¿Qué es un SoC y cuál es su relevancia en la tecnología actual?

• Un SoC (o sistema en chip) es un tipo de circuito integrado diseñado para centralizar y gestionar todos los elementos esenciales de un aparato electrónico en un solo componente. Si bien no son una invención reciente, en la actualidad se han vuelto fundamentales, convirtiéndose en el modelo de diseño más utilizado y demandado dentro de la industria de los semiconductores.

Un SoC, traducido del inglés como sistema en chip, es un circuito integrado que unifica y controla todos los componentes principales de un sistema o dispositivo electrónico. Aunque han existido desde los mismos inicios de las tecnologías de consumo, hoy han alcanzado una gran importancia y son el diseño que por número de unidades lidera la industria de los semiconductores.

No es fácil para el usuario de a pie estar al día de todos los conceptos que definen la industria actual del hardware. SoC, APU, CPU, GPU, NPU, PSU, RAM, SSD… Son decenas los vocablos que pueden encontrarse para definir todo tipo de componentes. Aunque una buena parte de usuarios compra su flamante iPhone y no piensa en mucho más, otros buscan algo más de información, como conocimiento o comparación de lo que están comprando. En este artículo le dedicaremos un acercamiento a uno de esos componentes principales, su diseño, concepto y aplicaciones principales.

Qué es un SoC

La traducción de ‘Sistema en un solo chip’ ofrece la primera pista para definir lo referido a un único circuito integrado (o chip) que puede integrar todos (o gran parte) de los componentes principales de una computadora salvo. Dependiendo de su enfoque de uso, puede estar basado en circuitos digitales, analógicos o mixtos, y a menudo suma también módulos de radiofrecuencia como los empleados en comunicación inalámbrica.

Un SoC suele incluir la unidad central de procesamiento (CPU), la unidad de procesamiento gráfico (GPU), otros co-procesadores para tareas dedicadas (como la seguridad), la memoria, los puertos de entrada/salida, módems de conectividad inalámbrica como Wi-Fi y Bluetooth, y, más recientemente, hardware dedicado para tareas de inteligencia artificial, las unidades de procesamiento neuronal o NPU.

El objetivo principal para alojar todos estos componentes en un formato compacto es centralizar las funciones de procesamiento y control, además de reducir el consumo de energía y ahorrar espacio dentro de los dispositivos que motorizan. Esta configuración difiere de los sistemas informáticos tradicionales, con chips o placas de circuitos independientes para diferentes funciones y características, como los diseños de una torre de sobremesa típica.

Los SoC se fabrican con tecnología de semiconductores y se basan en un único sustrato (silicio) para integrar toda su funcionalidad. Este diseño optimiza la comunicación entre componentes y permite una transferencia de datos más rápida, una menor latencia y una mayor eficiencia energética, lo que lleva a un mejor rendimiento por vatio. Otra de sus grandes ventajas es el menor espacio ocupado, por no hablar que su proceso de fabricación es infinitamente más económico que producir todos los componentes que integra por separado.

Aunque ARM es (a mucha distancia) la arquitectura que más diseños SoC suministra, hay que decir que este tipo de tecnologías pueden usarse con otras arquitecturas como x86 y, de hecho, tanto Intel como AMD las han producido y las producen.

Qué dispositivos lo utilizan

Los SoC son fundamentales para muchos dispositivos digitales modernos, especialmente aquellos donde el espacio, la eficiencia energética y la rentabilidad son la gran prioridad durante el desarrollo del producto. Su diseño compacto permite a los fabricantes integrar capacidades complejas en formatos pequeños.

Aunque los diseños SoC se usan desde hace décadas en los sistemas embebidos, la revolución de la movilidad con la llegada de los móviles inteligentes ha sido determinante para su uso masivo. Hoy en día, prácticamente el 100% de los smartphones que llegan al mercado los utilizan en unos diseños simplemente impresionantes, que gestionan desde el procesamiento básico hasta los juegos de alta gama, el procesamiento de imágenes de la cámara, la conectividad celular, la inalámbrica o todo lo relacionado con la IA.

Además de móviles, estos diseños de ‘un solo chip’ son esenciales para el grupo de wearables, como los relojes inteligentes, pulseras de actividad física o los auriculares inalámbricos donde el espacio es extremadamente limitado. También los usan la gran mayoría de tabletas electrónicas, al igual que otro buen número de consolas portátiles y prácticamente la totalidad del grupo de computadoras de placa única (SBC) como las Raspberry Pi.

Otro grupo que cada vez tiene más importancia es la industria automotriz donde los SoC se usan masivamente para los tableros digitales, los sistemas de info-entretenimiento o la conducción autónoma. Electrodomésticos inteligentes, drones, domótica, altavoces inteligentes, termostatos o todo lo que llega de los dispositivos de Internet de las Cosas suman un número incalculable.

¿Y en PCs y Servidores?

Cómo habrás leído, los SoC son (a mucha distancia) el diseño principal (por número de unidades) de los motores de procesamiento de los dispositivos digitales modernos. Pero, ¿y en computadoras personales? También, pero menos. La entrada de la arquitectura ARM en PCs, especialmente de la mano de Apple con sus diseños propios para Mac, ha abierto un nuevo camino que están siguiendo otros proveedores como Qualcomm, Y se espera que otros gigantes como NVIDIA entren pronto en este mercado.

Aunque se espera que su presencia aumente y bastante en los próximos años, especialmente en portátiles ligeros o mini-PCs básicos, las computadoras de escritorio y mayoría de portátiles de consumo y profesionales seguirán usando la arquitectura de hardware convencional, debido a las necesidades de mayor flexibilidad, mayor nivel de potencia y capacidad de expansión.

Como sabes, estas computadoras suelen instalar sus principales componentes por separado (CPU, GPU, RAM y almacenamiento), instalados individualmente en una placa base donde se incluye el chipset que maneja la comunicación entre ellos, los componentes de Entrada/Salida o los de conectividad inalámbrica.

Aquí conviene hacer una aclaración con los procesadores que incluyen una gráfica integrada en la misma die. Intel lo usa masivamente al igual que AMD que tiene una denominación propia como referencia. Los verás como APU o unidad de procesamiento acelerado. Conviene no confundirlos con los SoC porque éstos son un diseño diferente.

No es sencillo que la tecnología SoC se imponga en PCs porque la arquitectura convencional tiene unas ventajas imposibles de superar, como un diseño modular que permite a los usuarios actualizar o reemplazar componentes. O el apartado del rendimiento, en juegos, edición de video, renderizado 3D, computación científica u otras aplicaciones profesionales. Y es que los SoC presentan limitaciones al gestionar todo este tipo de tareas, si bien diseños como los Apple M han avanzado también en rendimiento de manera impresionante.

Aún así, muchos fabricantes de computadoras aún prefieren la arquitectura tradicional a los SoC porque estos últimos no están diseñados para cargas de trabajo sostenidas, grandes cachés y memoria de alto ancho de banda. Todo esto es más fácil de implementar con los sistemas informáticos tradicionales. Imagina la imposibilidad de integrar la potencia y consumo de energía de una tarjeta gráfica dedicada moderna en un sistema en un solo chip.

¿Y en servidores? Estaciones de trabajo profesionales y servidores para centros de datos requieren escalabilidad y arquitecturas multicomponente para poder gestionar tareas de procesamiento masivas simultáneamente, algo que los SoC no pueden gestionar. Sin embargo, es posible que los SoC se introduzcan pronto en el sector de los centros de datos a medida que se realicen más avances tecnológicos y la propia industria comience a reconocer el potencial de los microchips para optimizar el rendimiento y consumo en una era donde la IA se ha vuelto insaciable y amenaza incluso la sostenibilidad global en el consumo de energía.