DSP的歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

DSP的歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)一、內(nèi)容摘要：信息化的基礎(chǔ)是數(shù)字化。數(shù)字化的核心技術(shù)之一是數(shù)字信號(hào)處理。數(shù)字信號(hào)處理的任務(wù)在很大程度上需要由DSP器件來完成。DSP技術(shù)已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的并得到迅速發(fā)展的前沿技術(shù)。DSP可以代表數(shù)字信號(hào)處理器（DigitalSignalProcessor），也可以代表數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（DigitalSignalProcessing）。本文就DSP的發(fā)展歷史、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和DSP未來的發(fā)展前景作了簡(jiǎn)單的介紹。二、關(guān)鍵字：DSP歷史現(xiàn)狀特點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)三、內(nèi)容：（一）、DSP的發(fā)展歷史：數(shù)字信號(hào)處理（DigitalSignalProcessing，簡(jiǎn)稱DSP）是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。DSP有兩種含義：digitalSignalProcessing（數(shù)字信號(hào)處理）、DigitalSignalProcessor（數(shù)字信號(hào)處理器）。我們常說的DSP指的是數(shù)字信號(hào)處理器。數(shù)字信號(hào)處理器是一種適合完成數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的處理器。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。在當(dāng)今的數(shù)字化時(shí)代背景下，DSP己成為通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件。DSP的發(fā)展大致分為三個(gè)階段：在DSP出現(xiàn)之前數(shù)字信號(hào)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(shí)時(shí)要求。因此應(yīng)用更快更高效的信號(hào)處理方式成了日漸迫切的社會(huì)需求，到了70年代，有人提出了DSP的理論和算法基礎(chǔ)。但那時(shí)的DSP僅僅停留在教科書上，即使是研制出來的DSP系統(tǒng)也是由分立元件組成的，其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于軍事、航空航天部門。一般認(rèn)為，世界上第一個(gè)單片DSP芯片是1978年AMI公司發(fā)布的S2811。1979年美國(guó)Intel公司發(fā)布的商用可編程器件2920是DSP芯片的一個(gè)主要里程碑。這兩種芯片內(nèi)部都沒有現(xiàn)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(gè)具有硬件乘法器的商用DSP芯片，從而被認(rèn)為是第一塊單片DSP器件。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，1982年世界上誕生了第一代DSP芯片TMS32010及其系列產(chǎn)品。這種DSP器件采用微米工藝NMOS技術(shù)制作，雖功耗和尺寸稍大，但運(yùn)算速度卻比微處理器快了幾十倍，尤其在語(yǔ)言合成和編碼譯碼器中得到了廣泛應(yīng)用。DSP芯片的問世是個(gè)里程碑，它標(biāo)志著DSP應(yīng)用系統(tǒng)由大型系統(tǒng)向小型化邁進(jìn)了一大步。至80年代中期，隨著CMOS工藝的DSP芯片應(yīng)運(yùn)而生，其存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度都得到成倍提高，成為語(yǔ)音處理、圖像硬件處理技術(shù)的基礎(chǔ)。80年代后期，第三代DSP芯片問世，運(yùn)算速度進(jìn)一步提高，其應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大到通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。90年代DSP發(fā)展最快，相繼出現(xiàn)了第四代和第五代DSP器件。現(xiàn)在的DSP屬于第五代產(chǎn)品，它與第四代相比，系統(tǒng)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(jì)算機(jī)領(lǐng)域大顯身手，而且逐漸滲透到人們的日常生活領(lǐng)域。經(jīng)過20多年的發(fā)展，DSP產(chǎn)品的應(yīng)用已擴(kuò)大到人們的學(xué)習(xí)、工作和生活的各個(gè)方面，并逐步成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。（二）、DSP的現(xiàn)狀：中國(guó)DSP的發(fā)展現(xiàn)狀:一、市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)況中國(guó)的DSP市場(chǎng)作為整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)一樣為國(guó)際半導(dǎo)體市場(chǎng)的一個(gè)組成部分，必然具有國(guó)際半導(dǎo)體市場(chǎng)的共性。由于它植根于中國(guó)這一特定經(jīng)濟(jì)與社會(huì)環(huán)境的土壤之中，又必然帶有自身的強(qiáng)烈個(gè)性。概括而言基本特點(diǎn)有：1.持續(xù)的較高增長(zhǎng)率2.基本已與國(guó)際市場(chǎng)接軌具體體現(xiàn)在：產(chǎn)品和技術(shù)已基本接軌；價(jià)格和上市時(shí)間基本接軌；營(yíng)銷方式和服務(wù)水平正逐漸接軌。3.DSP處理器仍為TI、AGERE、ADI等占領(lǐng)；產(chǎn)品受外國(guó)大企業(yè)控制。4.海外及港臺(tái)半導(dǎo)體企業(yè)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的方式目前仍以產(chǎn)品輸出為主最先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)和芯片生產(chǎn)技術(shù)未向中國(guó)轉(zhuǎn)移；最先進(jìn)的工藝設(shè)備制造和原材料仍布局在中國(guó)以外。中國(guó)是亞洲發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮氖袌?chǎng)。數(shù)碼相機(jī)、MMoIP電話和手持電子設(shè)備等數(shù)碼產(chǎn)品在中國(guó)市場(chǎng)的迅速發(fā)展促進(jìn)了高性能DSP的廣泛使用。中國(guó)的電子產(chǎn)品制造商眾多，對(duì)低成本、易使用的DSP需求巨大。中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，帶動(dòng)DSP應(yīng)用市場(chǎng)高度成長(zhǎng)，2000年DSP市場(chǎng)總需求量為2.35億顆，到了2001年達(dá)到3.29億顆，成長(zhǎng)幅度高達(dá)40%；依據(jù)CCID預(yù)測(cè)，到2005年前，年成長(zhǎng)率將高于全球達(dá)到40%以上，預(yù)計(jì)DSP總市場(chǎng)需求量到2005年將達(dá)到13億顆，市場(chǎng)成長(zhǎng)迅速。二、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況國(guó)內(nèi)發(fā)展DSP的廠商并不多，而主要的應(yīng)用產(chǎn)品是DVD與無線電話等，因此國(guó)內(nèi)DSP的產(chǎn)值并不高；而在產(chǎn)品應(yīng)用上，目前重要的DSP應(yīng)用產(chǎn)品，如行動(dòng)電話、調(diào)制解調(diào)器、HDD等個(gè)人計(jì)算機(jī)與通訊領(lǐng)域應(yīng)用產(chǎn)品，都是采用國(guó)際大廠的DSPsolution。雖然目前DSP的主要應(yīng)用產(chǎn)品的市場(chǎng)都是由國(guó)際半導(dǎo)體大廠所控制，但是我國(guó)在政策的扶植下，本土廠商積極投入研發(fā)資源，以消費(fèi)性產(chǎn)品作為進(jìn)入DSP市場(chǎng)的一個(gè)敲門磚，也必將在DSP市場(chǎng)上爭(zhēng)得一席之地。國(guó)外DSP發(fā)展現(xiàn)狀:簡(jiǎn)略國(guó)際DSP處理發(fā)展的現(xiàn)狀，國(guó)外的商業(yè)化信號(hào)處理設(shè)備一直保持著快速的發(fā)展勢(shì)頭。歐美等科技大國(guó)保持著國(guó)際領(lǐng)先的地位。例如美國(guó)DSPresearch公司，Pentek公司，Motorola公司，加拿大Dy4公司等，他們很多已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)大的規(guī)模，競(jìng)爭(zhēng)也愈發(fā)激烈。我們從國(guó)際知名DSP技術(shù)公司發(fā)布的產(chǎn)品中就可以了解一些當(dāng)今世界先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)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(shí)集成了8片32MB的SDRAM，數(shù)據(jù)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(jí)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(xié)同工作能力，可以組成強(qiáng)大的處理器陣列，在諸多領(lǐng)域（特別是軍事領(lǐng)域）獲得了廣泛的應(yīng)用。以英國(guó)TranstechDSP公司的TP-P36N為例，它由4～8片TS101b（TigerSharc）芯片構(gòu)成，時(shí)鐘250MHz，具有6～12GFLOPS的處理能力。DSP應(yīng)用產(chǎn)品獲得成功的一個(gè)標(biāo)志就是進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化。在以往的20年中，這一進(jìn)程在不斷重復(fù)進(jìn)行，而且周期在不斷縮小。在數(shù)字信息時(shí)代，更多的新技術(shù)和新產(chǎn)品需要快速地推上市場(chǎng)，因此，DSP的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程還是需要加速進(jìn)行。隨著競(jìng)爭(zhēng)的加劇，DSP生產(chǎn)商隨時(shí)調(diào)整發(fā)展規(guī)劃，以全面的市場(chǎng)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(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。（三）、DSP芯片的特點(diǎn)：（1）在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)；（3）片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問；（4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)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(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器；（7）可以并行執(zhí)行多個(gè)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(shì)

一、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)１、數(shù)字信號(hào)處理器的內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善，多通道結(jié)構(gòu)和單指令多重?cái)?shù)據(jù)(SIMD)、特大指令字組(VLIM)將在新的高性能處理器中將占主導(dǎo)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(wù)的通用處理器能很好執(zhí)行智能控制任務(wù)，但是數(shù)字信號(hào)處理功能很差。而DSP的功能正好與之相反。在許多應(yīng)用中均需要同時(shí)具有智能控制和數(shù)字信號(hào)處理兩種功能，如數(shù)字蜂窩電話就需要監(jiān)測(cè)和聲音處理功能。因此，把DSP和微處理器結(jié)合起來，用單一芯片的處理器實(shí)現(xiàn)這兩種功能，將加速個(gè)人通信機(jī)、智能電話、無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的開發(fā)，同時(shí)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，減小PCB體積，降低功耗和整個(gè)系統(tǒng)的成本。例如，有多個(gè)處理器的Motorola公司的DSP5665x，有協(xié)處理器功能的Massan公司FILU-200，把MCU功能擴(kuò)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(chǎn)品。互聯(lián)網(wǎng)和多媒體的應(yīng)用需要將進(jìn)一步加速這一融合過程。3、DSP和高檔CPU的融合：大多數(shù)高檔GPP如Pentium和PowerPC都是SIMD指令組的超標(biāo)量結(jié)構(gòu)，速度很快。LSILogic公司的LSI401Z采用高檔CPU的分支預(yù)示和動(dòng)態(tài)緩沖技術(shù)，結(jié)構(gòu)規(guī)范，利于編程，不用擔(dān)心指令排隊(duì)，使得性能大幅度提高。Intel公司涉足數(shù)字信號(hào)處理器領(lǐng)域?qū)?huì)加速這種融合。4、DSP和SOC的融合：SOC(System-On-Chip)是指把一個(gè)系統(tǒng)集成在一塊芯片上。這個(gè)系統(tǒng)包括DSP和系統(tǒng)接口軟件等。比如Virata公司購(gòu)買了LSILogic公司的ZSP400處理器內(nèi)核使用許可證，將其與系統(tǒng)軟件如USB、10BASET、以太網(wǎng)、UART、GPIO、HDLC等一起集成在芯片上，應(yīng)用在xDSL上，得到了很好的經(jīng)濟(jì)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(chǎn)品應(yīng)用于通訊系統(tǒng)。今后幾年，SOC將以每年31%的平均速度增長(zhǎng)，到2004年將達(dá)到13億片。毋庸置疑，SOC將成為市場(chǎng)中越來越耀眼的明星。5、DSP和FPGA的融合：FPGA是現(xiàn)場(chǎng)編程門陣列器件。它和DSP集成在一塊芯片上，可實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)處理，大大提高信號(hào)處理速度。據(jù)報(bào)道，Xilinx公司的Virtex-IIFPGA對(duì)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(nèi)核。設(shè)計(jì)者可以在FPGA中集成一個(gè)或多個(gè)Turbo內(nèi)核，它支持多路大數(shù)據(jù)流，以滿足第三代(3G)WCDMA無線基站和手機(jī)的需要，同時(shí)大大節(jié)省開發(fā)時(shí)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(lǐng)域?qū)⒂袕V泛應(yīng)用。二、市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)很明然，在可預(yù)見的一段時(shí)間內(nèi)，無線應(yīng)用仍將是可編程DSP市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)引擎。不過，嵌入式DSP市場(chǎng)是一個(gè)更大的市場(chǎng)，我們將在后續(xù)的市場(chǎng)報(bào)告中予以討論。DSP技術(shù)(無論何種形式)是你能夠訪問窄帶、寬帶或是無線互聯(lián)網(wǎng)的唯一手段，它還是新興的分組(IP)電話市場(chǎng)的關(guān)鍵。沒有DSP就沒有對(duì)互聯(lián)網(wǎng)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(chǎng)挫折，DSP仍將是整個(gè)半導(dǎo)體工業(yè)的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力。而國(guó)內(nèi)發(fā)展DSP的廠商并不多，而主要的應(yīng)用產(chǎn)品是DVD與無線電話等，因此國(guó)內(nèi)DSP的產(chǎn)值并不高；而在產(chǎn)品應(yīng)用上，目前重要的DSP應(yīng)用產(chǎn)品，如行動(dòng)電話、調(diào)制解調(diào)器、HDD等個(gè)人計(jì)算機(jī)與通訊領(lǐng)域應(yīng)用產(chǎn)品，都是采用國(guó)際大廠的DSPsolution，因此國(guó)內(nèi)廠商尚無插足的余地。在未來的發(fā)展上，國(guó)內(nèi)的業(yè)者如欲進(jìn)入DSP領(lǐng)域，在目前這個(gè)壟斷市場(chǎng)情況相當(dāng)明顯的情勢(shì)之下，應(yīng)避免與國(guó)際大廠在其擅長(zhǎng)的領(lǐng)域正面交鋒，若能另辟市場(chǎng)，選擇利基產(chǎn)品切入，例如消費(fèi)性電子產(chǎn)品市場(chǎng)，則尚有機(jī)會(huì)在DSP市場(chǎng)一搏，目前國(guó)內(nèi)已有相當(dāng)不錯(cuò)成績(jī)的DVD產(chǎn)品即為一證明。世界經(jīng)濟(jì)蕭條和中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展使更多世界一流的跨國(guó)公司調(diào)整在中國(guó)的策略，中國(guó)市場(chǎng)已經(jīng)成為世界一流的跨國(guó)公司DSP發(fā)展的關(guān)鍵因素。更大的原因是中國(guó)DSP市場(chǎng)占全球市場(chǎng)的比重越來越大，DSP廠商只有在中國(guó)市場(chǎng)上取得成功，才有望擴(kuò)大其市場(chǎng)份額。這些公司希望迅速在中國(guó)主要城市建立銷售辦事處，在加強(qiáng)銷售覆蓋率的同時(shí)，把DSP技術(shù)支持規(guī)模迅速擴(kuò)大，并實(shí)現(xiàn)技術(shù)信息本地化。技術(shù)信息本地化是體現(xiàn)他們?cè)谥袊?guó)進(jìn)行調(diào)整的標(biāo)志性措