DSP的歷史、現狀與發(fā)展趨勢

DSP的歷史、現狀與發(fā)展趨勢一、內容摘要：信息化的基礎是數字化。數字化的核心技術之一是數字信號處理。數字信號處理的任務在很大程度上需要由DSP器件來完成。DSP技術已成為人們日益關注的并得到迅速發(fā)展的前沿技術。DSP可以代表數字信號處理器（DigitalSignalProcessor），也可以代表數字信號處理技術（DigitalSignalProcessing）。本文就DSP的發(fā)展歷史、國內外現狀和DSP未來的發(fā)展前景作了簡單的介紹。二、關鍵字：DSP歷史現狀特點發(fā)展趨勢三、內容：（一）、DSP的發(fā)展歷史：數字信號處理（DigitalSignalProcessing，簡稱DSP）是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。DSP有兩種含義：digitalSignalProcessing（數字信號處理）、DigitalSignalProcessor（數字信號處理器）。我們常說的DSP指的是數字信號處理器。數字信號處理器是一種適合完成數字信號處理運算的處理器。20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，數字信號處理技術應運而生并得到迅速的發(fā)展。在過去的二十多年時間里，數字信號處理已經在通信等領域得到極為廣泛的應用。在當今的數字化時代背景下，DSP己成為通信、計算機、消費類電子產品等領域的基礎器件。DSP的發(fā)展大致分為三個階段：在DSP出現之前數字信號處理只能依靠微處理器來完成。但由于微處理器較低的處理速度不快，根本就無法滿足越來越大的信息量的高速實時要求。因此應用更快更高效的信號處理方式成了日漸迫切的社會需求，到了70年代，有人提出了DSP的理論和算法基礎。但那時的DSP僅僅停留在教科書上，即使是研制出來的DSP系統也是由分立元件組成的，其應用領域僅局限于軍事、航空航天部門。一般認為，世界上第一個單片DSP芯片是1978年AMI公司發(fā)布的S2811。1979年美國Intel公司發(fā)布的商用可編程器件2920是DSP芯片的一個主要里程碑。這兩種芯片內部都沒有現代DSP芯片所必須有的單周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的mPD7720是第一個具有硬件乘法器的商用DSP芯片，從而被認為是第一塊單片DSP器件。隨著大規(guī)模集成電路技術和半導體技術的發(fā)展，1982年世界上誕生了第一代DSP芯片TMS32010及其系列產品。這種DSP器件采用微米工藝NMOS技術制作，雖功耗和尺寸稍大，但運算速度卻比微處理器快了幾十倍，尤其在語言合成和編碼譯碼器中得到了廣泛應用。DSP芯片的問世是個里程碑，它標志著DSP應用系統由大型系統向小型化邁進了一大步。至80年代中期，隨著CMOS工藝的DSP芯片應運而生，其存儲容量和運算速度都得到成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術的基礎。80年代后期，第三代DSP芯片問世，運算速度進一步提高，其應用范圍逐步擴大到通信、計算機領域。90年代DSP發(fā)展最快，相繼出現了第四代和第五代DSP器件?，F在的DSP屬于第五代產品，它與第四代相比，系統集成度更高，將DSP芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上。這種集成度極高的DSP芯片不僅在通信、計算機領域大顯身手，而且逐漸滲透到人們的日常生活領域。經過20多年的發(fā)展，DSP產品的應用已擴大到人們的學習、工作和生活的各個方面，并逐步成為電子產品更新換代的決定因素。（二）、DSP的現狀：中國DSP的發(fā)展現狀:一、市場發(fā)展現況中國的DSP市場作為整個半導體市場一樣為國際半導體市場的一個組成部分，必然具有國際半導體市場的共性。由于它植根于中國這一特定經濟與社會環(huán)境的土壤之中，又必然帶有自身的強烈個性。概括而言基本特點有：1.持續(xù)的較高增長率2.基本已與國際市場接軌具體體現在：產品和技術已基本接軌；價格和上市時間基本接軌；營銷方式和服務水平正逐漸接軌。3.DSP處理器仍為TI、AGERE、ADI等占領；產品受外國大企業(yè)控制。4.海外及港臺半導體企業(yè)進入中國市場的方式目前仍以產品輸出為主最先進的產品設計技術和芯片生產技術未向中國轉移；最先進的工藝設備制造和原材料仍布局在中國以外。中國是亞洲發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮氖袌觥荡a相機、MMoIP電話和手持電子設備等數碼產品在中國市場的迅速發(fā)展促進了高性能DSP的廣泛使用。中國的電子產品制造商眾多，對低成本、易使用的DSP需求巨大。中國電子信息產業(yè)快速發(fā)展，帶動DSP應用市場高度成長，2000年DSP市場總需求量為2.35億顆，到了2001年達到3.29億顆，成長幅度高達40%；依據CCID預測，到2005年前，年成長率將高于全球達到40%以上，預計DSP總市場需求量到2005年將達到13億顆，市場成長迅速。二、技術發(fā)展現況國內發(fā)展DSP的廠商并不多，而主要的應用產品是DVD與無線電話等，因此國內DSP的產值并不高；而在產品應用上，目前重要的DSP應用產品，如行動電話、調制解調器、HDD等個人計算機與通訊領域應用產品，都是采用國際大廠的DSPsolution。雖然目前DSP的主要應用產品的市場都是由國際半導體大廠所控制，但是我國在政策的扶植下，本土廠商積極投入研發(fā)資源，以消費性產品作為進入DSP市場的一個敲門磚，也必將在DSP市場上爭得一席之地。國外DSP發(fā)展現狀:簡略國際DSP處理發(fā)展的現狀，國外的商業(yè)化信號處理設備一直保持著快速的發(fā)展勢頭。歐美等科技大國保持著國際領先的地位。例如美國DSPresearch公司，Pentek公司，Motorola公司，加拿大Dy4公司等，他們很多已經發(fā)展到相當大的規(guī)模，競爭也愈發(fā)激烈。我們從國際知名DSP技術公司發(fā)布的產品中就可以了解一些當今世界先進的數字信號處理系統的情況。以Pentek公司一款處理板4293為例，使用8片TI公司300MHz的TMS320C6203芯片，具有19200MIPS的處理能力，同時集成了8片32MB的SDRAM，數據吞吐600MB/s。該公司另一款處理板4294集成了4片MotorolaMPC7410G4PowerPC處理器，工作頻率400/500MHz，兩級緩存256K×64bit，最高具有16MB的SDRAM。ADI公司的TigerSHARC芯片也由于其出色的協同工作能力，可以組成強大的處理器陣列，在諸多領域（特別是軍事領域）獲得了廣泛的應用。以英國TranstechDSP公司的TP-P36N為例，它由4～8片TS101b（TigerSharc）芯片構成，時鐘250MHz，具有6～12GFLOPS的處理能力。DSP應用產品獲得成功的一個標志就是進入產業(yè)化。在以往的20年中，這一進程在不斷重復進行，而且周期在不斷縮小。在數字信息時代，更多的新技術和新產品需要快速地推上市場，因此，DSP的產業(yè)化進程還是需要加速進行。隨著競爭的加劇，DSP生產商隨時調整發(fā)展規(guī)劃，以全面的市場規(guī)劃和完善的解決方案，加上新的開發(fā)歷年，不斷深化產業(yè)化進程。（三）、DSP芯片的特點：（1）在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法；（2）程序和數據空間分開，可以同時訪問指令和數據；（3）片內具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨立的數據總線在兩塊中同時訪問；（4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉的硬件支持；（5）快速的中斷處理和硬件I/O支持；（6）具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器；（7）可以并行執(zhí)行多個操作；（8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。（四）、DSP的未來發(fā)展趨勢

一、技術發(fā)展趨勢１、數字信號處理器的內核結構進一步改善，多通道結構和單指令多重數據(SIMD)、特大指令字組(VLIM)將在新的高性能處理器中將占主導地位，如AnalogDevices的ADSP-2116x。２、DSP和微處理器的融合：微處理器是低成本的，主要執(zhí)行智能定向控制任務的通用處理器能很好執(zhí)行智能控制任務，但是數字信號處理功能很差。而DSP的功能正好與之相反。在許多應用中均需要同時具有智能控制和數字信號處理兩種功能，如數字蜂窩電話就需要監(jiān)測和聲音處理功能。因此，把DSP和微處理器結合起來，用單一芯片的處理器實現這兩種功能，將加速個人通信機、智能電話、無線網絡產品的開發(fā)，同時簡化設計，減小PCB體積，降低功耗和整個系統的成本。例如，有多個處理器的Motorola公司的DSP5665x，有協處理器功能的Massan公司FILU-200，把MCU功能擴展成DSP和MCU功能的TI公司的TMS320C27xx以及Hitachi公司的SH-DSP，都是DSP和MCU融合在一起的產品?；ヂ摼W和多媒體的應用需要將進一步加速這一融合過程。3、DSP和高檔CPU的融合：大多數高檔GPP如Pentium和PowerPC都是SIMD指令組的超標量結構，速度很快。LSILogic公司的LSI401Z采用高檔CPU的分支預示和動態(tài)緩沖技術，結構規(guī)范，利于編程，不用擔心指令排隊，使得性能大幅度提高。Intel公司涉足數字信號處理器領域將會加速這種融合。4、DSP和SOC的融合：SOC(System-On-Chip)是指把一個系統集成在一塊芯片上。這個系統包括DSP和系統接口軟件等。比如Virata公司購買了LSILogic公司的ZSP400處理器內核使用許可證，將其與系統軟件如USB、10BASET、以太網、UART、GPIO、HDLC等一起集成在芯片上，應用在xDSL上，得到了很好的經濟效益。因此，SOC芯片近幾年銷售很好，由1998年的1.6億片猛增至1999年的3.45億片。1999年，約39%的SOC產品應用于通訊系統。今后幾年，SOC將以每年31%的平均速度增長，到2004年將達到13億片。毋庸置疑，SOC將成為市場中越來越耀眼的明星。5、DSP和FPGA的融合：FPGA是現場編程門陣列器件。它和DSP集成在一塊芯片上，可實現寬帶信號處理，大大提高信號處理速度。據報道，Xilinx公司的Virtex-IIFPGA對快速傅立葉變換(FFT)的處理可提高30倍以上。它的芯片中有自由的FPGA可供編程。Xilinx公司開發(fā)出一種稱作Turbo卷積編譯碼器的高性能內核。設計者可以在FPGA中集成一個或多個Turbo內核，它支持多路大數據流，以滿足第三代(3G)WCDMA無線基站和手機的需要，同時大大節(jié)省開發(fā)時間，使功能的增加或性能的改善非常容易。因此在無線通信、多媒體等領域將有廣泛應用。二、市場發(fā)展趨勢很明然，在可預見的一段時間內，無線應用仍將是可編程DSP市場的驅動引擎。不過，嵌入式DSP市場是一個更大的市場，我們將在后續(xù)的市場報告中予以討論。DSP技術(無論何種形式)是你能夠訪問窄帶、寬帶或是無線互聯網的唯一手段，它還是新興的分組(IP)電話市場的關鍵。沒有DSP就沒有對互聯網的訪問，沒有多媒體，也沒有無線通信。因此，盡管遭遇了短期的市場挫折，DSP仍將是整個半導體工業(yè)的技術驅動力。而國內發(fā)展DSP的廠商并不多，而主要的應用產品是DVD與無線電話等，因此國內DSP的產值并不高；而在產品應用上，目前重要的DSP應用產品，如行動電話、調制解調器、HDD等個人計算機與通訊領域應用產品，都是采用國際大廠的DSPsolution，因此國內廠商尚無插足的余地。在未來的發(fā)展上，國內的業(yè)者如欲進入DSP領域，在目前這個壟斷市場情況相當明顯的情勢之下，應避免與國際大廠在其擅長的領域正面交鋒，若能另辟市場，選擇利基產品切入，例如消費性電子產品市場，則尚有機會在DSP市場一搏，目前國內已有相當不錯成績的DVD產品即為一證明。世界經濟蕭條和中國經濟的持續(xù)發(fā)展使更多世界一流的跨國公司調整在中國的策略，中國市場已經成為世界一流的跨國公司DSP發(fā)展的關鍵因素。更大的原因是中國DSP市場占全球市場的比重越來越大，DSP廠商只有在中國市場上取得成功，才有望擴大其市場份額。這些公司希望迅速在中國主要城市建立銷售辦事處，在加強銷售覆蓋率的同時，把DSP技術支持規(guī)模迅速擴大，并實現技術信息本地化。技術信息本地化是體現他們在中國進行調整的標志性措