数字信号处理器的市场竞争及技术发展趋势

出处：redstarsy 发布于：2007-05-24 18:15:47

1980年,TI公司推出了个数字信号处理器(DSP)，从此开创了DSP的历史。经过二十余年的发展，DSP应用领域日渐宽广，从军事雷达系统到消费类电器，可以说无处不在。近年来，DSP更是普遍应用在一些热门产品中，如通信电子类(Communication Electronics): 蜂窝电话(Cellular Phone), ADSL调制解调器(Modem), 线缆调制解调器(Cable Modem),蓝牙技术(Bluetooth)产品,数字电话应答机(Digital Telephone Answering Devices), 定位系统(Global Positioning Systems，GPS), 卫星电话(Satellite Phone), 电话会议(Conference Speakerphone),电视电话会议编译码器(Video Conferencing Codecs), IP电话(Voice Over IP),IP传真(FAX Over IP), ATM电话( VoiceOver ATM),智能天线(Smart Antennas), PCS用户端(Subscriber Sets);计算机类(Computer Electronics): 计算机电话卡(Computer Telephone Board，CTI), 硬盘驱动器(Hard Disk Drivers), HDD PRML 读取通道(Read Channels), PCI声卡芯片( Audio/Sound Chips), 声卡(Sound Boards); 消费电子类(Consumer Electronics): 数字多用光盘(Digital Versatile Disks，DVD), 数字电视/高清晰电视(Digital TV/HDTV),数字助听器(Digital Hearing Aids), 数字相机芯片(Digital Camera Chips), MPEG 编码器芯片(Encoder Chips), MPEG译码器芯片(Decoder Chips), MP3播放机芯片(Player Chips),机顶盒(Set Top Boxes); 仪器电子类(Instrumentation Electronics):马达控制芯片(Motor Control Chips);军事电子类(Military Electronics):雷达系统(Radar System), 声纳系统(Sonar Systems);办公自动化设备(Office Automation Electronics), 以及数字无线电广播(DigitalRadio Broadcasting，DAB)等。其中通信领域的应用大约占了60%的数字信号处理器市场份额。

通用处理器(GPP)可以对文字进行处理，管理数据库和对科学工程进行数学运算，而数字信号处理器(DSP)则主要针对代表信号的数字进行数学运算，得到处理结果。很多工程都可以用数学方式来表达，而不同的工程有不同的数学表达式。

比如，医药、医疗、电信、雷达、声纳、助听器、声音、图像、工业控制等都有不一样的数学表达式，因此数字信号处理器的种类很多。另外，数字信号处理器处理的信号大部分是无头无尾的连续量，而且是实时的(On-Line)，故其取样、运算过程应尽可能短，以不影响信号的连续性。这也是DSP处理速度要求很高的原因所在。这一点和中央处理器处理的静止信号(Off-Line)不同。举个例子说，对复数FIR滤波器进行计算，工作在300MHz的SC140为2微秒，而1000MHz的Pentium III却要6微秒。可见，DSP在数字化世界中扮演的绝不是配角。

市场竞争进入战国时代

说到DSP的市场，很容易使人想到CPU的市场。CPU的市场长久以来一直是英特尔(Intel)独执牛耳，后来才有AMD公司崛起与之争霸天下。而DSP市场则大相迥异，可谓列强割踞，群雄混战。据不完全统计，有80多个IC公司开发数字信号处理器，超过1000家公司生产和数字信号处理器有关的产品。其中翘楚当属德州仪器公司(Texas Instrument)、朗讯公司(Lucent Technologies)、模拟器件公司(Analog Devices)、摩托罗拉公司( Motorola)和大规模集成逻辑公司(LSILogic)。德州仪器公司早进入数字信号处理领域，先入为主，到2000年，占有45%的市场份额，朗讯公司占有28%，摩托罗拉公司占有12%，模拟器件公司占有12%，而其它公司只占有3%的市场份额，可见竞争之激烈。

TI 公司自1982年推出块商用DSP TMS32010以来，DSP逐渐从单片机市场中瓜分得一块地盘。据统计，目前大约有38%的单板机用户已改用DSP，49%用户正在考虑改用DSP。DSP市场的蛋糕正在越做越大。

据Forward Concepts的预测，DSP的市场每年增长大约为30~40%。2001年将达到130亿美元。现金，世界上的DSP有三百多种，其中定点DSP有两百多种。前面说到，生产DSP的公司有80多家，但实力雄厚的也就四五家，即德州仪器公司、朗讯公司、模拟器件公司、摩托罗拉公司和大规模集成逻辑公司。德州仪器公司作为DSP生产商的代表，生产的品种也多，定点和浮点DSP大约都占60%，模拟器件公司的定点和浮点DSP大约分别占16%和13%，摩托罗拉公司的定点和浮点DSP大约分别占7%和14%，而朗讯公司则主要生产定点DSP，约占5%。根据1998年统计，占市场主导地位的产品是模拟器件公司的ADSP-21XX(16位定点)，ADSP-21XXX(32位定点和浮点)，朗讯公司的DSP16XXX(16位定点)，DSP32XX(32位浮点)，摩托罗拉公司的DSP561XX(16位定点)，DSP560XX(24位定点)，DSP96002(32浮点)和德州仪器公司的TMS320CXX(16位定点)，TMS320CXX(32位浮点)等。

目前，我国DSP产品主要来自海外。TI公司的代产品TMS32010在1983年早进入中国市场。以后TI公司通过提供DSP培训课程，不断扩大市场份額，目前大约占有中国DSP市场的44%。其余为朗讯公司、模拟器件公司、摩托罗拉公司、ZSP公司和NEC等公司所占有。

市场的竞争，实际上是技术的竞争和服务的竞争。TI公司为了保住已占有的市场份額，收购了擅长于模拟技术的Burr-Brown公司，不断开发新产品新技术，如TMS320C55x。由于它的低功耗高性能，TMS320C55x被评为 2000年重要的技术革新之一，作为2000年发布的DSP，荣获 Micro Design Resources(MDR) 的"分析家选择奖。这是2001年1月底在美国圣何塞(San Jose) 举行的分析家选择奖和微处理器技术奖的颁奖仪式上宣布的。在同一会议上，TI公司的另一个高性能TMS320C64x DSP被提名为DSP。TI公司是一个获得两个新型DSP结构提名的公司。2001年2月，TI公司又宣布面向3G无线通信、宽带接入和影像应用领域进军。其目前速度快的DSP--TMS320C64x 已正式登台亮相。

TI公司的三款器件TMS320C6414、TMS320C6415和TMS320C6416,其性能大为提高，速度是现今快DSP的10倍，工作频率高达600MHz，计算速度接近每秒50亿次指令，而功耗仅为现有器件的三分之一。它们可通过一条单独接入家庭的宽带线路传输大量的个性化数据、视频和语音，并可通过3G无线基站向无线手机发送多媒体信息。为了巩固其市场地位，TI公司为2000家客户提供技术支持，采用它的数字信号处理技术和Express DSP实时软件技术的组件DSP/BIOS，可方便地完成从因特网音频播放器到通信基础设施系统的应用设计。这种设计主要面向需要实时调度和同步、主机与目标间的通信应用，或与芯片支持库相协调的、用于简化外设配置与初始化开发程序的在线检测应用。这种实时执行能够缩短开发时间50％以上，从而大大降低了开发成本。

面对TI公司的迅速发展，Motorola和Lucent急起直追。1999年4月，两家联合开发了高性能低功耗的DSP内核SC140。Motorola公司用SC140开发出多用途的数字信号处理器MSC8101。它主要应用在需要高性能、超大容量片内存储器的网络设备上，如第三代宽带无线设备、IP电话系统、多通道调制解调器、多通道xDSL等，以保住他们在通信领域中DSP的市场份额。互联网无疑是数字信号处理器的处女地。Motorola和Lucent公司此举目的明确，可谓来者不善。

CPU的霸主——Intel公司也开始涉足数字信号处理器领域，与ADI公司合作，共同开发用于无线手持设备和其它设备的DSP产品。并在2000年12月5日发布了一种新内核结构，具有DSP和微处理器的特点，可根据不同应用改变功耗,延长电池寿命10倍。针对这一产品，TI公司推出了售价仅为3美元的通用型DSP芯片TMS320C5401。该芯片的速度达到了每秒5000万条指令。它与TI公司其它DSP产品兼容，带有8-Kbit芯片存储，有广泛的外设配置，耗电约为40-Mw。分析家认为，TI公司这一新品无疑是对Intel、ADI公司的当头一击。

2001年初，IBM公司签约采用LSI Logic公司的DSP技术。这是LSI Logic公司签订的第四个也是迄今为止重要的一个许可协议。这使人联想起多年前IBM公司进军个人计算机(PC)的战略决策公布后，极其强烈地刺激了PC业的发展。IBM公司此举无疑向DSP世界发出了一个警讯：蓝色巨人IBM来了！许可内容包括LSI Logic ZSP400 DSP，软件开发和验证工具。LSI Logic公司致力于半导体芯片及设计库的开发，其产品广泛应用于无线、通信、机顶盒等领域中。获得LSI Logic DSP 技术许可的公司目前有通信芯片制造商Broadcom公司、 Virata公司以及Brecis Communications公司。LSI Logic公司的客户是Sun Microsystems Inc，后者也是Sony PlayStation II视频游戏机的芯片制造商。LSI Logic公司一直寻求建立一种DSP芯片通用语言，从而使工程师可方便地采用不同供应商的DSP芯片进行设计。此通用语言对DSP，如同微软的软件之于PC，其意义不言而喻。

DSP技术的发展趋势

互联网和设备个性化是当前信息社会的特征。互联网是后PC时代经济新的增长点，也是DSP潜在的应用领域。而手机、PDA、MP3播放机以及手提电脑等则是设备个性化的典型代表。这些设备的发展水平取决于DSP的发展。新的形势下，DSP面临的要求是处理速度更高、性能更多更全，功耗更低，存储器用量更少。认为，其技术发展将会有以下一些走势：

1.数字信号处理器的内核结构进一步改善，多通道结构和单指令多重数据(SIMD)、特大指令字组(VLIM)将在新的高性能处理器中将占主导地位，如Analog Devices的 ADSP-2116x。

2.DSP 和微处理器的融合。微处理器是低成本的，主要执行智能定向控制任务的通用处理器能很好执行智能控制任务，但是数字信号处理功能很差。而DSP的功能正好与之相反。在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能，如数字蜂窝电话就需要监测和声音处理功能。因此，把DSP和微处理器结合起来，用单一芯片的处理器实现这两种功能，将加速个人通信机、智能电话、无线网络产品的开发，同时简化设计，减小PCB体积，降低功耗和整个系统的成本。例如，有多个处理器的Motorola公司的DSP5665x，有协处理器功能的Massan公司FILU-200，把MCU功能扩展成DSP和MCU功能的TI公司的TMS320C27xx以及Hitachi公司的SH-DSP，都是DSP和MCU融合在一起的产品。互联网和多媒体的应用需要将进一步加速这一融合过程。

3.DSP 和CPU的融合。大多数GPP如Pentium 和PowerPC都是SIMD指令组的超标量结构，速度很快。LSI Logic 公司的LSI401Z采用CPU的分支预示和动态缓冲技术，结构规范，利于编程，不用担心指令排队，使得性能大幅度提高。Intel公司涉足数字信号处理器领域将会加速这种融合。

4.DSP 和SOC的融合。SOC(System-On-Chip)是指把一个系统集成在一块芯片上。这个系统包括DSP 和系统接口软件等。比如Virata公司购买了LSI Logic公司的ZSP400处理器内核使用许可证，将其与系统软件如USB、10BASET、以太网、UART、GPIO、HDLC等一起集成在芯片上，应用在xDSL上，得到了很好的经济效益。因此，SOC芯片近几年销售很好，由1998年的1.6亿片猛增至1999年的3.45亿片。1999年，约39%的SOC产品应用于通讯系统。今后几年，SOC将以每年31%的平均速度增长，到2004年将达到13亿片。毋庸置疑，SOC将成为市场中越来越耀眼的明星。

5.DSP 和FPGA的融合。FPGA是现场编程门阵列器件。它和DSP集成在一块芯片上，可实现宽带信号处理，大大提高信号处理速度。据报道，Xilinx 公司的Virtex-II FPGA对快速傅立叶变换(FFT)的处理可提高30倍以上。它的芯片中有自由的FPGA可供编程。Xilinx公司开发出一种称作Turbo卷积编译码器的高性能内核。

设计者可以在FPGA中集成一个或多个Turbo内核，它支持多路大数据流，以满足第三代(3G)WCDMA无线基站和手机的需要，同时大大节省开发时间，使功能的增加或性能的改善非常容易。因此在无线通信、多媒体等领域将有广泛应用。

随着PC神话般的发展，我们知道了摩尔定律，CPU成为人们耳熟能详的词汇。谁能说下一个不是DSP呢？

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