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国产厂商去世磕这颗芯片_暗记_芯片

落叶飘零 2025-01-15 06:31:39 0

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可以说,喷鼻香浓的这篇论文开拓了一个新纪元。
但详细到硬件方面,此时间隔第一颗DSP芯片面世还有很多年。
由于哪怕是最基本的IC,也须要10年后才由TI的Jack Kilby发明。
但在后续亮相往后,DSP风靡市场数十年。

专业选手,好于业务选手

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所谓DSP,按照维基百科所说,这是一种专用微处理器芯片,其架构针对数字旗子暗记处理的操作需求进行了优化。
在实际运用中,DSP的目标常日是丈量、过滤或压缩连续的真实仿照旗子暗记。
虽然大多数通用微处理器也可以成功实行数字旗子暗记处理算法,但可能无法实时连续地跟上这种处理,这就使得DSP能够一贯成为有此类需求运用的首选。

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(图片来自网络侵删)

中国首批从事DSP研究的技能专家更是直言,之以是DSP能够在多个领域中先拔头筹,归根到底是由于“专业选手永久好于业务选手”。
要理解这句话,就首先要从处理器架构谈起。

当前,虽然最近几年有一个叫做存内打算的架构非常火热,但我们比较熟习的处理器架构基本都是冯诺依曼架构(von Neumann architecture)和哈佛架构(Harvard architecture)。
个中,冯·诺依曼构造的处理器利用同一个存储器,经由同一个总线传输;哈佛构造是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器构造。

详细到DSP方面,根据TI前首席科学家、DSP产品创始人Gene Frantz在2000年发布的一篇名为《Digital signal processor trends》中所说,最初的 DSP 设计也借鉴了早期打算机研究的另一个想法。
例如第一个微处理器,就像之前的打算机中心处理单元一样,采取了冯·诺依曼架构,具有单一总线和用于数据和指令的统一地址空间。

然而DSP 设计者捉住了具有独立总线的哈佛架构,但他们以一种新颖的办法利用了这个想法。
除了添加指令总线之外,设计职员还为每个乘法累加操作数供应了单独的总线。
因此,可以在每个周期期间加载数据和指令并实行完全的乘法累加。
由于设计职员接管了统一地址空间的代价,因此他们没有将指令与主存储器中的数据分开,只管后来引入的缓存方案常日将少量数据和代码单独保存在片上存储器中。

从那时起,这种改进的哈佛架构就一贯是 DSP 不可或缺的一部分,只管本日的架构可能包含许多最初的打算机研究职员在他们最猖獗的抱负中无法想象的功能。
以是只管 DSP 在某些方面与 RISC 引擎相似,但它们在其他方面有根本的不同。

总而言之,由于许多数学函数对付在数字领域中转换和操作仿照旗子暗记非常有用,因此能够高效实行这些数学函数的机器作为 DSP 将非常有代价。
因此,某些微处理器架构师环绕专用于实行乘法累加功能的硬件设计了处理器,于是DSP 出身了。

从实质上看,DSP便是为数字运算而设计的。
作为一款血统纯洁的专用领域处理器,DSP专业能力出色,在适用领域指令实行效率高,功耗低,周边配套外设资源同样专业高效,总体芯片本钱竞争力强。
得益于这些上风,过去多年里,音频、视频旗子暗记处理、通讯、实时掌握、运动掌握、电机掌握、新能源、汽车电子和数字电源等也都成为了DSP的虔诚追随者。

群雄争霸,一家独大

在有利可图的地方,一定就有竞争,这是一个亘古不变的道理,这当然也涌如今DSP市场上。
文章开头的时候我们曾谈到,从数字旗子暗记处理到真正的数字旗子暗记处理器涌现,中间还相差一段非常长的韶光。

但不少厂商前赴后继,涌向数字旗子暗记处理器的市场。

资料显示,贝尔实验室于1967 年开拓了自适应预测编码 (APC:Adaptive Predictive Coding),使得在4.8kbps 比特流中得到相称不错的音频成为可能;英特尔于 1971 年推出了第一款商用微处理器 4004,能够进行乘法和加法,但其相对较弱的ALU 和位脱期制了其发展;TRW 于 1976 年成功创建并发卖了一款 16×16 位单芯片数字乘法器MPY016H,不过由于其不能做“加法”,须要额外加一个IC来完成,以是该芯片也不是一个纯洁的DSP。

到了1982 年推出TMS320 DSP等多类型芯片和产品发布之后,我们现在熟习的数字旗子暗记处理器(DSP:Digital Signal Processor)终于正式走向了台前,且经久常新。

从某种程度上看,TMS 320可能真的称不上是首款DSP,由于在此之前,英特尔曾推出了瞄着同样目标的2920 仿照旗子暗记处理器和8088 微处理器、AT&T展示了DSP-1;NEC也有μPD7720。
在TI之后,也有摩托罗拉、飞利浦、ADI、NXP、Cirrus Logic 和CEVA以及Tesilica等厂商推出相应产品,他们在各自的市场也都有着精彩的表现。

例如ADI公司的虎鲨系列在音频领域拥有领先的地位;CEVA、Tesilica等嵌入式处理器在嵌入式运用领域也有着独到的深刻。
个中,TI更是DSP供应商中不得不提的一家企业。
得益于其领先的产品设计和对症下药的投入,TI在过去几十年里险些以一己之力在带领DSP从业者坚守这片阵地。

尤其是C2000系列,更是成为了DSP领域的一座丰碑。

据干系资料显示,TI第一代C2000的前身可以追溯到他们于1995年开拓的一款用于硬盘驱动器的DSP。
1997年,TI第一款用于电机掌握的16位专用芯片F24x DSP问世,虽然现在看起来产品很大略,只有20MHz主频,带有10位ADC和3相PWM,但该芯片仍旧很快在数字电机掌握市场上站稳脚跟。
后来,TI因应市场需求推出新芯片,投入市场教诲,并终极奠定了公司在DSP市场的地位。

在行业资深从业者看来,TI之以是能够在DSP市场统领市场多年,这首先得益于其在产品设计上的领先。
还是以C2000系列为例,这系列面世20多年的芯片拥有多方面的上风:

一方面,该系列芯片的内核强大:支持2-4个1616硬件乘加器,可单周期实行乘加运算;单指令可同时驱动2-3个内核实行部件事情;可扩展支持浮点、三角函数等硬件加速单元;合营强大的编译工具和库函数支持,使得指令实行效率是通用MCU的3倍以上。

另一方面,从芯片的系统架构上看,C2000系列可以称得上是为实时旗子暗记处理而生的。
它的高精度、高速率数据采集、预先处理能力,IO通道输入旗子暗记数字滤波功能,为中断旗子暗记实时相应而设计的增强型中断掌握系统等硬件外设为内核的强大数字处理供应了高可靠的数据来源。
通过片上CLA协处理器实行算法的浮点加速运算可有效降落主核负载,提高系统的相应速率。
通过片上CLB和X-BAR的合营利用,使得芯片具备硬件可编程能力,大幅减少外围逻辑器件的利用数量。

除此以外,支持100ps级的高精度eCAP和高精度PWM的系统外设,使得芯片具备实现更加精准的掌握能力,在采取新型GaN,SiC功率驱动器件的掌握场合发挥出芯片的精良性能。

末了,TI非常重视保持C2000 DSP产品的领先性,通过深挖行业客户的需求痛点,不断推出新产品,也是让TI能够站在本日位置的另一个主要推手。
对付TI来说,坚持多年的大学教诲互助也是让他们在市场得到认可的关键,这在DSP市场也不例外。

正是由于TI DSP的统治力所带来的可不雅观收入,加上市场带来的机会,环球芯片厂商都盯上了其所瞄准的市场,中国市场的参与者也不例外。

前赴后继,本土厂商去世磕

关于谁最先投入到国产DSP的研发中去,笔者尚未讲求到。
但据干系资料显示,自1985年至今,从国家专用集成电路设计工程技能研究中央开始,就拥有包括中电14所、昆腾微、湖南进芯、江苏宏云、中科本源和中科昊芯等一众厂商源于科研和自主装备的特定功能和性能的定制需求,投入到DSP国产化浪潮中。

虽然经由了一轮又一轮的攻关,但国产DSP在市场上仍旧没有得到厂商的广泛认可,巨子依然是那些巨子。
在问到为何还会如此的时候,资深DSP研究专家表示:

首先,客不雅观上讲,DSP的运用处景大多数是工业客户,与消费类客户比较,工业客户对产品的可靠性、性能指标的哀求明显高于消费类客户,工业市场的准入门槛要高很多,不易进入。

其次,工业产品的生命周期长,导致DSP产品的导入周期相对长,必须做好打持久战的准备,受制于公司管理机构和短期古迹的压力,大多数公司难以坚持下去。
第三,工业市场对国产芯片的认知转变须要过程,国产DSP芯片形成品牌和口碑,一样要须要通过市场的磨练。

在国产DSP产品走向成熟的过程中,如果发生产品质量批次性问题,或者产品本钱过高于对手,或者与MCU跨界竞争上钩划缺少上风的情形,极易导致DSP产品的国产化短命。

毫无疑问,DSP的国产替代不会是一件很随意马虎的事情。
但受到当前国际竞争态势的影响,本土开拓者亟需拥有降本上风、供应链安全担保以及能帮忙打造极高竞争力产品的DSP芯片。
也便是说,发展国产DSP是不二选择。

于是,国产厂商连续去世磕DSP。
以湖南进芯为例,由于产品国产化起早,公司经由工业和汽车用户的大批量利用验证,质量稳定,供应链保障能力强;最近,新产品推出速率加快、性价比高,产品做事及时,从而建立了良好的客户口碑。
纵然这样,与国外友商的整体实力比较,仍旧存在巨大的差距。

除了打造DSP架构外,国产厂商还探索从RISC-V来冲破DSP现有的竞争局势。
在行业从业者看来,这是一种有益的考试测验,不过依然是聚焦在中低端,而且还有大量的软件移植事情要做。
如果未来想要其在DSP市场发挥更主要的浸染,则须要在RISC-V指令集扩展上做更多的事情。

无法否定的是,经历了多年的探索,国产DSP在替代上也取得了一些成绩。
这一方面沾恩于我们从低本钱市场导入;另一方面得益于我们拥有丰富的IC工程师资源;再者,能灵巧地为客户定制产品和做事,也是国产DSP厂商攻坚的一个主要手段;更主要的是,近年来海内涵新能源汽车、储能等新行业的主导权,给本土芯片供应商创造了新的国产机会。

但我们远没有到庆祝的时候。
由于随着TI等厂商将DSP带入到多核异构时期,替代难度更大。
在硬件方面,除了须要内核替代外,还须要在系统架构,外设资源匹配方面做大量兼容性设计;软件方面,则须要在软件兼容性上须要投入大量精力,才能达到基本兼容的目标。

至于未来,DSP会从技能、产品和市场这三个方面持续演进。
从技能层面看,DSP会不断扩散、边界消逝、无处不在;从产品角度看,DSP会不断演进,推陈出新,融入AI、FPGA GPU等技能到DSP产品中;从市场方面看,在中高端嵌入式运用处所或特定领域,因其芯片的专业性能, DSP会坚持和扩展市场份额。

由此可见,DSP的“国产化”也须要随着韶光而做出改变。
国产化是短期的,本土化才是长期的,对DSP芯片的关注点会将从很快从国产化替代向更高性能的DSP inside的客户定制SOC芯片发展。

在2012年,TI DSP面世三十周年之际,Gene Frantz在IEEE发布的一篇文章中说:“大概有人会以为DSP作为一个产品,从一文不值到创造每年数十亿美元的代价之后又偃旗息鼓很奇怪。
但是这确实是一个好的开始。
由于它并没有偃旗息鼓,只是融入到了每一部数字处理系统中而已。
”他同时指出:“永久都会有新的吸引人的旗子暗记涌现,永久都会有处理旗子暗记的需求。

“DSP技能为天下带来的改变来看,我们现在还仅仅是享受到皮毛而已。
”Gene Frantz在当时如是说。
在笔者看来,这句话放在当下,也是适用。

换而言之,国产DSP大有可为。

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