數(shù)字芯片之?dāng)?shù)字信號(hào)處理器DSP

今天寫寫DSP芯片，不過找到的資料時(shí)間上比較久遠(yuǎn)，這次不準(zhǔn)備寫太多數(shù)據(jù)，只介紹下基本知識(shí)和發(fā)展邏輯，以及相關(guān)上市公司。

01什么是DSP芯片？

DSP 芯片又叫做數(shù)字信號(hào)處理器，這是一種快速?gòu)?qiáng)大的微處理器，它采用特殊的軟硬件結(jié)構(gòu)，特別之處在于它能即時(shí)處理數(shù)據(jù)，可以用來快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)處理算法。

DSP 的作用是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，用于專用處理器的高速實(shí)時(shí)處理。它具有高速、靈活、可編程、低功耗的界面功能，在圖形圖像、語音、信號(hào)處理等通信領(lǐng)域起到越來越重要的作用。

在 DSP 芯片出現(xiàn)之前，數(shù)字信號(hào)處理只能依靠微處理器來完成，但由于微處理器處理速度不快，無法滿足越來越大信息量的高速實(shí)時(shí)要求。隨后 DSP 芯片的出現(xiàn)滿足了這些需求，應(yīng)用領(lǐng)域也變得廣泛。

DSP 芯片應(yīng)用廣泛，數(shù)字化時(shí)代下 DSP 已成為通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品和自動(dòng)控制、軍事與航空等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件。

目前世界上 DSP 芯片制造商主要有三家，德州儀器、模擬器件公司和摩托羅拉。原本以為摩托羅拉已經(jīng)消失了，沒想到還能在這碰到。

德州儀器是龍頭，占據(jù)絕大部分國(guó)際市場(chǎng)。產(chǎn)品主要應(yīng)用于機(jī)器視覺、航空電子和國(guó)防、尺寸、重量和功耗、音頻、視頻編碼解碼與生物識(shí)別等領(lǐng)域。

摩托羅拉公司也是全球較大的 DSP 芯片生產(chǎn)商，其產(chǎn)品包括定點(diǎn)的和浮點(diǎn)的，專用的和通用的，16 位和 24 位以及 32 位。DSP 芯片主要應(yīng)用于語音處理、通信、數(shù)字相機(jī)、多媒體、控制等領(lǐng)域。

02DSP發(fā)展趨勢(shì)

集成化和可編程是 DSP 芯片的發(fā)展趨勢(shì)。

縮小 DSP 尺寸一直是技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，目前DSP芯片多使用 RISC 架構(gòu)，隨著新工藝引入，越來越多廠商開始改進(jìn)DSP芯核，并把多個(gè) DSP 芯核、MPU 芯核及外圍電路集成在一個(gè)芯片上，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)的集成電路。

隨著個(gè)性化發(fā)展的需要，DSP 可編程化為生產(chǎn)廠商提供了更多靈活性，廠家可以在同一個(gè) DSP 芯片上開發(fā)出更多不同型號(hào)特征的系列產(chǎn)品，

這也使得廣大用戶對(duì)于 DSP 的升級(jí)產(chǎn)生了替換需求，如冰箱、洗衣機(jī)，這些原來裝有微控制器的家電如今已換成可編程 DSP 來進(jìn)行大功率電機(jī)控制。

目前市場(chǎng)上所銷售的 DSP 器件中，占據(jù)主流的依然是16 位的定點(diǎn)可編程 DSP 器件，隨著 DSP 定點(diǎn)運(yùn)算器件成本不斷降低，能耗越來越小的優(yōu)勢(shì)日漸明顯，未來定點(diǎn) DSP 芯片仍將是市場(chǎng)的主角。

當(dāng)然，市面上不光 DSP 這一類芯片具備可編程的特點(diǎn)，還有一類FPGA也具備可編程特點(diǎn)。

FPGA叫做現(xiàn)場(chǎng)可編輯門陣列，它是專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。

有了 FPGA 芯片，可以用程序編一個(gè)新發(fā)明的 CPU 內(nèi)核出來，嵌到 FPGA 芯片中去，并且可以嵌入多個(gè)，后續(xù)我們會(huì)對(duì)這種芯片進(jìn)行詳細(xì)分析。

03DSP和FPGA有什么區(qū)別？

首先，DSP 是專門的微處理器，按照指令的順序流來編程，適用于條件進(jìn)程，特別是較復(fù)雜的多算法任務(wù)，通用性較弱，具有軟件靈活性，對(duì)較低速的事件串聯(lián)執(zhí)行，但處理前可能會(huì)有些延遲。

FPGA 是以框圖方式編程，很容易看數(shù)據(jù)流。它既可以完成較大規(guī)模的組合邏輯電路設(shè)計(jì)，又能完成復(fù)雜的時(shí)序邏輯功能。通用性比DSP更強(qiáng)，而且具有硬件的高速性。

FPGA 不能處理多事件，因?yàn)槊總€(gè)事件都有專用的硬件，但是采用這種方式可以使各個(gè)事件同時(shí)執(zhí)行。

在既強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)靈活、通用性，又需要處理復(fù)雜算法的需求下，往往將 DSP 和 FPGA 聯(lián)合起來，采用 DSP+FPGA 結(jié)構(gòu)，或者將 DSP 模塊嵌入的 FPGA 芯片中，這也是未來設(shè)計(jì)的一種趨勢(shì)。

04優(yōu)秀國(guó)產(chǎn)DSP芯片

國(guó)內(nèi) DSP 芯片研究起步較晚，但發(fā)展較快。比較有名的兩款國(guó)產(chǎn) DSP 芯片，一個(gè)是華睿芯片，另一個(gè)叫做魂芯。

中電科14所研發(fā)的華睿1號(hào)目前用于多種雷達(dá)產(chǎn)品，處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面采用了 DSP 和 CPU 多核架構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，在處理能力和能耗上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)，運(yùn)行多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)十分穩(wěn)定，芯片的整體技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于國(guó)際同類產(chǎn)品水平。

華睿 2 號(hào)已經(jīng)成功研制，并通過了所內(nèi)測(cè)試，華睿 3 號(hào)將采用更先進(jìn)工藝，提高主頻和性能的同時(shí)降低功耗。

魂芯 1 號(hào)是由中國(guó)電子集團(tuán)第 38 所研制成功的，2012 年完成測(cè)試。這是一款 32 位靜態(tài)超標(biāo)量通用處理器，屬于 DSP 第二發(fā)展階段的產(chǎn)品。

該芯片基于 55nm 制作工藝實(shí)現(xiàn)的，具有完全自主知識(shí)主權(quán)，其性能與美國(guó)模擬器件公司（ADI）TS201 芯片相近?？蓮V泛用于各類高性能信號(hào)處理領(lǐng)域，典型整機(jī)裝備應(yīng)用包括雷達(dá)、聲納、電子對(duì)抗等。

魂芯 2 號(hào)也已經(jīng)發(fā)布，單核性能超過同期國(guó)際同類芯片性能 4 倍。

05相關(guān)國(guó)產(chǎn)DSP上市公司

最后介紹下國(guó)產(chǎn) DSP 芯片主要廠商，其中包括國(guó)睿科技、四創(chuàng)電子、振芯科技、杰賽科技、衛(wèi)士通。

由于美國(guó)將包括中國(guó)電子科技集團(tuán)在內(nèi)的多家企業(yè)列入了出口管制清單，所以中國(guó)電科旗下的國(guó)?？萍?、四創(chuàng)電子、杰賽科技、衛(wèi)士通都上了名單，可見美國(guó)人看到了中國(guó) DSP 芯片的蓬勃發(fā)展。

1.國(guó)?？萍嫉拇蠊蓶|就是中電科 14 所，成功研發(fā)了華睿芯片系列，而且華睿 2 號(hào)已經(jīng)開始進(jìn)入民用市場(chǎng)。

2.四創(chuàng)電子大股東是博微子集團(tuán)，作為中國(guó)電科二級(jí)成員單位，統(tǒng)一管理 8 所、16 所、38 所以及 43 所。

其中 38 所不僅成功研制了魂芯芯片，還培育了智能停車和太赫茲安檢儀兩大軍民融合項(xiàng)目，市場(chǎng)規(guī)模高達(dá)千億。

3.振芯科技是自主可控 AD-DA 芯片佼佼者，公司雷達(dá) TR 組件產(chǎn)品增速較快，ADC/DAC 產(chǎn)品有望進(jìn)入 5G 通信基站，只是之前因?yàn)閷?shí)控人入獄，對(duì)公司經(jīng)營(yíng)造成很大影響。

4.杰賽科技大股東電科通信子集團(tuán)目前委托管理中國(guó)電科 7 所、34 所、39所、50 所和 54 所。

中電科 54 所號(hào)稱“軍中華為”，是軍工全產(chǎn)業(yè)鏈的通信龍頭，具備很大的增長(zhǎng)潛力。

杰賽科技還將充分受益于集團(tuán)資產(chǎn)證券化提速和科研院所改制帶來的紅利，內(nèi)生外延并舉，享受軍工信息化和通信行業(yè)升級(jí)換代帶來的機(jī)遇。

5.衛(wèi)士通是 5G 安全標(biāo)準(zhǔn)的主要制定者與方案參與者。

目前網(wǎng)絡(luò)安全行業(yè)正在從產(chǎn)品采購(gòu)模式轉(zhuǎn)向安全運(yùn)維保障模式。模式轉(zhuǎn)變不僅增大行業(yè)空間，還大幅降低銷售費(fèi)用率，并且大幅提高行業(yè)進(jìn)入門檻，市場(chǎng)將向龍頭公司集中。

網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)維主要分為政、企、軍市場(chǎng)，市場(chǎng)空間巨大，僅央企范圍的安全運(yùn)維市場(chǎng)可達(dá) 100 億。若加上成規(guī)模的地方國(guó)企，則市場(chǎng)保守估計(jì)可達(dá) 200 億。

衛(wèi)士通憑借央企身份，在央企網(wǎng)安運(yùn)維方面優(yōu)勢(shì)明顯，未來有望繼續(xù)擴(kuò)展到政府、軍隊(duì)領(lǐng)域。

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