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一文看懂DSP

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发表于 2019-2-9 17:41 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一文看懂DSP

半导体行业观察  昨天

   DSP 即数字信号处理技术, DSP 芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。 DSP芯片是一种快速强大的微处理器,独特之处在于它能即时处理资料。 DSP 芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。 在当今的数字化时代背景下, DSP 己成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件。

DSP 芯片的诞生是时代所需。 20 世纪 60 年代以来,随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在 DSP 芯片出现之前数字信号处理只能依靠微处理器来完成。但由于微处理器较低的处理速度不快,根本就无法满足越来越大的信息量的高速实时要求。因此应用更快更高效的信号处理方式成了日渐迫切的社会需求。

上世纪 70 年代, DSP 芯片的理论和算法基础已成熟。但那时的 DSP 仅仅停留在教科书上,即使是研制出来的 DSP 系统也是由分立元件组成的,其应用领域仅局限于军事、航空航天部门。

1978 年, AMI 公司发布世界上第一个单片 DSP 芯片 S2811,但没有现代 DSP芯片所必须有的硬件乘法器;
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1979 年, 美国 Intel 公司发布的商用可编程器件 2920 是 DSP 芯片的一个主要里程碑,但其依然没有硬件乘法器;
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1980 年,日本 NEC 公司推出的 MPD7720 是第一个具有硬件乘法器的商用 DSP芯片,从而被认为是第一块单片 DSP 器件。
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   DSP 芯片的诞生过程

1982 年世界上诞生了第一代 DSP 芯片 TMS32010 及其系列产品。这种 DSP 器件采用微米工艺 NMOS 技术制作,虽功耗和尺寸稍大,但运算速度却比微处理器快了几十倍。 DSP 芯片的问世是个里程碑,它标志着 DSP 应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。至 80 年代中期,随着 CMOS 工艺的 DSP 芯片应运而生,其存储容量和运算速度都得到成倍提高,成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。
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80 年代后期,第三代 DSP 芯片问世。 运算速度进一步提高,其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域;
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90 年代 DSP 发展最快,相继出现了第四代和第五代 DSP 芯片。 第五代与第四代相比系统集成度更高,将 DSP 芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。
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进入 21 世纪后,第六代 DSP 芯片横空出世。第六代芯片在性能上全面碾压第五代芯片,同时基于商业目的的不同发展出了诸多个性化的分支,并开始逐渐拓展新的领域。

DSP 芯片的应用领域

DSP 芯片强调数字信号处理的实时性。 DSP 作为数字信号处理器将模拟信号转换成数字信号,用于专用处理器的高速实时处理。 它具有高速,灵活,可编程,低功耗的界面功能,在图形图像处理,语音处理,信号处理等通信领域起到越来越重要的作用。

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  DSP芯片在市场上的应用情况

应用 DSP 的领域较多, 未来新应用领域有望层出不穷。 根据美国的权威资讯公司统计,目前 DSP 芯片在市场上应用最多的是通信领域, 占 56.1%;其次是计算机领域,占 21.16%;消费电子和自动控制占 10.69%;军事/航空占 4.59%;仪器仪表占 3.5%;工业控制占 3.31%;办公自动化占 0.65%。

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  DSP芯片的应用领域

1)DSP 芯片在多媒体通信领域的应用。

媒体数据传输产生的信息量是巨大的,多媒体网络终端在整个过程中需要对获取的信息量进行快速分析和处理,因此 DSP 被运用在语音编码,图像压缩和减少语音通信上。如今 DSP 对于语音解码计算产生实时效果,设计协议要求已经成为最基本的一条国际标准。

2)DSP 芯片在工业控制领域的应用。

在工业控制领域, 工业机器人被广泛应用,对机器人控制系统的性能要求也越来越高。机器人控制系统重中之重就是实时性,在完成一个动作的同时会产生较多的数据和计算处理,这里可以采用高性能的 DSP。 DSP通过应用到机器人的控制系统后,充分利用自身的实时计算速度特性,使得机器人系统可以快速处理问题,随着不断提高 DSP 数字信号芯片速度,在系统中容易构成并行处理网络,大大提高控制系统的性能,使得机器人系统得到更为广泛的发展。

3)DSP 芯片在仪器仪表领域的应用。

DSP 丰富的片内资源可以大大简化仪器仪表的硬件电仪路,实现仪器仪表的 SOC 设计。器仪表的测量精度和速度是一项重要的指标,使用 DSP 芯片开发产品可使这两项指标大大提高。例如 TI 公司的 TMS320F2810 具有高效的 32 位 CPU 内核,12 位 A/D 转换器,丰富的片上存储器和灵活的指挥系统,为高精密仪器搭建了广阔的平台。高精密仪器现在已经发展成为 DSP 的一个重要应用,正处于快速传播时期,将推动产业的技术创新。
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美国德州仪器公司的 TMS320 芯片

3)DSP 芯片在汽车安全与无人驾驶领域的应用。

汽车电子系统日益兴旺发达起来,诸如装设红外线和毫米波雷达,将需用 DSP 进行分析。如今,汽车愈来愈多,防冲撞系统已成为研究热点。而且,利用摄像机拍摄的图像数据需要经过 DSP 处理,才能在驾驶系统里显示出来,供驾驶人员参考。

4)DSP 芯片在军事领域的应用。

DSP 的功耗低、体积小、实时性反应速度都是武器装备中特别需要的。如机载空空导弹,在有限的体积内装有红外探测仪和相应的 DSP信号处理器等部分,完成目标的自动锁定与跟踪。先进战斗机上装备的目视瞄准器和步兵个人携带的头盔式微光仪,需用 DSP 技术完成图像的滤波与增强,智能化目标搜索捕获。 DSP 技术还用于自动火炮控制、巡航导弹、预警飞机、相控阵天线等雷达数字信号处理中。

高端市场被国外公司垄断

目前, 世界上 DSP 芯片制造商主要有 3 家:德州仪器(TI)、 模拟器件公司(ADI)和摩托罗拉(Motorola) 公司,其中 TI 公司独占鳌头, 占据绝大部分的国际市场份额, ADI 和摩托罗拉公司也有一定市场。

德州仪器公司(TI) 是 DSP 业界公认的龙头老大, 公司在 1982 年成功推出了其第一代 DSP 芯片 TMS32010,由于 TMS320 系列 DSP 芯片具有价格低廉、简单易用、功能强大等特点,所以逐渐成为目前最有影响、最为成功的 DSP 系列处理器。

在 TI公司主打的三个系列中, c2000 系列现在所占市场份额较小,如今 TI 官网上的 DSP产品主要以 c6000 与 c5000 为主。 TI 的三大主力 DSP 产品系列为 C2000 系列主要用于数字控制系统; C5000(C54x、 C55x)系列主要用于低功耗、便携的无线通信终端产品; C6000 系列主要用于高性能复杂的通信系统。 C5000 系列中的TMS320C54x 系列 DSP 芯片被广泛应用于通信和个人消费电子领域。

C6000 系列主打产品为: C6000 DSP+ARM 处理器(12)——OMAP-L1x (5)、66AK2x (7); C6000 DSP (94)——C674xDSP (5)、 C66x DSP (11)
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C5000 系列主打产品为: C55x 超低功耗 DSP,为超低功耗的紧凑型嵌入式产品提供高效的信号处理。

TI 公司的 DSP 产品主要应用范围在机器视觉、航空电子和国防、尺寸、重量和功耗(SWAP)、音频、视频编码/解码与生物识别领域。

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TI 公司官网上的主打的四款 DSP 芯片产品

目前, ADI 公司有六款主打产品,分别应用在语音处理、图像处理、过程控制、测控与测量等领域。
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ADI 公司主打 DSP 产品及应用领域

摩托罗拉公司也是全球较大的 DSP 芯片生产商,其产品包括定点的和浮点的,专用的和通用的, 16 位和 24 位以及 32 位。 DSP 芯片主要应用于语音处理、通信、数字相机、多媒体、控制等领域。 主打产品有 DSP56000 系列、 DSP56800 系列、DSP56800E 系列、 MSC8100 系列、 DSP56300 系列等。

未来 DSP 技术将向以下几个方面继续发展与更新:

1)DSP 芯核集成度越来越高。

缩小 DSP 芯片尺寸一直是 DSP 技术的发展趋势,当前使用较多的是基于 RISC 结构,随着新工艺技术的引入,越来越多的制造商开始改进DSP 芯核,并且把多个 DSP 芯核、 MPU 芯核以及外围的电路单元集成在一个芯片上,实现了 DSP 系统级的集成电路。

2)可编程 DSP 芯片将是未来主导产品。

随着个性化发展的需要, DSP 的可编程化为生产厂商提供了更多灵活性,满足厂家在同一个 DSP 芯片上开发出更多不同型号特征的系列产品,也使得广大用户对于 DSP 的升级换代。 例如冰箱、洗衣机,这些原来装有微控制器的家电如今已换成可编程 DSP 来进行大功率电机控制。

3)定点 DSP 占据主流。

目前,市场上所销售的 DSP 器件中,占据主流产品的依然是16 位的定点可编程 DSP 器件,随着 DSP 定点运算器件成本的不断低,能耗越来越小的优势日渐明显,未来定点 DSP 芯片仍将是市场的主角。

FPGA芯片与DSP芯片的相爱相杀

FPGA 即现场可编程门阵列, 它是作为专用集成电路(ASIC) 领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 有了 FPGA 芯片, 可以用程序编一个新发明的 CPU 内核出来,嵌到 FPGA 芯片中去, 并且可以嵌入多个。
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FPGA的基本架构

国际 FPGA 市场被四大巨头垄断, 分别是赛灵思、阿尔特拉、美高森美以及莱迪思。阿尔特拉和赛灵思是 FPGA 的发明者,其中阿尔特拉于 1983 年发明世界上第一款可编程逻辑器件,赛灵思于 1985 年公司推出的全球第一款 FPGA 产品 XC2064。 根据2017 年公司财务数据统计,赛灵思营收 23.49 亿美元, 阿尔特拉(被英特尔收购)为 19.02 亿美元,美高森美 FPGA 业务为 4.21 亿美元,莱迪思为 3.86 亿美元。 赛灵思和阿尔特拉两家公司几乎占据了整个国际市场的 90%。
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2017 年 FPGA 四巨头市场占有率

FPGA 芯片与 DSP 芯片是有区别的。 DSP 是专门的微处理器,适用于条件进程,特别是较复杂的多算法任务。 FPGA 包含有大量实现组合逻辑的资源,可以完成较大规模的组合逻辑电路设计,同时还包含有相当数量的触发器,借助这些触发器, FPGA又能完成复杂的时序逻辑功能。
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2016 年 FPGA 芯片的应用领域

FPGA 芯片与 DSP 芯片是有区别的。 DSP 是专门的微处理器,适用于条件进程,特别是较复杂的多算法任务。 FPGA 包含有大量实现组合逻辑的资源,可以完成较大规模的组合逻辑电路设计,同时还包含有相当数量的触发器,借助这些触发器, FPGA又能完成复杂的时序逻辑功能。
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DSP 芯片的通用性相对弱, FPGA 则通用性更强;
DSP 具有软件的灵活性, 而 FPGA 具有硬件的高速性;
DSP 对较低速的事件串联执行, 但是处理前可能会有些时延, 而 FPGA 不能处理多事件, 因为每个事件都有专用的硬件, 但是采用这种专用硬件实现的每个事件的方式可以使各个事件同时执行;
DSP 是按照指令的顺序流来编程的,而 FPGA 是以框图方式编程的, 这样很容易看数据流。

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FPGA 芯片与 DSP 芯片的比较

在既强调结构灵活、 通用性,以及处理复杂算法的需求下,往往将 DSP 和 FPGA 联合起来,采用 DSP+FPGA 结构, 或者将 DSP 模块嵌入的 FPGA 芯片中,这也是未来设计的一种趋势。

告别无“芯”之痛, 国产 DSP 获突破

“核高基”重大专项从国家层面大力推动国产高端芯片的研发。 2006 年,国务院颁布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006 年-2020 年)》,“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”(简称“核高基重大专项”)位列 16 个科技重大专项首位,也被称之为“01 专项”。

专项的实施极大地提升了我国集成电路产业的发展速度。 2001~2016 年间,我国集成电路市场规模由 1260 亿元增加至约 12000 亿元,占全球市场份额的将近 60%,产业销售额扩大超过 23 倍,由 188 亿元扩大至 4336 亿元。国内对 DSP 方面的研究起步较晚,但是发展较快。 中电科 14 所承担起研发 DSP 芯片的任务。

10 年磨一剑, 14 所跟龙芯公司、清华大学合作开发国产 DSP 芯片华睿 1号在 2012 年通过核高基专项组验收。华睿 1号成功应用于 14所十多型雷达产品中,创造了国产多核 DSP 芯片产品应用的“三个之最”: 雷达装备应用型号最多、单台套应用数量最多和总应用数量最多。 目前, 华睿 2 号已成功研制出,并已经通过所内测试,并将很快推向市场。 下一步, 14 所计划将在华睿 3 号上采用更为先进的制造工艺,进一步提高主频, 提高通用性能, 在专用性能方面采用流处理器方式,提高专用计算的性能,同时降低功耗。

“华睿 1 号”代表国内 DSP 芯片工艺最高水平。 在处理系统设计方面采用了 DSP 和CPU 多核架构设计技术, 实测表明, “华睿 1 号”的处理能力和能耗具有明显优势,运行多任务实时操作系统十分稳定,芯片的整体技术指标达到或优于国际同类产品水平。华睿 1号填补了我国在多核DSP领域的空白,对提高我国高端芯片的自主研发能力、提升我国电子整机装备研制水平、保障国家信息安全等方面具有重大意义与影响。



魂芯 1 号是由中国电子集团第 38 所吴曼青团队研制成功的, 2012 年完成测试。 魂芯一号(BWDSP100) 是一款 32 位静态超标量处理器, 属于 DSP 第二发展阶段的产品。该芯片基于 55nm 制作工艺实现的,具有完全自主知识主权。



魂芯 1 号达到国际主流 DSP 芯片水平,与美国模拟器件公司(ADI) TS201 芯片新能相近。 TS201 是 ADI 公司的一款主流 DSP 芯片, 它集成了定点和浮点计算功能的高速 DSP。该处理器广泛应用于视频、通信市场和国防军事装备中,适合于大数据量实时处理的应用领域。

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魂芯 1 号与 TS201 特性对比

魂芯 1 号是一款高性能通用 DSP,可广泛应用于各类高性能信号处理领域, 典型的整机装备应用包括雷达、声纳、电子对抗等。

魂芯 2 号 A 刚刚发布, 单核性能超过当前国际同类芯片性能 4 倍。 2018 年 4 月 23日, 中国电科 38 所发布了 魂芯 2 号 A, 该芯片采用全自主体系架构,研发历时 6年, 相对于魂芯 1 号,魂芯 2 号 A 性能提升了 6 倍,通过单核变多核、扩展运算部件、升级指令系统等手段,使器件性能千亿次浮点运算同时,具有相对良好的应用环境和调试手段;单核实现 1024 浮点 FFT (快速傅里叶变换)运算仅需 1.6 微秒,运算效能比德州仪器公司 TMS320C6678 高 3 倍,实际性能为其 1.7 倍,器件数据吞吐率达每秒 240Gb。

DSP 芯片在民用信息领域市场空间巨大

DSP 芯片支持通信、计算机和消费类电子产品的数字化融合。在无线领域 DSP 遍及无线交换设备、基站和手持终端; 在网络领域, DSP 涵盖从基础设施到宽带入户设备, 包括 IP 网关和 IP 电话和电缆调制解调器等。随着中国数字消费类产品需求的大幅增长,以及 DSP 对数字信号高速运算与同步处理能力的提高, DSP 的应用领域将逐渐从移动电话领域扩展到新型数字消费类领域,从而应用领域横跨 3C,且分布将日趋均衡。

DSP 芯片在智能手机中扮演重要角色。 DSP 芯片可以为移动电话带来更好的语音、音频、图像体验,可以极大提升手机单项功能的能力, 让手机运行速度更快。由于DSP 具有强大的计算能力,使得移动通信的蜂窝电话迅速崛起,并创造了一批诸如GSM、 CDMA 等全数字蜂窝电话网。同时 DSP 芯片是移动电话等电子产品更新换代的重要决定因素。工信部数据显示, 2017 年,移动电话用户净增 9555 万户,总数达 14.2 亿户,移动电话用户普及率达 102.5 部/百人,比上年提高 6.9 部/百人, 移动电话需求量的稳步上升将引致 DSP 芯片等集成电路的大量需求。


2000~2017 年固定电话、移动电话用户发展情况

移动宽带需求量与 DSP 需求量呈正向变动。 基于 DSP 的 ADSL 和 HFC 作为两种最常用的宽带接入技术,同时,基于 DSP 的通用系统可以实现无线接入点通信系统,具有较好的开放性, 配置灵活, 可扩展性强,因此移动宽带需求量与 DSP 需求量呈正向变动。截止 2017 年年底,三家基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数达3.49 亿户,全年净增 5133 万户。移动宽带用户(即 3G 和 4G 用户)总数达 11.3 亿户,全年净增 1.91 亿户,占移动电话用户的 79.8%。随着移动宽带的普及推广未来DSP 市场需求可期。


2000~2017 年移动宽带用户 3G、 4G发展情况

IPTV 等数字消费类产品的需求日益扩张,新型数字消费领域 DSP 芯片未来市场需求可期。 基于 DSP+FPGA 的网关实现方案可以将数字电视信号转换为组播信号, 实现有线电视业务与电话语音业务、计算机互联网业务的融合。近年来,国家大力出台扶持政策、加快培育新兴 IPTV、物联网、智慧家庭等业务。 2017 年末, IPTV 用户数达到 1.22 亿户,全年净增 3545 万户。
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 楼主| 发表于 2019-2-9 17:44 | 显示全部楼层
除了华睿和魂芯,国内有没生产DSP的企业?华睿2号、3号,魂芯二号能用于通信、工业控制、仪器仪表、计算机领域吗?
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发表于 2019-2-9 19:37 | 显示全部楼层
民用领域赶快发展啊,争取把他们赶出去
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发表于 2019-2-9 22:34 超大游击队员 | 显示全部楼层
mygodson 发表于 2019-2-9 19:37
民用领域赶快发展啊,争取把他们赶出去


很难,除非学像类似于华为的手机芯片K3的成长道路,前期不计成本的烧钱,以及受到国内外的各种嘲笑与嘲讽。
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发表于 2019-2-10 14:01 | 显示全部楼层

RE: 一文看懂DSP

尘世游人 发表于 2019-2-9 22:34
很难,除非学像类似于华为的手机芯片K3的成长道路,前期不计成本的烧钱,以及受到国内外的各种嘲笑与嘲 ...

现在不是已经不错了吗?魂芯2号加入价格比别人的便宜,应该好打开市场吧
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发表于 2019-2-10 18:23 超大游击队员 | 显示全部楼层
DSP马上就会被FPGA淘汰了。
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发表于 2019-2-10 18:56 | 显示全部楼层

RE: 一文看懂DSP

cdmatd 发表于 2019-2-10 18:23
DSP马上就会被FPGA淘汰了。

好多年之前就流传了,朋友能否聊聊如何马上?
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发表于 2019-2-10 19:08 超大游击队员 | 显示全部楼层
cdmatd 发表于 2019-2-10 18:23
DSP马上就会被FPGA淘汰了。

FPGA国内发展的怎么样?
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 楼主| 发表于 2019-2-10 21:28 | 显示全部楼层
国内在搞FPGA的有紫光同创、高云半导体等企业,现目前高端的还是美帝的天下,国内的正在研发中,不知道海思在搞这个没?海思在研发ADC/DAC,只不过略显神秘,曝出的产品和技术信息很有限。
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发表于 2019-2-11 09:10 超大游击队员 | 显示全部楼层
三虎 发表于 2019-2-10 18:56
好多年之前就流传了,朋友能否聊聊如何马上?

《芯势力》系列

DSP(Digital Signal Processing)即数字信号处理技术,DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,广泛采用流水线操作,提供特殊的DSP指令,可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。

在当今的数字化时代背景下, DSP 己成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件,被广泛应用于数字控制、运动控制方面的应用主要有磁盘驱动控制、引擎控制、激光打印机控制、喷绘机控制、马达控制、电力系统控制、机器人控制、高精度伺服系统控制、数控机床等。面向低功耗、手持设备、无线终端的应用主要有手机、PDA、GPS、数传电台等。



先来了解一下DSP的历史
20 世纪 60 年代以来,随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。由于微处理器较低的处理速度不快,无法满足越来越大的信息量的高速实时要求,因此应用更快更高效的信号处理方式成了日渐迫切的社会需求,催生了DSP芯片的诞生。

上世纪 70 年代, DSP 芯片的理论和算法基础已成熟。但那时的 DSP 仅仅停留在教科书上,即使是研制出来的 DSP 系统也是由分立元件组成的,其应用领域仅局限于军事、航空航天部门。

1978 年, AMI 公司发布世界上第一个单片 DSP 芯片 S2811,但没有现代 DSP芯片所必须有的硬件乘法器;

1979 年, 美国 Intel 公司发布了商用可编程器件 2920 是 DSP 芯片,但其依然没有硬件乘法器;

1980 年,日本 NEC 公司推出的 MPD7720 是第一个具有硬件乘法器的商用 DSP芯片,从而被认为是第一块单片 DSP 器件;

1982年TI公司成功推出了其第一代DSP芯片TMS32010,这是DSP应用历史上的一个里程碑,这种DSP 器件采用微米工艺 NMOS 技术制作,虽功耗和尺寸稍大,但运算速度却比微处理器快了几十倍,该系列DSP芯片的问世标志着 DSP 应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步,从此DSP芯片开始得到真正的广泛应用。由于TMS320系列DSP芯片具有价格低廉、简单易用、功能强大等特点,所以逐渐成为目前最有影响、最为成功的DSP系列处理器。

在此后的发展历程中,DSP芯片运算速度、集成度和应用领域逐步得到扩展,在进入 21 世纪后,第六代DSP芯片的问世在性能上全面碾前几代芯片,同时基于不同的需求发展出了诸多个性化的分支,逐渐拓展更多新的领域。

根据美国的权威资讯公司统计,目前 DSP 芯片在市场上应用最多的是通信领域, 占 56.1%;其次是计算机领域,占 21.16%;消费电子和自动控制占 10.69%;军事/航空占 4.59%;仪器仪表占 3.5%;工业控制占 3.31%;办公自动化占 0.65%。

DSP芯片的发展现状
目前, DSP芯片国外制造商主要有3家:德州仪器(TI)、 模拟器件公司(ADI)和摩托罗拉(Motorola) 公司,其中 TI 公司独占鳌头, 占据绝大部分的国际市场份额, ADI 和摩托罗拉公司也有一定市场。

德州仪器(TI)
TI是世界上最知名的DSP芯片生产厂商,其产品应用也最广泛,TI公司生产的TMS320系列DSP芯片广泛应用于各个领域。



目前,TI公司在市场上主要有TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000三大系列产品。C2000 系列现在所占市场份额较小,如今 TI 官网上的 DSP产品主要以 C6000 与 C5000 为主。 TI 的三大主力 DSP 产品系列为 C2000 系列主要用于数字控制、运动控制系统; C5000系列主要用于低功耗、便携的无线通信终端产品,其中 C5000 系列中的TMS320C54x 系列 DSP 芯片被广泛应用于通信和个人消费电子领域;C6000 系列主要用于高性能、多功能、复杂的通信系统。  

TI 公司的DSP产品主要应用范围在机器视觉、航空电子和国防、尺寸、重量和功耗(SWAP)、音频、视频编码/解码与生物识别领域。

美国模拟器件公司(ADI)



ADI公司在DSP芯片市场上也占有一定的份额,相继推出了一系列具有自己特点的DSP芯片,其产品主要应用于语音处理、图像处理、过程控制、测控与测量等领域。

其定点DSP芯片有 ADSP2101/2103/2105、ADSP2111/2115、ADSP2126/2162/2164、ADSP2127/2181 、ADSP-BF532以及Blackfin系列,浮点DSP芯片有ADSP21000/21020、ADSP21060/21062,以及虎鲨 TS101,TS201S。

摩托罗拉(Motorola)



摩托罗拉也是全球较大的 DSP 芯片生产商,其产品包括定点的和浮点的,专用的和通用的, 16 位和 24 位以及 32 位。 DSP 芯片主要应用于语音处理、通信、数字相机、多媒体、控制等领域。 主打产品有 DSP56000 系列、 DSP56800 系列、DSP56800E 系列、 MSC8100 系列、 DSP56300 系列等。

对于国际领先的DSP大厂上面进行了介绍,现在说回国内在DSP芯片的发展情况。国内对DSP方面的研究起步较晚,但是发展还不算太慢。中电科14所和38所承担起研发DSP芯片的任务。

“华睿1号”
2012年,14所跟龙芯公司、清华大学合作开发国产DSP芯片“华睿1号”通过核高基专项组验收。“华睿1号”成功应用于14所十多型雷达产品中,创造了当时国产多核DSP芯片产品应用的“三个之最”:雷达装备应用型号最多、单台套应用数量最多和总应用数量最多。



“华睿1号”是由国内自主创新研发的专用DSP芯片,“华睿1号”的研制成功填补了我国在多核DSP领域的空白,对提高我国高端芯片的自主研发能力、提升我国电子整机装备研制水平、保障国家信息安全等方面具有指导意义。

“华睿1号”在处理系统设计方面采用了DSP和CPU多核架构设计技术,实测表明,“华睿1号”的处理能力和能耗具有明显优势,运行多任务实时操作系统十分稳定,芯片的整体技术指标达到或优于国际同类产品水平。

“魂芯一号”
此外,在2012年11月中国电子集团第38所吴曼青团队成功研制出“魂芯一号”,“魂芯一号”是一款32位静态超标量处理器,属于DSP第二发展阶段的产品。该芯片基于55nm制作工艺实现的,具有完全自主知识主权。



“魂芯一号”广泛应用于物联网、通讯、国防安全和公共安全等领域,其成功应用打破了国外高端数字信号处理芯片对中国高性能计算领域的垄断。“魂芯一号”使中国雷达数字系统有了“中国芯”,实现了重大跨越。

“华睿2号”
去年,“华睿2号”作为国家“十二五”核高基重大专项高端芯片项目通过验收,此次通过“核高基”验收的“华睿2号”DSP芯片为全自主设计,标志着我国在高端DSP研制领域再次取得重大突破。



“华睿2号”芯片采用40纳米工艺,8核异构设计,专门适配反隐身算法,工作主频为1GHz,每秒可完成4000亿次浮点运算,支持64位标准双精度,综合处理性能优于国际主流DSP芯片。

“华睿2号”共历经4年研制和2年应用验证,突破了多核异构架构、自主指令集、动态可重构以及矢量化编译等10余项核心技术,取得发明专利、布图设计和软件著作权等知识产权40余项。华睿2号共集成了4个通用DSP核和4个创新的可重构核,支持典型信号处理算法加速。

同时面向不同性能需求的应用,形成了“华睿2号”高端、中端等系列化产品,在安防监控、安全计算机等民用领域和雷达、通信、电子对抗等军用领域全面推广应用。这也是国内第一次在高端芯片上取得如此多的专利。而且“华睿2号”还能支持人工智能运算,有将近万亿次运算能力,可为如今兴起的人工智能提供巨大助力。

“魂芯二号A”
同样在去年,中国电科38所通过对“魂芯一号”在实际使用过程中的不断迭代和磨合,完成了“魂芯”家族的第二代产品——“魂芯二号A”的设计。



“魂芯二号A”采用全自主体系架构,通过单核变多核、扩展运算部件、升级指令系统、扩大存储容量、加大数据并行、丰富调试手段、扩展应用领域等手段,使器件性能千亿次浮点运算同时,具有相对良好的应用环境和调试手段。单核性能超过当前国际市场上同类处理核的4倍,其可与高速ADC、DAC直接互连,具备相关时序接口,可以实现P波段射频直采软件无线电处理形态。

作为通用DSP处理器,“魂芯二号A”将广泛运用于雷达、电子对抗、通信、图像处理、医疗电子、工业机器人等高密集计算领域。目前,正在多种重大装备以及图像处理领域中推广使用。

“魂芯二号A”相对于“魂芯一号”,性能提升了6倍,单核实现1K点FFT仅需1.6us,运算效能比TI公司TMS320C6678高3倍,实际性能为其1.7倍。魂芯DSP核是当前市场上性能最高DSP核,实现了市场上同类产品性能指标的超越,目前荣获国家技术发明专利、软件著作权等科技成果共计30余项。

“魂芯二号A”的推出,使得软件无线电从理想走向现实,人们梦想着系统功能主要取决于软件算法成为可能,同时为我国建立自主体系高端DSP产品谱系奠定坚实基础。

DSP未来发展趋势
通过上面对于DSP的介绍可以发现,DSP技术的发展趋势向系统集成DSP方向发展,在一个芯片上集成DSP芯核、MPU芯核、外围电路单元、专用处理单元和存储单元等。

此外,DSP技术未来的发展趋势还主要体现在 以下几个方面:

(1)更多的采用具备多通道、超标量、多处理、多线程、超长指令字等超级哈佛结构将在未来的DSP内核结构中占据主导地位。

(2)可编程的DSP将逐步取代定式的DSP。生产厂商可以在同一个DSP平台上开发不同类型的产品用来满足客户个性化的需求。可编程的DSP也使得用户升级系统更加方便。

(3)更好的性能、更快的运算速度是不变的趋势。

(4)定点DSP将成为主流。浮点DSP的运算精度高、动态范围大,但是成本高,功耗高。而定点DSP器件成本低、功耗低、对存储器的要求也低。目前DSP器件市场80%以上都属于16位定点可编程DSP器件。

(5)FPGA器件配合传统的DSP器件可以处理更多的信道,来达到高速实时处理功能,满足多媒体、无线通信等领域的需要。
  
(6)DSP与微处理器(MCU)结合起来的双核平台,由于既能进行数据处理,又可以提高智能控制,成为DSP技术发展的新趋势。OMAP是这种双核平台的典型例子,是由TI公司发布的。

DSP产品在我国拥有广阔的市场,众多国内外厂商开始在中国布局。DSP芯片的品种和技术将向着越来越多种类、低功耗、高性能方向发展。



DSP技术发展至今,在很多人看来,DSP已经到了英雄迟暮的地步,就实际而论,Freesacle、ADI、NXP已经停掉了新技术研发,而当前从大的方面说国际企业大概只剩下TI一家扛着DSP的大旗,国内中电科在此有所探索和收获。

在很多人看来,近十年来,ARM和Intel的发展幅度已经远远超过了DSP。但在工业领域,DSP的应用还是占有很重要的位置。

但可以预见的是,将一些能实现基本数字信号处理功能的DSP模块嵌入的FPGA芯片是数字电路设计的另一个大趋势。

有些公司已经或计划把基于ASIC的微处理器或DSP芯核与可编程逻辑阵列集成组合在一块芯片上。FPGA提供的DSP性能已超过1280亿MAC每秒,大大高于目前主流供应商所能提供的传统DSP的性能。

其中,Xilinx作为世界可编程逻辑器件的领导厂商,据Xilinx提供的测试数据表明,Xilinx FPGA比业界最快的DSP运行要快100倍。因此,单个FPGA即可代替传统上所谓的DSP处理器阵列。

性能比较突出的还有QuickLogic公司推出的QuickDSP系列,它提供了嵌入式的DSP构件块和可编程的逻辑灵活性。这个新的系列除了提供以前的可编程的逻辑和存储模块外,还包括专用的乘加模块。这些合成的模块可以实现DSP功能。

因此可以预测,在不久的将来,单一的DSP或FPGA实现的数字系统会被DSP+FPGA的结构或嵌入DSP模块的FPGA设计结构所取代。
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发表于 2019-2-11 09:12 超大游击队员 | 显示全部楼层
denglijun 发表于 2019-2-10 19:08
FPGA国内发展的怎么样?

DSP技术发展至今,在很多人看来,DSP已经到了英雄迟暮的地步,就实际而论,Freesacle、ADI、NXP已经停掉了新技术研发,而当前从大的方面说国际企业大概只剩下TI一家扛着DSP的大旗,国内中电科在此有所探索和收获。

在很多人看来,近十年来,ARM和Intel的发展幅度已经远远超过了DSP。但在工业领域,DSP的应用还是占有很重要的位置。

但可以预见的是,将一些能实现基本数字信号处理功能的DSP模块嵌入的FPGA芯片是数字电路设计的另一个大趋势。

有些公司已经或计划把基于ASIC的微处理器或DSP芯核与可编程逻辑阵列集成组合在一块芯片上。FPGA提供的DSP性能已超过1280亿MAC每秒,大大高于目前主流供应商所能提供的传统DSP的性能。

其中,Xilinx作为世界可编程逻辑器件的领导厂商,据Xilinx提供的测试数据表明,Xilinx FPGA比业界最快的DSP运行要快100倍。因此,单个FPGA即可代替传统上所谓的DSP处理器阵列。

性能比较突出的还有QuickLogic公司推出的QuickDSP系列,它提供了嵌入式的DSP构件块和可编程的逻辑灵活性。这个新的系列除了提供以前的可编程的逻辑和存储模块外,还包括专用的乘加模块。这些合成的模块可以实现DSP功能。

因此可以预测,在不久的将来,单一的DSP或FPGA实现的数字系统会被DSP+FPGA的结构或嵌入DSP模块的FPGA设计结构所取代。
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发表于 2019-2-11 15:19 | 显示全部楼层
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发表于 2019-2-12 00:01 | 显示全部楼层

RE: 一文看懂DSP

denglijun 发表于 2019-2-10 19:08
FPGA国内发展的怎么样?

相比mcu和dsp,fpga和国外差距最大。
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发表于 2019-2-12 00:01 | 显示全部楼层

RE: 一文看懂DSP

人随风舞 发表于 2019-2-11 15:19
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIyODY1NTg5Nw==&mid=2247484918&idx=1&sn=bb5d8e89f34f502eb5a85db448 ...

谢谢分享!朋友是做这行的么?
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发表于 2019-2-12 00:49 | 显示全部楼层
为什么FPGA会比DSP快?
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发表于 2019-2-12 10:56 超大游击队员 | 显示全部楼层
zmic797 发表于 2019-2-12 00:49
为什么FPGA会比DSP快?

fpga可以深度定制啊
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发表于 2019-2-12 11:09 | 显示全部楼层

RE: 一文看懂DSP

hillsboro 发表于 2019-2-12 10:56
fpga可以深度定制啊

这样的啊,原来看一些文章,说DSP是ASIC,FPGA是介于通用CPU和ASIC之间的,比通用CPU快在特定场合,比ASIC灵活
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发表于 2019-2-12 11:11 超大游击队员 | 显示全部楼层
dsp通用,雷达,通信水声可能都用差不多的,就很难深度优化,现在都用FPGA深度定制,功耗低性能强
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发表于 2019-2-12 11:16 超大游击队员 | 显示全部楼层
zmic797 发表于 2019-2-12 11:09
这样的啊,原来看一些文章,说DSP是ASIC,FPGA是介于通用CPU和ASIC之间的,比通用CPU快在特定场合,比AS ...

dsp两极分化,低端直接嵌入arm 比如电机控制 st nxp都有,高端FPGA 通用dsp很尴尬
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