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未来定点DSP芯片仍将是市场的主角

发布时间:2022-09-27 05:22:43 来源:电竞平台 作者:电竞平台官方入口

  DSP(Digital Signal Processing)即数字信号处理技术,DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,广泛采用流水线操作,提供特殊的DSP指令,可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。

  这是根据DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类的。如果在某时钟频率范围内的任何时钟频率上,DSP芯片都能正常工作,除计算速度有变化外,没有性能的下降,这类DSP芯片一般称为静态DSP芯片。例如,日本OKI 电气公司的DSP芯片、TI公司的TMS320C2XX系列芯片属于这一类。

  如果有两种或两种以上的DSP芯片,它们的指令集和相应的机器代码机管脚结构相互兼容,则这类DSP芯片称为一致性DSP芯片。例如,美国TI公司的TMS320C54X就属于这一类。

  不同浮点DSP芯片所采用的浮点格式不完全一样,有的DSP芯片采用自定义的浮点格式,如TMS320C3X,而有的DSP芯片则采用IEEE的标准浮点格式,如Motorola公司的MC96002、FUJITSU公司的MB86232和ZORAN公司的ZR35325等。

  按照DSP的用途来分,可分为通用型DSP芯片和专用型DSP芯片。通用型DSP芯片适合普通的DSP应用,如TI公司的一系列DSP芯片属于通用型DSP芯片。专用DSP芯片是为特定的DSP运算而设计的,更适合特殊的运算,如数字滤波、卷积和FFT,如Motorola公司的DSP56200,Zoran公司的ZR34881,Inmos公司的IMSA100等就属于专用型DSP芯片。

  DSP芯片的诞生是时代所需。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。在DSP芯片出现之前数字信号处理只能依靠微处理器来完成。但由于微处理器较低的处理速度不快,根本就无法满足越来越大的信息量的高速实时要求。因此应用更快更高效的信号处理方式成了日渐迫切的社会需求。

  上世纪70年代,DSP芯片的理论和算法基础已成熟。但那时的DSP仅仅停留在教科书上,即使是研制出来的DSP系统也是由分立元件组成的,其应用领域仅局限于军事、航空航天部门。

  1978年,AMI公司发布世界上第一个单片DSP芯片S2811,但没有现代DSP芯片所必须有的硬件乘法器;

  1979年,美国Intel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个主要里程碑,但其依然没有硬件乘法器;

  1980年,日本NEC公司推出的MPD7720是第一个具有硬件乘法器的商用DSP芯片,从而被认为是第一块单片DSP器件。

  1982年世界上诞生了第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品。这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作,虽功耗和尺寸稍大,但运算速度却比微处理器快了几十倍。DSP芯片的问世是个里程碑,它标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。至80年代中期,随着CMOS工艺的DSP芯片应运而生,其存储容量和运算速度都得到成倍提高,成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。

  80年代后期,第三代DSP芯片问世。运算速度进一步提高,其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域;

  90年代DSP发展最快,相继出现了第四代和第五代DSP芯片。第五代与第四代相比系统集成度更高,将DSP芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。

  进入21世纪后,第六代DSP芯片横空出世。第六代芯片在性能上全面碾压第五代芯片,同时基于商业目的的不同发展出了诸多个性化的分支,并开始逐渐拓展新的领域。

  我国DSP芯片的消费量一直远高于产量,这是因为DSP芯片技术一直被国外企业把控,世界上主要的DSP芯片制造商是德州仪器(TI)、模拟器件公司(ADI)和摩托罗拉(Motorola),其中德州仪器公司占据了绝大部分的国际市场份额。

  当前,美国、加拿大、日本、中国和欧洲是全球DSP芯片的主要消费市场,而其中中国是增长最快的国家之一。目前国内DSP芯片厂商市场份额依然很小,但下游需求旺盛,呼唤着性价比良好且有自主知识产权的国产芯片产品,打破国外技术垄断,提升DSP芯片自给率,是接下来的重要课题。

  DSP芯片的竞争力主要体现在三个方面:性能、价格、功耗。性能方面,两款新品在线路侧发射端拥有极低的电TDECQ及高线性度;集成有限脉冲响应(FIR)滤波器;具备自适应的CTLE功能等,通过与客户互联互通验证,反响良好。

  缩小DSP芯片尺寸一直是DSP技术的发展趋势,当前使用较多的是基于RISC结构,随着新工艺技术的引入,越来越多的制造商开始改进DSP芯核,并且把多个DSP芯核、MPU芯核以及外围的电路单元集成在一个芯片上,实现了DSP系统级的集成电路。

  随着个性化发展的需要,DSP的可编程化为生产厂商提供了更多灵活性,满足厂家在同一个DSP芯片上开发出更多不同型号特征的系列产品,也使得广大用户对于DSP的升级换代。例如冰箱、洗衣机,这些原来装有微控制器的家电如今已换成可编程DSP来进行大功率电机控制。

  目前,市场上所销售的DSP器件中,占据主流产品的依然是16位的定点可编程DSP器件,随着DSP定点运算器件成本的不断低,能耗越来越小的优势日渐明显,未来定点DSP芯片仍将是市场的主角。