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1980年,TI公司推出了第一個數字信號處理器(DSP)，從此開創了DSP的歷史。經過二十余年的發展，DSP應用領域日漸寬廣，從軍事雷達系統到消費類電器，可以說無處不在。近年來，DSP更是普遍應用在一些熱門產品中，如通信電子類(Communication Electronics): 蜂窩電話(Cellular Phone), ADSL調制解調器(Modem), 線纜調制解調器(Cable Modem),藍牙技術(Bluetooth)產品,數字電話應答機(Digital Telephone Answering Devices), 全球定位系統(Global Positioning Systems，GPS), 衛星電話(Satellite Phone), 電話會議(Conference Speakerphone),電視電話會議編譯碼器(Video Conferencing Codecs), IP電話(Voice Over IP),IP傳真(FAX Over IP), ATM電話( VoiceOver ATM),智能天線(Smart Antennas), PCS用戶端(Subscriber Sets);計算機類(Computer Electronics): 計算機電話卡(Computer Telephone Board，CTI), 硬盤驅動器(Hard Disk Drivers), HDD PRML 讀取通道(Read Channels), PCI聲卡芯片( Audio/Sound Chips), 聲卡(Sound Boards); 消費電子類(Consumer Electronics): 數字多用光盤(Digital Versatile Disks，DVD), 數字電視/高清晰電視(Digital TV/HDTV),數字助聽器(Digital Hearing Aids), 數字相機芯片(Digital Camera Chips), MPEG 編碼器芯片(Encoder Chips), MPEG譯碼器芯片(Decoder Chips), MP3播放機芯片(Player Chips),機頂盒(Set Top Boxes); 儀器電子類(Instrumentation Electronics):馬達控制芯片(Motor Control Chips);軍事電子類(Military Electronics):雷達系統(Radar System), 聲納系統(Sonar Systems);辦公自動化設備(Office Automation Electronics), 以及數字無線電廣播(DigitalRadio Broadcasting，DAB)等。其中通信領域的應用大約占了60%的數字信號處理器市場份額。 通用處理器(GPP)可以對文字進行處理，管理數據庫和對科學工程進行數學運算，而數字信號處理器(DSP)則主要針對代表信號的數字進行數學運算，得到處理結果。很多工程都可以用數學方式來表達，而不同的工程有不同的數學表達式。 比如，醫藥、醫療、電信、雷達、聲納、助聽器、聲音、圖像、工業控制等都有不一樣的數學表達式，因此數字信號處理器的種類很多。另外，數字信號處理器處理的信號大部分是無頭無尾的連續量，而且是實時的(On-Line)，故其取樣、運算過程應盡可能短，以不影響信號的連續性。這也是DSP處理速度要求很高的原因所在。這一點和中央處理器處理的靜止信號(Off-Line)不同。舉個例子說，對復數FIR濾波器進行計算，工作在300MHz的SC140為2微秒，而1000MHz的Pentium III卻要6微秒。可見，DSP在數字化世界中扮演的絕不是配角。 市場競爭進入戰國時代 說到DSP的市場，很容易使人想到CPU的市場。CPU的市場長久以來一直是英特爾(Intel)獨執牛耳，后來才有AMD公司崛起與之爭霸天下。而DSP市場則大相迥異，可謂列強割踞，群雄混戰。據不完全統計，有80多個IC公司開發數字信號處理器，超過1000家公司生產和數字信號處理器有關的產品。其中翹楚當屬德州儀器公司(Texas Instrument)、 朗訊公司(Lucent Technologies)、模擬器件公司(Analog Devices)、摩托羅拉公司( Motorola)和大規模集成邏輯公司(LSILogic)。德州儀器公司最早進入數字信號處理領域，先入為主，到2000年，占有45%的市場份額，朗訊公司占有28%，摩托羅拉公司占有12%，模擬器件公司占有12%，而其它公司只占有3%的市場份額，可見競爭之激烈。 TI 公司自1982年推出第一塊商用DSP TMS32010以來，DSP逐漸從單片機市場中瓜分得一塊地盤。據統計，目前大約有38%的單板機用戶已改用DSP，49%用戶正在考慮改用DSP。DSP市場的蛋糕正在越做越大。 據Forward Concepts的預測，DSP的市場每年增長大約為30~40%。2001年將達到130億美元。現金，世界上的DSP有三百多種，其中定點DSP有兩百多種。前面說到，生產DSP的公司有80多家，但實力雄厚的也就四五家，即德州儀器公司、 朗訊公司、模擬器件公司、摩托羅拉公司和大規模集成邏輯公司。德州儀器公司作為DSP生產商的代表，生產的品種也多，定點和浮點DSP大約都占60%，模擬器件公司的定點和浮點DSP大約分別占16%和13%，摩托羅拉公司的定點和浮點DSP大約分別占7%和14%，而朗訊公司則主要生產定點DSP，約占5%。根據1998年統計，占市場主導地位的產品是模擬器件公司的ADSP-21XX(16位定點)，ADSP-21XXX(32位定點和浮點)，朗訊公司的DSP16XXX(16位定點)，DSP32XX(32位浮點)，摩托羅拉公司的DSP561XX(16位定點)，DSP560XX(24位定點)，DSP96002(32浮點)和德州儀器公司的TMS320CXX(16位定點)，TMS320CXX(32位浮點)等。 目前，我國DSP產品主要來自海外。TI公司的第一代產品TMS32010在1983年最早進入中國市場。以后TI公司通過提供DSP培訓課程，不斷擴大市場份額，目前大約占有中國DSP市場的44%。其余為朗訊公司、模擬器件公司、摩托羅拉公司、ZSP公司和NEC等公司所占有。 市場的競爭，實際上是技術的競爭和服務的競爭。TI公司為了保住已占有的市場份額，收購了擅長于模擬技術的Burr-Brown公司，不斷開發新產品新技術，如TMS320C55x。由于它的低功耗高性能，TMS320C55x被評為 2000年最重要的技術革新之一，作為2000年發布的最佳DSP，榮獲 Micro Design Resources(MDR) 的"分析家選擇獎。這是2001年1月底在美國圣何塞(San Jose) 舉行的分析家選擇獎和微處理器報告技術獎的頒獎儀式上宣布的。在同一會議上，TI公司的另一個高性能TMS320C64x DSP被提名為最佳DSP。TI公司是唯一一個獲得兩個新型DSP結構最佳提名的公司。2001年2月，TI公司又宣布面向3G無線通信、寬帶接入和影像應 用領域進軍。其目前速度最快的DSP--TMS320C64x 已正式登臺亮相。 TI公司的三款最新器件TMS320C6414、TMS320C6415和TMS320C6416,其性能大為提高，速度是現今最快DSP的10倍，工作頻率高達600MHz，計算速度接近每秒50億次指令，而功耗僅為現有器件的三分之一。它們可通過一條單獨接入家庭的寬帶線路傳輸大量的個性化數據、視頻和語音，并可通過3G無線基站向無線手機發送多媒體信息。為了鞏固其市場地位，TI公司為2000家客戶提供技術支持，采用它的數字信號處理技術和Express DSP實時軟件技術的組件DSP/BIOS，可方便地完成從因特網音頻播放器到通信基礎設施系統的應用設計。這種設計主要面向需要實時調度和同步、主機與目標間的通信應用，或與芯片支持庫相協調的、用于簡化外設配置與初始化開發程序的在線檢測應用。這種實時執行能夠縮短開發時間50％以上，從而大大降低了開發成本。 面對TI公司的迅速發展，Motorola和Lucent急起直追。1999年4月，兩家聯合開發了高性能低功耗的DSP內核SC140。Motorola公司用SC140開發出多用途的數字信號處理器MSC8101。它主要應用在需要高性能、超大容量片內存儲器的網絡設備上，如第三代寬帶無線設備、IP電話系統、多通道調制解調器、多通道xDSL等，以保住他們在通信領域中DSP的市場份額。互聯網無疑是數字信號處理器的處女地。Motorola和Lucent公司此舉目的明確，可謂來者不善。 CPU的霸主——Intel公司也開始涉足數字信號處理器領域，與ADI公司合作，共同開發用于無線手持設備和其它設備的DSP產品。并在2000年12月5日發布了一種新內核結構，具有DSP和微處理器的特點，可根據不同應用改變功耗,延長電池壽命10倍。針對這一產品，TI公司推出了售價僅為3美元的通用型DSP芯片TMS320C5401。該芯片的速度達到了每秒5000萬條指令。它與TI公司其它DSP產品兼容，帶有8-Kbit芯片存儲，有廣泛的外設配置，耗電約為40-Mw。分析家認為，TI公司這一新品無疑是對Intel、ADI公司的當頭一擊。 2001年初，IBM公司簽約采用LSI Logic公司的DSP技術。這是LSI Logic公司簽訂的第四個也是迄今為止最重要的一個許可協議。這使人聯想起多年前IBM公司進軍個人計算機(PC)的戰略決策公布后，極其強烈地刺激了PC業的發展。IBM公司此舉無疑向DSP世界發出了一個警訊：藍色巨人IBM來了！許可內容包括LSI Logic ZSP400 DSP核心，軟件開發和驗證工具。LSI Logic公司致力于半導體芯片及設計庫的開發，其產品廣泛應用于無線、通信、機頂盒等領域中。獲得LSI Logic DSP 技術許可的公司目前有通信芯片制造商Broadcom公司、 Virata公司以及Brecis Communications公司。LSI Logic公司的最大客戶是Sun Microsystems Inc，后者也是Sony PlayStation II視頻游戲機的芯片制造商。LSI Logic公司一直尋求建立一種DSP芯片通用語言，從而使工程師可方便地采用不同供應商的DSP芯片進行設計。此通用語言對DSP，如同微軟的軟件之于PC，其意義不言而喻。 DSP技術的發展趨勢 互聯網和設備個性化是當前信息社會的特征。互聯網是后PC時代全球經濟新的增長點，也是DSP潛在的應用領域。而手機、PDA、MP3播放機以及手提電腦等則是設備個性化的典型代表。這些設備的發展水平取決于DSP的發展。新的形勢下，DSP面臨的要求是處理速度更高、性能更多更全，功耗更低，存儲器用量更少。專家認為，其技術發展將會有以下一些走勢： 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Analog Devices的 ADSP-2116x。 2.DSP 和微處理器的融合。微處理器是低成本的，主要執行智能定向控制任務的通用處理器能很好執行智能控制任務，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，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。互聯網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。LSI Logic 公司的LSI401Z采用高檔CPU的分支預示和動態緩沖技術，結構規范，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LSI Logic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-II FPGA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，同時大大節省開發時間，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。 隨著PC神話般的發展，我們知道了摩爾定律，CPU成為人們耳熟能詳的詞匯。誰能說下一個不是DSP呢？ |
