPU、RAM、内存控制器、串行控制器等单独的IC，所有这些都可以放在一个芯片中，用于小型嵌入式应用，如袖珍计算器和电子玩具。

在PC时代的大部分时间里，使用带有独立控制器芯片、RAM和图形硬件的微处理器产生了最灵活、功能最强大的个人计算机。微控制器通常太有限，无法胜任一般的计算任务，因此保留了使用带有离散支持芯片的微处理器的传统方法。

最近，智能手机和平板电脑的发展推动了集成，甚至比微处理器或微控制器更进一步。结果是系统在芯片上，它可以将现代计算机系统的许多元素（GPU、蜂窝调制解调器、AI加速器、USB控制器、网络接口）以及CPU和系统内存打包到一个单独的包中。这是电子产品持续集成和小型化的又一步，很可能会持续很长时间。

为什么要在芯片上使用系统？

在单片硅上安装更多的计算机系统元件可以降低电源需求、降低成本、提高性能并减小物理尺寸。所有这些都大大有助于创建更强大的智能手机、平板电脑和笔记本电脑，它们使用更少的电池寿命。

例如，苹果以制造功能强大、紧凑的计算设备而自豪。在过去14年中，苹果在iPhone和iPad系列中使用了SoC。起初，他们使用其他公司设计的基于ARM的SoC。2010年，苹果推出了A4 SoC，这是苹果设计的第一款iPhone SoC。从那时起，苹果在其A系列芯片上进行了迭代，取得了巨大成功。SoC有助于iPhone使用更少的电量，同时始终保持紧凑和更强大的功能。其他智能手机制造商也使用SoC。

直到最近，SoC很少出现在台式计算机中。2020年，苹果推出了M1，这是其首款用于台式机和笔记本电脑Mac的SoC。M1将CPU、GPU、内存等组合在一块硅上。2021，苹果使用M1 Pro和M1 Max对M1进行了改进。这三种芯片都为Mac带来了令人印象深刻的性能，同时与大多数PC中的传统离散微处理器架构相比，它们的功耗较小。

Raspberry Pi 4是一款广受欢迎的业余爱好者电脑，它的核心功能也使用了芯片上的系统（Broadcom BCM2711），这使得设备成本低（约35美元），同时提供了充足的电力。SoC的未来是光明的，它延续了一个多世纪前开始的电子集成和小型化的传统。接下来是激动人心的时刻！

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