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DSP推進數字化創新 當二十一世紀的第一個年代已過去一半多一點的時候，也許這正是我們回顧數字信息產業演變的大好時機。曾經有過多少對新世紀熱情的憧憬，正在逐漸變成對新趨勢理性的展望，而這一切都源于一個共同而永恒的動力，就是“數字化創新”。若追溯到上世紀中葉，可以看到晶體管的誕生所具有的劃時代意義，而其中起決定性作用的創新在于硅晶體管的推出，德州儀器（TI）有幸憑此而進入電子領域，一舉樹立起電子創新先鋒的形象。五十年代末期，TI通過開啟集成電路之門的創舉而逐步展現出充沛的創新精神。在半導體硅片中的植入分立的門電路并不斷增加數量和規模，數字化的進程由此而全面展開，數字技術潮流由此而涌動，而TI創新的沖動始終如此旺盛。 七十年代“數字創新”的重要標志就是可編程微控制器（MCU）的出現，又是TI引領了這個 “控制創新”的到來，并直接導致了微處理器（CPU）的推進而引發的“計算創新”，從而引領了個人電腦時代的到來，鋪平了通向數字信息時代的道路。八十年代初，數字化的需求劇增，數字信號處理器（DSP）應運而生， TI以率先以商業化的DSP取得先機，并以次為契機，開始了其主導業界四分之一世紀的“數字化創新”歷程。在圖一所示DSP的發展和演變歷程中可以看到，伴隨著DSP發展其應用領域的不斷擴大，才有眾多數字化的電子信息產品的興起和豐富。 圖一，DSP的發展和演變歷程 DSP的發展規律是其時鐘及運算速度和性能不斷地大幅度增加，而其功耗和芯片尺寸在不斷地減少，其芯片的價格也是逐年降低。早期DSP主要應用于高精尖領域，如軍事和工業設備。以后DSP開始應用于專業數字通信和計算機周邊設備，而在數據調制解調器和數字移動手機中的成功應用又推動了數字網絡化的發展。在世紀更迭的階段中，DSP應用已經成為寬帶接入、數字音頻和數字視頻、新一代無線通信等創新應用的核心平臺。 2003年TI推出1GHz主頻，采用90鈉米工藝技術的DSP，在業界率先突破8000MIPS的運算性能，同時DSP平臺也向著通用性和針對性相結合的方向發展，推出了通用媒體處理器以至高集成度的單片系統（SOC），DSP應用進入了一個空前繁榮的時代，為新世紀的全面數字化應用提供更加廣泛創新的天地。 DSP創新的應用前景 在全球的半導體市場中，未來三年DSP將保持著最高的增長率。據美國權威機構SIA今年六月的預測，從2006年到2008年，半導體平均年增長率為10%，而DSP的平均年增長率則近20%。2007年DSP市場規模將首次超過100億美元，創新的應用前景非常廣闊。 事實上我們生活在一個模擬的世界，這個世界充滿了顏色、影像、聲音、壓力和各種可以由線路或通過空氣傳輸的信號。模擬技術提供這些真實世界現象與數字處理技術的接口. 數字服務者所提供的每一個事情都是以模擬數字轉換A/D開始而以數字模擬轉換D/A為結束，而其中所進行的就是各種各樣極為復雜的數字運算處理，首當其沖的承擔者就是DSP。 DSP的創新已經在很大程度上正在改變人們的生活方式，并且還將繼續進行下去，如圖二所示為DSP創新的多種形態。在DSP平臺本身這樣的創新將包含更多的內涵。 圖二，DSP創新的綜合形態 對于DSP創新需要有更高的技術難度，其中首先需要最好的DSP平臺，其次是杰出的產品質量和互操作性，另外需要支持遠程安裝和管理。IP網絡是數字的，而人的傳感器官是模擬的，數字娛樂過程是通過模擬傳感器再應用到數字數字網絡，這些感知必須進行實時處理，因此必須需要有一流的模擬和數字技術的綜合處理能力。技術提供者還需要有足夠的基礎設施資源，可實現互操作性和標準化設計，所以也就必須完全符合業界標準，并可能創建新的標準，同時兼顧建立、管理和延伸新的服務。DSP創新還體現在靈活的特殊應用，這就需要設計開發人員不僅僅了解器件本身，還要在一個更高水平上了解整體系統，這種系統級的思考對于今天的技術提供者至關重要。 通用DSP在創新的歷程中始終起到一個先行者的角色。在我們提到的許多應用中，往往前期的平臺是DSP，而進入成熟期之后就可能逐漸由廉價的專用芯片ASIC所占據，例如數據調制解調器和MP3播放器，ASIC畢竟是一種針對特定應用而定制的硬件平臺。然而，這種壓力也使DSP在靈活性和適用性方面有更大的提高，特別是近年來DSP也能進行大規模的制造，并可接近或達到消費類的價格水平。在不少新興市場的應用中，DSP以其軟件可編程的靈活性和產品可伸縮的優越性仍處于主流平臺的地位，任何創新的思想都可以很容易地有DSP進行嘗試并取得成果，在此基礎之上DSP又為這些創新提供更多新穎的內容。例如在數字視頻監控中DSP，首先承擔數字視頻的高級編解碼如MPEG4和H.264,其后可以還有能力進行動態偵測和智能識別處理；在數字流媒體設備設計中，DSP可全面支持多制式的媒體格式如MPEG2、H.264、VC-1和AVS，并有能力通過軟件升級方式適應新標準的完善；在生物特征識別類產品中，DSP可以充分利用有關面相識別、虹膜識別、指紋識別軟件方針和優化的成果，很快地在嵌入式系統中實現同投入實用。總之，DSP的創新可以覆蓋從前沿研究到總體實現，再到方案實施直至產品化以及未來的更新換代。 構建DSP成功創新模式 眾所周知TI在DSP市場始終占據第一的位置，在2004年市場份額為50%，而2005年更是上升到60%，今年還呈上升的趨勢。那么TI在DSP上成功的奧秘在于什么呢？這就要談到成功的DSP開發和支持的模式，下面結合圖三進行探討。 圖三，成功的DSP開發和支持體系 DSP成功創新的模式應該有四個重要部分有機結合到一起，首先是DSP核心的技術領先性。DSP架構的設計上就針對與高密集度的數字運算，所包含的眾多并行的乘加結構正是數字濾波的核心單元，為保證進行許多A/D和D/A間的處理工作而不引起損耗或由于增加其它器件而增加成本，要有最好的也是最有效的數字信號處理方法，就是要有最領先的技術核心。TI在DSP推出之處就采用最領先的半導體工藝，目前已投產90納米線寬產品而技術已達到65納米以下，硅片晶元直徑已采用30厘米取代20厘米。TI的DSP在許多方面均處以業界領先，如最高主頻已突破1GHz的C6416T和C6455；最高集成多核心包括C64+核心、ARM9、視頻加速器和視頻前端處理及豐富外圍接口的達芬奇（Davinci）媒體處理器、挑戰低功耗達到保持狀態下0.12毫瓦功耗的C5506。越來越多的DSP已經接近或達到消費類價位水平，可以面對日趨激烈的市場競爭。 其次，由于DSP處理器做進行的各種類型的壓縮、增強、轉換和傳輸工作都屬于智力密集型的工作，為充分利用其巨大的運算處理能力，需要又易于使用的開發方法。為此，TI持之以恒地推廣的eXpressDSP開發理念已為廣大的DSP研發工程師所接受。TI完善的集成開發環境Code Composer Studio（CCS）已升級為V3.2版，并且支持許多插件以增強調試功能。現在一套CCS調試軟件可以支持TI的C5000,C6000,C2000,還有SOC平臺如OMPA和Davinci。為滿足特殊調試的需要TI可提供專門設計工具，例如針對C55x與NI公司共同開發有最新功率設計工具，有助于于客戶開發出來更低功耗的DSP應用產品。 另外兩個方面就是DSP的應用軟件支持，還有DSP的支持體系和價值網絡。DSP應用產品成功的關鍵是軟件設計，特別是隨著硬件平臺集成度的成熟，硬件設計的工作量已經不足二成，而軟件設計工作占百分之八十以上，而對于SOC所涉及的軟件系統將更為復雜。對此TI通過和第三方合作伙伴合作以及自主開發相結合的方式提供全方位的支持，這些軟件既包含應用層的數字視頻、數字音頻、影像和語音算法，也包含較為低層的通信和網絡等程序和驅動，還有基礎的實時操作系統Linux等。對于客戶的開發，其實在很大程度上進行軟件集成工作。即使客戶沒有很深的DSP軟件開發功底，通過集成成熟的商用DSP算法軟件也同樣可以開發出高品質的產品。為此，TI多年以來所致力于構建的DSP開發支持體系可以發揮出重要的作用，這也已經成為為數字信息產業價值鏈中關鍵的環節。 繼續挖掘DSP的源泉 作為數字信息產品的引擎DSP，需要特別關注就是核心DSP技術。現在全球成千上萬的客戶正在應用TI的C5000和C6000系列DSP在數以千計的應用，從最大型高密度的網關類產品到最小的網絡音頻播放器。與此相關的是眾多的高性能模擬，輸入和輸出，可以為客戶提供最具靈活性最適合的產品，然后采用最好的CMOS和模擬處理技術集成為SOC。立足視頻創新的Davinci系列一經推出就得到業界積極響應，配合通信和多媒體軟件將幫助加快產品的上市時間并確保最好的IP服務。目前圍繞Davinci已推出數字監控DVR、DVS和IP網絡相機，以及IP機頂盒、IP可視電話、數碼相機，還會有更多創新的應用。如圖四所示有利于創新的DSP集成模式將使更多的客戶針對更多的特色應用順利完成共同開發和優化設計，這樣不妨DSP視為一個不竭源泉，而源源不斷涌現的將是層出不窮的創新。 圖四，有利于創新的DSP集成模式 |
