DSP在占据嵌入式通信终端和基础设施市场的主导地位之后,现在其触角也已广泛地拓展到了更多的嵌入式数字多媒体应用领域,同时更以其完全软件可编程的灵活性,在众多的数字信息产品解决方案中发挥着越来越大的作用。“十年之内,DSP有可能成为最大的半导体产业。”出自TI总裁兼首席执行官Tom Engibous的一句话为DSP的显赫地位一锤定音。
自从1979年第一颗DSP在贝尔实验室问世以来,DSP就一直在改变我们的生活,作为众多电子信息产品的核心引擎,DSP一度被人们奉为数字化革命的“旗手”。借助其在高速实时信号处理中一骑绝尘的优势和后数字时代对高速大吞吐量数字处理的需求,DSP厂商正在试图打造一个无处不在的DSP市场。在通信市场占据主导地位的同时,DSP的应用也拓展到数字媒体和数字消费类产品领域,同时更以其完全软件可编程的灵活性,在众多的数字信息产品方案中发挥着越来越大的作用。“十年之内,DSP有可能成为最大的半导体产业。”出自TI总裁兼首席执行官Tom Engibous的一句话为DSP的显赫地位一锤定音。
全球通用DSP市场规模预测(2003～2007)。
在经历了2001年由于全球通信产业不景气导致的短暂停滞之后,从2003年起DSP市场迅速恢复了活力。LSI Logic的ZSP产品亚洲区销售总监George Liao指出,当前DSP的许多应用市场都增长强劲,包括无线产品、个人应用、群组应用和工业控制等。无独有偶,飞思卡尔半导体亚太区传讯及公共事务高级经理萧丽芬在接受采访时亦表示,3G和VoIP开始商业运营将带动DSP市场迅猛增长,而许多原本基于MCU的家电应用现在也越来越多的采用DSP器件,以增加产品的功能和性能。据半导体行业协会(SIA)发布的市场研究数据显示,在过去的一年里全球DSP销售收入达到79亿美元,2005年预计将达到84亿美元,2007年更将升至120亿美元。而在中国市场,DSP的市场增长率一直高于全球市场的平均水平,年均增长率超过40%。
高端与低端并举的市场策略
整体来看,DSP应用在网络、消费电子以及无线等领域将越来越普及,使得相关市场需求越来越大,未来DSP市场竞争将日趋激烈。在这种情况下,DSP厂商采取两条腿走路的发展策略,一方面,通过采用更先进的生产工艺继续发展性能更佳、易于开发并支持多处理器的DSP器件,针对需要用复杂算法对大量数据进行处理的应用如自动导航、全自动化车辆、复杂的人工智能视觉系统以及高品质的医疗影像等。另一方面,推出小型低成本DSP,直指成本敏感、同时需要低能耗、高指令吞吐处理能力和灵活性能的大规模嵌入式应用市场。“随着消费电子产品开始全面利用宽带有线和无线网络,低成本、低功耗的DSP市场正在迅速扩张。”LSI Logic的George说。
在DSP的各个细分应用市场中,无线产品如手机市场尤其是中国市场增长强劲。据分析,2004年底中国手机用户数已经到3亿,预计2005年将继续增长,规模惊人的手机用户群还需要大量的无线基础设施来为这些手机服务,所有这些都将对DSP器件产生庞大的市场需求。而在个人应用领域,包括便携式数字音频播放机、便携式视频播放机、游戏机和数码相机等市场的增长势头也相当乐观。此外,在媒体网关、视频监控解决方案、电脑打印机、用于数字广播(包括网络电视)的机顶盒、线缆和DSL调制解调器等群组应用中,市场需求仍在进一步扩大。
在新兴市场方面,TI负责中国区DSP和新兴市场的高级业务代表郑小龙指出,DSP将在各种先进的医疗设备、智能玩具、专业音响和各种生物识别应用如指纹识别、语音识别、人脸识别和虹膜识别中找到大量市场机会。对于该公司提供的解决方案,郑小龙介绍说,在医疗仪器方面,基于OMAP平台的人体生理信息诊断设备将推出,从而一改以往需要借助庞大微机系统的局面。对于指纹识别,同时兼有低功耗性能比和高性能价格比的C55x系列是最理想选择,而其它则有C62x或C64x。语音识别技术和应用亦有希望掀起新的高潮,基于C54x系列、C55x系列、C547x系列等多种平台的成果必将实现产品化。DSP还将渗透到专业音响应用中,国内已有厂商推出基于C6711/C6713的高端音响产品。
汽车应用是DSP的另一个潜在机会,随着汽车市场的增长,DSP在这一领域的增长不可忽视。和很多电子产品相似,汽车也正在经历着一场数字革命的洗礼,纯机械系统和模拟电子的时代已经一去不复返。现今的汽车是数字化的汽车,内置了几十甚至上百个嵌入式处理器,它们通过数字网路相互连接,以控制和优化汽车内几乎每一个系统的运转,如电子助力转向、制动、动力传送、主动式悬挂系统、电子气门驱动、引擎性能模块等。
此外,DSP在汽车领域的新应用还包括需要高信号处理性能的计算密集型应用(如车道跟踪系统),也包括仅需一般处理性能的应用(如胎压监控系统-TPMS)。面向汽车信号处理应用的DSP具有很宽的性能范围,而且将来更会趋于多样化。基于视频的安全和信息娱乐系统等高端应用将需要更高的信号处理性能,而TPMS等低端应用则要求节能高效。与此同时,DSP在工业领域的应用也越来越多,如工业机械自动化、电机控制、能源管理等都开始利用DSP在实时信号处理方面的专长。
性能追求无极限的技术法则
性能指标是永远的追求,着眼于半导体技术的发展趋势,采用先进工艺和高集成度是DSP的必由之路。2004年11月,TI宣布开始量产第一批采用90纳米工艺的1GHz DSP,再度为业界写下DSP性能的新标准,其采用90纳米工艺生产的C6414T、C6415T及C6416T DSP已在超过70家客户的产品中得到大量应用。该公司的郑小龙表示:“目前批量生产的DSP芯片的主流工艺已到0.13微米,而采用90纳米工艺的DSP已投入批量生产。65纳米工艺的DSP正在开发中,并有望在一年后推出。”他还指出,DSP已经不再是单一的处理部件,而是集成了更多的功能单元、外围设备甚至微处理器。
DSP与其它类型处理器的整合互补趋势现已不足为奇,为了满足更多应用处理的需求,这类架构继续向内容更丰富、更复杂的SoC架构发展,典型例子如TI的OMAP平台、飞思卡尔的MXC平台以及ADI的Blackfin平台等。这些先进的SoC结合了RISC微处理器的通用性功能与DSP的强大信号处理能力,从而有利于构建更加灵活的处理平台,提供更完善的系统解决方案。郑小龙指出,这种集成趋势还在继续,他表示,除了推出第二代OMAP,TI的数字媒体处理器DM64x与ARM9的集成将催生更强大的数字媒体综合平台,可以支持高性价比的IP机顶盒和IP可视电话等数字媒体终端产品。
同时,多内核DSP产品也成为很多厂商进一步提升性能的发展方向。比如飞思卡尔去年底推出的MSC812x系列多内核DSP,集成了四个基于StarCore技术的高性能内核,使该公司的MSC8122和MSC8126 DSP速率由400MHz增至500MHz。与第一代MSC8102相比,新产品的性能增加了50%,达到运行速率2GHz、吞吐量8,000 MMACS的单DSP内核的水平。
另外,带有更完善外围电路、嵌入式闪存和片上仿真的DSP产品也是发展趋势。TI近日宣布推出基于数字射频处理器(DRP)技术的手机单芯片解决方案,首次实现了在同一芯片上集成包括数字基带、SRAM、逻辑器件、射频、电源管理等大量功能；英飞凌也将在2005年推出一款在全CMOS工艺下集成基带(应用处理器、DSP)和射频收发器的单芯片GPRS手机解决方案,可极大减少手机中的元器件数量。由此可见,通过对射频电路的整合,嵌入式DSP应用的集成度又将达到一个新的高度。
发展DSP产业链,培育中国市场
整个DSP的产业链可分为五个部分,分别是器件、开发和演示系统、标准应用算法、操作系统/设备驱动/协议栈/系统应用,以及产品开发与系统集成,逐级而上,分别由DSP厂商、第三方公司(3P)和客户承担,其中DSP厂商的精力主要放在改进芯片设计、革新制造工艺、提高运算速度、增加功能、降低功耗和减小成本等方面,而开发工具、应用软件和实际应用系统一般由第三方公司和客户或ODM完成。
基于厂商提供的DSP芯片,这些第三方公司通过寻找各种各样的商机、开发新的软件和新的产品,为人们提供琳琅满目的数字化产品。在DSP厂商的扶持下,中国本地的第三方DSP技术服务公司日渐增多,目前活跃在中国市场的第三方公司主要有长信嘉信息技术公司、合众达电子、瑞泰创新、闻亭科技、上海迅特电子、飓风中天和智达科技等,它们以各种方式提供DSP应用解决方案、硬件开发工具和技术支持服务等。
为了进一步开拓中国市场,众多DSP厂商除了不断扶持本地的第三方DSP技术服务公司,还通过与大学及科研机构合作的方式全面培育中国市场。郑小龙表示,TI在中国对DSP市场的耕耘已有多年,在培植了DSP开发的战略合作伙伴以及第三方合作伙伴的同时,也教育和培训无数DSP开发人才。而飞思卡尔从1994年起便开始了与国内大学在技术培训和应用研究方面的合作。据萧丽芬介绍,目前该公司已与国内数家高校分别建立了嵌入式处理器开发应用研究中心和教学实验中心,仅在2003到2004年就有超过五千名大学生通过学习飞思卡尔的产品及开发工具获得专业培训,并且取得实际操作经验。
LSI Logic的George也透露,该公司与ICC和DSP中心建立了关系并以它们为策略伙伴,从而使得围绕该公司的ZSP内核开发IP和软件变得更加方便。中国本地市场对于成本非常敏感,许多终端产品出口海外,其最大优势就是成本,因此一些DSP厂商也在努力帮助客户降低成本,如LSI Logic可向下游客户提供ZSP的授权,以方便他们将其集成到其系统级芯片之中,从而有效保护他们在软件方面投资。
作者:郑卫锋
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