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片上系统SoC(System on Chip)简单来说 SoC芯片是在中央处理器CPU的基础上扩展音视频功能和专用接口的超大规模集成电路，是智能设备的“大脑”。应用处理器AP(Application Processor)是SoC中包含CPU在内的所有计算芯片的集成物。智能手机SoC通常包含AP和基带处理器BP等，AP负责应用程序的运行，BP负责收发无线信号。有时将AP和SoC混用。随着半导体工艺的发展，传统MCU已经不能完全满足智能终端的需求，SoC应运而生，凭借其性能强、功耗低、灵活度高的特点，使单芯片能够完成完整的电子系统。SoC在移动计算(例如智能手机和平板电脑)和边缘计算市场中非常普遍。它们也常用于嵌入式系统，如WiFi路由器和物联网。当前 SoC已成为功能最丰富的硬件，集成了 CPU、GPU、RAM、ADC、DAC、Modem、高速DSP 等各个功能模块，部分SoC还集成了电源管理模块、各种外部设备的控制模块，同时还需要考虑各总线的分布利用等。

IP 核(Intellectual Property Core)，即知识产权核，在集成电路设计行业中指已验证、可重复利用、具有某种确定功能的芯片设计模块。SoC是以IP模块为基础的设计技术，IP是SoC应用的基础。IP 核可以划分为CPU、GPU、DSP、VPU、总线、接口等6个类别，也可按软核、固核、硬核分类。

1990年IP龙头Arm开创了IP核授权模式。Arm负责芯片架构设计，并将IP核授权给Fabless厂商。随着超大规模集成电路的发展，集成电路(IC)逐渐向集成系统(IS)转变，IC设计厂商趋向于将复杂功能集成到单硅片上，SoC的概念逐渐形成。例如，三星等厂商根据产品需求将基于ARM架构的CPU处理器和各类外围IP组合得到包含许多组件的SoC，根据不同应用需求，内部组件封装不尽相同。1994 年Motorola发布的Flex Core系统和1995年LSILogic公司为Sony公司设计的SoC, 是基于IP核完成SoC设计的最早报导。

典型的SoC包括以下部分：

  • 一个或多个处理器内核，可以是MCU、MPU、数字信号处理器或专用指令集处理器内核

  • 存储器：可以是RAM、ROM、EEPROM或闪存

  • 用于提供时间脉冲信号的振荡器和锁相环电路

  • 由计数器和计时器、电源电路组成的外设

  • 不同标准的连线接口，如USB、火线、以太网、通用异步收发

  • 用于在数字信号和模拟信号之间转换的ADC/DAC

  • 电压调理电路及稳压器

SoC是系统级的芯片，可能包含许多MCU，适用于具有更多要求和更复杂的应用程序。SoC是一个完整的单芯片计算机系统，能够执行具有更高资源需求的复杂任务。

SoC指令集：指令集是CPU的一种设计模式，分为精简指令集RISC和复杂指令集CISC两种。其中，ARM、MIPS、Power、Alpha等均是基于RISC架构，X86则是基于CISC的架构。ØX86架构占据了服务器和桌面领域的垄断地位，ARM架构占据了嵌入式领域的绝大部分市场，而MIPS、Power、RISC-V等也在相关特殊领域占有一定的市场份额。ØSoC处理器内核通常都使用ARM、RISC-V指令集架构，因为在嵌入式和移动计算市场中面积和功率通常受严格限制。

大多数指令集架构都受到专利保护，如x86、MIPS、Alpha，遏制了创新发展。先前的指令集架构较复杂，且应用领域较单一，且不便于对特定应用进行自定义扩展，缺乏适用于多个领域的统一架构。为此，加州大学伯克利分校研究人员设计了新的指令集架构RISC-V，并以BSD授权的方式开源。近两年RISC-V架构大热，生态也发展较快，比较适合低功耗的应用场景，其开源、精简、可修改等特点决定了RISC-V将在物联网时代拥有巨大的发展前景，未来很可能发展成为世界主流指令结构之一。