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  什么是DSP芯片?

  DSP芯片 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，是一种快速强大的微处理器，独特之处在于它能即时处理。DSP 芯片的内部是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。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芯片的发展历程

  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，可以说DSP 芯片的诞生是时代所需。

  上世纪70 年代，DSP 芯片的理论和算法基础趋于成熟。但那时 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，应用领域仅局限于军事、航空航天部门。

  Ø1978 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;

  Ø1979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;

  Ø1980 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。

  Ø80 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;

  Ø90 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。

  Ø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芯片的市场应用

  DSP 芯片强调数字信号处理的实时性，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。 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。

  DSP 的应用领域较多，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%。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  DSP芯片主要生产厂家

  当前世界上 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。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。

  模拟器件ADI 公司主有六款主打产品，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。

  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。

  FPGA 芯片与 DSP 芯片区别

  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。

  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%。

  相比FPGA芯片，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。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。

  ØDSP 芯片的通用性相对弱，FPGA 则通用性更强;

  ØDSP 具有软件的灵活性，而FPGA 具有硬件的高速性;

  ØDSP 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;

  ØDSP 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。

  DSP 芯片上下游供应链

  DSP 芯片有20 年的历史，已发展到较高水平。每天都有新的 DSP 应用产品走向市场，但绝大部分DSP 开发工具和应用产品不是DSP 芯片厂自己研发的。芯片企业将主要精力放在改进芯片设计、改革制造工艺、提高运算速度、增加功能等方面。许多第三方公司去承担DSP 周边产品的研发，提高了市场活力。

  围绕 DSP 芯片产业化的公司业务有很多，包括：

  1) DSP 开发工具：包括仿真软件、调制软件、硬件仿真器、评估板等;

  2) DSP 应用软件：各种符合国际和区域性标准的语音、图像、视频、数据通信等DSP 软件。例如不少公司从事ITU-TG,系列语音压缩编码标准的dsp 编程。音频编码如MPEG1,2,4 的MP3。图像编码有JPRG、JPEG2000、H.263 等。

  3) DSP 电路板卡：实际应用中需要专门的 DSP 硬件电路板卡，可以进行二次应用研发。如语音信箱就是购买 DSP 语音压缩卡制作的;

  上游原材料市场

  影响 DSP 价格的主要原材料是晶圆。DSP 芯片的原材料是晶圆。晶圆制造过程为，首先将硅元素加以纯化(99.999%)，然后将纯硅制成硅晶棒，最后将其切片就是芯片制作所需要的晶圆。2008 年以来、英飞凌、飞思卡尔、东芝等纷纷关闭晶圆厂,不断扩大外包比例。当前经验环的尺寸为8 英寸和12 英寸，正向14 英寸经晶圆迈进。

  下游需求及应用领域分析

  DSP 融入高集成度SOC 芯片是主流，DSP 它已经发展成为专业化和多样化，每个制造商的市场划分越来越详细，差异也越来越大。简单的DSP 芯片越来越少，DSP越来越多 与其他处理核集成相比，集成度高、针对性强的SOC不仅大大降低了板机空间，而且带来了功耗、成本和项目进度的综合优势，促进了行业和产品特性的提高。

  DSP 雷达广泛应用于军事和民用领域。在航空航天领域，主要用于雷达和声纳处理。通信主要用于手机、手机和通信。IP 电话、ADSL 和HFC 信号传输;电子娱乐，主要用于高清电视、机顶盒、家庭影院。