什么是DSP(DSP到底是什么？)DSP是数字信号处理技术，而DSP芯片是可以实现数字信号处理技术的芯片。数字信号处理器芯片是一种快速而强大的微处理器，它的独特之处在于可以实时处理数据。DSP芯片内部采用程序和数据分离的哈佛结构，并有专门的硬件乘法器，可用于快速实现各种数字信号处理算法。在当今数字化时代，DSP已经成为通信、计算机、消费电子等领域的基础器件。

DSP芯片的诞生是时代的需要。自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迅速发展。在DSP芯片出现之前，数字信号处理只能由微处理器来完成。然而，由于微处理器的处理速度较低，根本无法满足日益增长的信息的高速性和实时性要求。因此，应用更快、更高效的信号处理已经成为日益迫切的社会需求。

20世纪70年代，数字信号处理器芯片的理论和算法基础已经成熟。但当时的DSP只停留在教科书上，甚至开发的DSP系统都是由分立元件组成，其应用领域仅限于军事、航空空航天部门。

1978年，AMI公司发布了全球首款单芯片DSP芯片S2811，但当时没有现代DSP芯片所必须的硬件乘法器。

1979年，美国英特尔公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个重大里程碑，但它仍然没有硬件乘法器。

1980年，日本NEC公司推出的MPD7720是第一款带硬件乘法器的商用DSP芯片，因此被认为是第一款单片DSP器件。

数字信号处理器芯片的诞生过程

1982年，全球诞生了第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品。该数字信号处理器采用微米工艺NMOS技术制造。虽然它的功耗和体积略大，但运行速度比微处理器快几倍。数字信号处理器芯片的出现是一个里程碑，标志着数字信号处理器应用系统从大规模系统向小型化迈出了一大步。到了20世纪80年代中期，随着采用CMOS技术的DSP芯片的出现，其存储容量和运算速度都翻了一番，成为语音处理和图像硬件处理技术的基础。

上世纪80年代末，第三代DSP芯片问世。计算速度进一步提高，应用范围逐渐扩展到通信和计算机领域。

90年代，DSP发展最快，第四、五代DSP芯片相继出现。与第四代相比，第五代具有更高的系统集成度，将DSP内核和外围组件集成在单个芯片上。

进入21世纪后，第六代DSP芯片横空出世空。第六代芯片在性能上完全碾压了第五代芯片。同时基于不同的商业目的发展了许多个性化的分支，开始逐步拓展新的领域。

数字信号处理器芯片的应用领域

DSP芯片强调数字信号处理的实时性。作为数字信号处理器，DSP将模拟信号转换为数字信号，由专用处理器进行高速实时处理。它具有高速、灵活、可编程、低功耗的接口功能，在图形图像处理、语音处理、信号处理等通信领域发挥着越来越重要的作用。

数字信号处理器芯片在市场上的应用

DSP的应用很多，未来有望出现一个又一个新的应用。据美国权威信息公司统计，目前市场上应用最广泛的DSP芯片是通信领域，占比56.1%；其次是计算机领域，占21.16%；消费和自动控制占10.69%；军工/航空空占比4.59%；仪器仪表占3.5%；工业控制占3.31%；办公自动化占0.65%。

数字信号处理器芯片的应用领域

1)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巨大，多媒体网络终端需要在整个过程中对信息进行快速分析和处理，因此将DSP应用于语音编码、图像压缩和还原语音通信。如今，数字信号处理器对语音解码计算具有实时性，设计协议的要求已经成为最基本的国际标准。

2)DSP芯片在工业控制领域的应用。

在工业控制领域，工业机器人应用广泛，对机器人控制系统的性能要求越来越高。机器人控制系统最重要的是实时性，在完成一个动作的同时会产生更多的数据和计算处理，所以这里可以使用高性能的DSP。将数字信号处理器应用于机器人控制系统后，充分利用其实时计算速度的特点，使机器人系统能够快速处理问题。随着DSP数字信号芯片速度的不断提高，很容易在系统中形成并行处理网络，大大提高了控制系统的性能，使机器人系统得到更广泛的发展。

3)DSP芯片在仪器仪表领域的应用。

DSP丰富的片上资源可以大大简化仪器的硬件和电路，实现仪器仪表的SOC设计。仪器的测量精度和速度是一项重要指标，利用DSP芯片开发产品可以大大提高测量精度和速度。比如TI公司的TMS320F2810拥有高效的32位CPU内核、12位A/D转换器、丰富的片上内存和灵活的指令系统，为高精度仪器搭建了广阔的平台。高精度仪器现已发展成为DSP的重要应用，正处于快速普及期，将推动行业的技术创新。

美国德州仪器的TMS320芯片

3)3)DSP芯片在汽车安全和无人驾驶领域的应用。

汽车电子系统日益蓬勃发展，如安装红外、毫米波雷达等，都需要通过DSP进行分析。如今，随着汽车越来越多，防撞系统已经成为一个研究热点。此外，摄像头拍摄的图像数据需要经过数字信号处理器的处理，才能显示在驾驶系统中，供驾驶员参考。

4)DSP芯片在军事领域的应用。

DSP的低功耗、小体积和实时响应速度都是武器装备中特别需要的。例如，机载空空导弹在有限的体积内装有红外探测器和相应的DSP信号处理器，以自动锁定和跟踪目标。装备在先进战斗机上的视觉瞄准镜和步兵个人携带的头盔式微光仪器需要DSP技术对图像进行滤波和增强，对智能目标进行搜索和捕捉。DSP技术还用于自动炮控、巡航导弹、预警机、相控阵天线等雷达数字信号处理。

高端市场被外国公司垄断。

目前全球主要有三家DSP芯片厂商:德州仪器(TI)、ADI、摩托罗拉，其中TI是龙头，占据了大部分国际市场份额，ADI和摩托罗拉也有一定的市场。

德州仪器公司被公认为数字信号处理器行业的领导者。1982年，TI成功推出第一代DSP芯片TMS32010。由于TMS320系列DSP芯片价格便宜、使用方便、功能强大，逐渐成为目前最具影响力、最成功的DSP系列处理器。

在TI主要三大系列中，c2000系列现在市场份额较小，现在TI官网上的DSP产品主要是c6000和c5000。TI的三大DSP产品系列为C2000系列，主要应用于数字控制系统。C5000(C54x、C55x)系列主要用于低功耗和便携式无线通信终端产品；C6000系列主要用于高性能和复杂的通信系统。C5000系列中的TMS320C54x系列DSP芯片广泛应用于通信和个人消费电子领域。

C6000系列的主要产品有:C6000 DSP+ARM处理器(12)-omap-l1x (5)、66ak 2x(7)；C6000数字信号处理器(94)——c 674数字信号处理器(5)、C66x数字信号处理器(11)

C5000系列的主要产品是C55x超低功耗DSP，为超低功耗紧凑型嵌入式产品提供高效的信号处理。

TI的DSP产品主要应用于机器视觉、航空空电子和国防、尺寸、重量和功耗(SWAP)、音频、视频编解码和生物识别等领域。

TI官网精选四款DSP芯片产品

目前，ADI有六大主要产品，应用于语音处理、图像处理、过程控制、测控测量等领域。

ADI专注于DSP产品和应用。

摩托罗拉也是世界上最大的数字信号处理器芯片制造商。其产品包括定点和浮点、专用和通用、16位、24位和32位。DSP芯片主要应用于语音处理、通信、数码相机、多媒体、控制等领域。主要产品有DSP56000系列、DSP56800系列、DSP56800E系列、MSC8100系列、DSP56300系列等。

未来，DSP技术将在以下几个方面继续发展和更新:

1)DSP核心集成度越来越高。

减小DSP芯片尺寸一直是DSP技术的发展趋势。目前广泛使用的是RISC架构。随着新技术的引入，越来越多的厂商开始对DSP内核进行改进，将多个DSP内核、MPU内核和外围电路单元集成在一个芯片上，从而实现DSP系统级的集成电路。

2)可编程DSP芯片将是未来的主导产品。

随着个性化发展的需要，DSP的可编程性为厂商提供了更大的灵活性，满足了厂商在同一DSP芯片上开发更多不同型号、不同功能的系列产品的需求，也让用户能够对DSP进行升级。例如，过去配备微控制器的冰箱和洗衣机，现在已经被用于大功率电机控制的可编程数字信号处理器所取代。

3)定点DSP占主导地位。

目前市场上销售的DSP器件中，16位定点可编程DSP器件仍在主流产品中占据主导地位。随着DSP定点计算设备成本的不断降低，能耗越来越小的优势越来越明显，未来定点DSP芯片仍将是市场的主角。

FPGA芯片和DSP芯片相爱相杀

即在专用集成电路(ASIC)领域作为半定制电路出现的FPGA现场可编程门阵列，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门数有限的缺点。使用现场可编程门阵列芯片，一个新发明的中央处理器内核可以被编程，嵌入到现场可编程门阵列芯片中，并且可以嵌入几个。

FPGA的基本架构

国际FPGA市场被四大巨头垄断，分别是Xilinx、altera、MGM梅森和Ladys。Altera和Xilinx是FPGA的发明者，其中altera在1983年发明了世界上第一个可编程逻辑器件，Xilinx在1985年推出了世界上第一个FPGA产品XC2064。根据公司2017年财务数据统计，Xilinx营收23.49亿美元，altera(被英特尔收购)19.02亿美元，米高梅梅森FPGA业务4.21亿美元，Ladys 3.86亿美元。Xilinx和altera几乎占据了90%的国际市场。

2017年FPGA四大市场份额

FPGA芯片和DSP芯片是有区别的。DSP是一种特殊的微处理器，适用于条件处理，尤其适用于复杂的多算法任务。FPGA包含大量实现组合逻辑的资源，可以完成大规模的组合逻辑电路设计。同时，FPGA还包含相当数量的触发器。利用这些触发器，FPGA可以完成复杂的时序逻辑功能。

2016年FPGA芯片应用领域

FPGA芯片和DSP芯片是有区别的。DSP是一种特殊的微处理器，适用于条件处理，尤其适用于复杂的多算法任务。FPGA包含大量实现组合逻辑的资源，可以完成大规模的组合逻辑电路设计。同时，FPGA还包含相当数量的触发器。利用这些触发器，FPGA可以完成复杂的时序逻辑功能。

DSP芯片的通用性相对较弱，而FPGA的通用性较强。

DSP具有软件的灵活性，而FPGA具有硬件的高速性。

DSP串行执行低速事件，但处理前可能会有一定的时间延迟，而FPGA无法处理多个事件，因为每个事件都有专门的硬件，但用这种专门的硬件实现每个事件的方式可以让每个事件同时执行。

DSP按照指令的顺序流程进行编程，FPGA采用框图的方式进行编程，便于查看数据流。

现场可编程门阵列芯片与数字信号处理器芯片的比较

随着对灵活性、通用性的强调以及处理复杂算法的需要，往往将DSP和FPGA结合起来，采用DSP+FPGA的结构，或者将DSP模块嵌入到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获得突破。

“核高基”重大项目从国家层面大力推进国产高端芯片研发。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 -2020年)》，在16个重大科技项目中，“核心电子器件、高端通用芯片和基础软件产品”(简称“核高技术重大项目”)排名第一，也被称为“01工程”。

专项工程的实施极大地促进了我国集成电路产业的发展速度。2001年至2016年，中国集成电路市场规模从1260亿元增长到约1.2万亿元的，占全球市场份额近60%，工业销售额扩大23倍以上，从188亿元增长到4336亿元。国内对数字信号处理器的研究起步较晚，但发展迅速。中电科14承担开发DSP芯片的任务。

经过10年的磨刀霍霍，与龙芯公司、清华大学合作开发的14款国产DSP芯片华锐一号，于2012年通过了核高基专项组验收。华锐一号已成功应用于14打雷达产品，创造了国内多核DSP芯片产品的“三优”:雷达设备应用型号最多、单组应用最多、总应用最多。目前，华瑞2号已研制成功，并通过实验室测试，即将推向市场。下一步，十四院计划在华锐三号上采用更先进的制造技术，进一步提高主频和通用性能，对专用性能采用流处理器，提高专用计算性能，降低功耗。

“华锐一号”代表了国内DSP芯片技术的最高水平。在处理系统的设计中，采用了DSP和CPU多核架构设计技术。实测表明，“华锐一号”在处理能力和能耗方面优势明显，运行多任务实时操作系统非常稳定，芯片整体技术指标达到或超过国际同类产品水平。华锐一号填补了我国在多核DSP领域空的空白，对提高我国高端芯片自主研发能力、提高我国电子设备研究水平、保障国家信息安全具有重大意义和影响。

华瑞欣片

魂一号由中国电子科技集团38号吴曼青团队研发成功，测试于2012年完成。魂一号(BWDSP100)是一款32位静态超标量处理器，属于DSP的第二个发展阶段。该芯片基于55纳米制造工艺实现，拥有完全自主的知识产权。

灵魂一号

魂一号已经达到国际主流DSP芯片水平，类似于美国ADI公司(ADI)的TS201芯片的新能源。TS201是ADI公司的主流DSP芯片，是集定点和浮点计算功能于一体的高速DSP。该处理器广泛应用于视频、通信市场和国防军事装备，适用于大数据量的实时处理。

魂1号与TS201的特性比较

魂一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。整个设备的典型应用包括雷达、声纳、电子对抗等。

Soul 2 A刚刚发布，单核性能比目前国际同类芯片高4倍。2018年4月23日，中国电力38所发布了Soul Core 2 A，采用全自主架构，研发历时6年。与魂核1相比，魂核2 A的性能提升了6倍。通过单核多核、扩展计算组件、升级指令系统等手段，该设备的性能为1000亿次浮点运算，同时拥有相对较好的应用环境和调试手段。实现单核1024浮点FFT(快速傅里叶变换)运算仅需1.6微秒。运行效率比德州仪器的TMS320C6678高3倍，实际性能是TMS 320 C 6678的1.7倍。该设备的数据吞吐量达到每秒240Gb。

DSP芯片在民用信息领域市场巨大空

DSP芯片支持通信、计算机和消费类电子产品的数字化集成。在无线领域，DSP涵盖无线交换设备、基站和手持终端；在网络领域，DSP涵盖了从基础设施到宽带家庭设备的方方面面，包括IP网关、IP电话和电缆调制解调器等。随着我国数字消费产品需求的快速增长和DSP对数字信号高速运算和同步处理能力的提升，DSP的应用领域将逐步从手机领域扩展到新型数字消费产品领域，从而应用领域将跨越3C，分布将日益均衡。

DSP芯片在智能手机中扮演着重要的角色。DSP芯片可以给手机带来更好的语音、音频、图像体验，大大提升手机单一功能的能力，让手机运行更快。由于数字信号处理器强大的计算能力，用于移动通信的蜂窝电话迅速崛起，并创建了许多全数字蜂窝电话网络，如全球移动通信系统和码分多址。同时，DSP芯片是手机等电子产品升级的重要决定因素。工信部数据显示，2017年手机用户增加9555万人，累计增加14.2亿人。手机用户渗透率达到102.5/100，比上年提高6.9/100。手机需求的稳步增长将导致对DSP芯片等集成电路的巨大需求。

2000-2017年固定电话和移动电话用户发展情况

移动宽带需求和DSP需求正向变化。ADSL和基于DSP的HFC是目前最常用的两种宽带接入技术。同时，基于DSP的通用系统可以实现无线接入点通信系统，开放性好，配置灵活，可扩展性强。因此，移动宽带的需求和DSP的需求正在发生积极的变化。截至2017年底，三家基础电信公司固定互联网宽带接入用户总数达3.49亿，净增5133万。移动宽带用户总数(3G、4G用户)达到11.3亿，净增1.91亿，占手机用户的79.8%。随着移动宽带的普及，未来DSP的市场需求可期。

2000-2017年移动宽带用户3G和4G发展

对IPTV等数字消费产品的需求日益扩大，未来数字消费新领域对DSP芯片的市场需求可期。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、电话语音业务和计算机互联网业务的融合。近年来，国家大力出台配套政策，加快培育新兴IPTV、物联网、智能家居等业务。2017年末，IPTV用户数达1.22亿，净增3545万。