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DSP发展趋势 作者：王明水 2009090301103内容提要：DSP的前景以及更为主要的发展趋势，其发展领域。关键词：发展趋势、前景。正文：提及DSP，刚刚接触的我全然不知什么意思，上网查了一下得知。数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。DSP市场拓展纵横谈 在经历整整二十年的市场拓展之后，DSP所树立的高速处理器地位不仅不可动摇，而且业已成为数字信息时代的核心引擎。与此同时，DSP的市场正在蓬勃发展。根据Forward Concepts 分析家的预测，今年全球DSP销量将达到$82亿美元，比去年增加约三分之一。而对于2004年和2005年的预测值，则分别是$108亿元和$140亿元，并预言未来几年DSP都将以每年超过30%的速度成长。根据CCID权威的分析，中国DSP市场今年可达到120亿元人民币，比去年增长约40%，未来的增长将可能超过全球的平均速度。 对于DSP市场的高速增长，许多人充满着浓厚的兴趣。本文将结合DSP纵向的发展历程和横向的拓展方向进行探讨，以便探讨DSP市场拓展的特点。 DSP商品化历程 对于TI推出业界第一颗商用DSP的历史，TI首席科学家Gene Frantz在一篇名为DSP: 如何使TI风险业务变成其最大的业务（DSP: How TIs Risky Business became it BIGGEST business）的文章有极为精彩的分析。在这篇文章中他提到DSP最初还只是一项技术的名称，既数字信号处理。这项技术在二十世纪六十年代从校园中兴起，到七十年代才由计算机实现部分实时处理，而多用于高尖端领域。DSP既与大量运算相关，每秒完成运算一百万次运算就变为一个新的单位MIPS，而实现每个MIPS的成本高达$10到$100美元便成为商品化的障碍。 八十年代前后，陆续有公司设计出适合于DSP处理技术的处理器，于是DSP开始成为一种高性能处理器的名称。TI在1982年发表一款DSP处理器名为TMS32010，其出色的性能和特性倍受业界的关注，当然新兴的DSP业务的确承担着巨大的风险，究竟向哪里拓展是生死攸关的问题。当努力使DSP处理器每MIPS成本也降到了适合于商用的低于$10美元范围时，DSP不仅在在军事，而且在工业和商业应用中不断获得成功。1991年TI推出的DSP批量单价首次低于$5美元而可与16 位 的微处理器相媲美，但所能提供的性能却是其5至10倍。 进入九十年代，有多家公司跻身于DSP领域与TI进行市场竞争。TI首家提供可 定制 DSP，称作cDSP。cDSP 基于内核 DSP的设计可使DSP具有更高的系统集成 度，大加速了产品的上市时间。同时TI瞄准DSP电子市场上成长速度最快的领域，适时地提供各种面向未来发展的解决方案。到九十年代中期，这种可编程的DSP器件已广泛应用于数据通信、海量存储、语音处理、汽车电子、消费类音频和视频产品等等，其中最为辉煌的成就是在数字蜂窝电话中的成功。德州仪器通过不断革新，推陈出新，DSP业务也一跃成为TI的最大的业务，并始终处于全球DSP市场的领导地位。虽然这个阶段DSP每MIPS的价格已降到10美分到1美元的范围，但DSP所带动的市场规模巨大。 新世纪的DSP市场竞争加剧，TI及时调整DSP发展战略全局规划，并以全面的产品规划和完善的解决方案，加之全新的开发理念，深化产业化进程。成就这一进展的前提就是DSP每MIPS价格目标已设定为几个美分或更低。 DSP产业化进程 DSP应用产品获得成功的一个标志就是进入产业化。在以往的二十年中，这一进程在不断重复进行，只是周期在不断缩小。在数字信息时代，更多的新技术和新产品需要快速地推上市场，因此，DSP的产业化进程还是需要加速进行。 DSP的产业价值体系可分为以下几个层面: 作为DSP产品最核心的，或是最底层的当然是器件，芯片制造商应当提供完整的文档资料，技术支持，并提供价格和货期支持。但对于DSP系统开发，这显然是不够的，因为最终产品开发必然与系统集成紧密相关是最高层。那么，这其中的几个层面是如何划分的呢？ 在DSP器件之上是开发和演示系统，其中包括参考设计和一些定制化的设计，一般由TI和第三方合作伙伴提供；在此之上就是标准应用算法，TI和第三方合作伙伴可部分提供，而客户将介入，并存在目标代码或源代码的授权问题。然后就是操作系统、设备驱动和协议栈层，需要开发授权；由此，可以上升到系统应用层面，已验证系统概念演示。至此，产品开发底层工作已经就绪，客户和其OEM厂商可进行最后的产品化工作。 上述价值体系看似复杂，但确是在DSP产业化过程中逐步完善形成。实际操作中如果分工明确、沟通清晰，并不存在太多障碍。TI在DSP上的成功归功于系列革新举措以及持续不断的投入，有效地推进了DSP的产业化进程。 在DSP的早期发展阶段，TI通过大学计划、建立第三方发展计划和DSP设计大奖赛进行DSP的教育和普及工作。同时通过加强与新兴产业领导者的合作，推出DSP解决方案，并实现产品化。在最近五年内，TI在软件和开发工具上投资十亿美金，建立了业界最为巨大的DSP开发基础设施。目前全球有超过650家公司加入到TI的第三方伙伴网络，提供上千种DSP算法和产品方案。 DSP市场化拓展 当前虽然DSP无论是作为一种成熟的技术还是一种成熟的产品均已成为数字信息时代的主流，但是其市场化拓展还存在这巨大的空间。DSP的三大要素即性能、价格和功耗与其市场拓展息息相关。挑战更高的性能，尽可能降低价格和功耗，永远是DSP追求的目标。 下面将每十年DSP性能、规模、工艺、价格的变动和及应用概括如下： 年代 1980 1990 2000 2010 速度（MIPS） 5 40 5000 50000 RAM(字节) 256 2K 32K 1M 规模（门） 50K 500K 5M 50M 工艺（微米） 3 0.8 0.1 0.02 价格（美元） $150 $15 $5 $0.15 目标应用 工业仪器军事 调制解调器硬盘驱动器数字答录机蜂窝电话等 多媒体网关数字相机智能电话数字广播等 新一代手机流媒体设备数字电视机等等 可以看出在各个时代，DSP性能随集成度的增加而提高，而价格却一直在下降。DSP突出的性能价格比趋势似乎也在很好地演绎着Moore定律。从不断扩大的目标应用来看，DSP在数字信息产品的市场地位越来越重要。 目标应用 工业仪器军事 调制解调器硬盘驱动器数字答录机蜂窝电话等 多媒体网关数字相机智能电话数字广播等 新一代手机流媒体设备数字电视机等等 可以看出在各个时代，DSP性能随集成度的增加而提高，而价格却一直在下降。DSP突出的性能价格比趋势似乎也在很好地演绎着Moore定律。从不断扩大的目标应用来看，DSP在数字信息产品的市场地位越来越重要。 针对DSP功耗的变动趋势，存在一个Gene定律，如下图所示： 不难看到DSP每MIPS的功耗在1982年为250mW,而到1992就迅速下降为12.5mW，到2000年仅为0.1mW。2004年将挑战0.01mW，而预计2010年将达到0.001mW。概括起来就是DSP功耗性能比没隔5年将降低10倍。 当今DSP之所以可以在嵌入式应用方面挑战微处理器CPU，在数字控制方面可挑战单片机MCU，还在于DSP结构体系已实现多样性。DSP既有追求高性能并行结构，也有追求低功耗的省点核心；DSP中不仅可以集成闪存、数据转换器和多种接口，还可以集成CPU核心、视频和音频接口。 软件可编程性始终是DSP市场拓展的关键。目前DSP开发工作中的80%以上已是软件工作。数字信息产品中需要应用到许许多多新的技术和标准，其中不少需要经过不断完善。DSP首先可以构建一个强大灵活的硬件平台和软件