讓DSP成為創(chuàng )新的不竭源泉

DSP推進(jìn)數字化創(chuàng )新

當二十一世紀的第一個(gè)年代已過(guò)去一半多一點(diǎn)的時(shí)候，也許這正是我們回顧數字信息產(chǎn)業(yè)演變的大好時(shí)機。曾經(jīng)有過(guò)多少對新世紀熱情的憧憬，正在逐漸變成對新趨勢理性的展望，而這一切都源于一個(gè)共同而永恒的動(dòng)力，就是“數字化創(chuàng )新”。若追溯到上世紀中葉，可以看到晶體管的誕生所具有的劃時(shí)代意義，而其中起決定性作用的創(chuàng )新在于硅晶體管的推出，德州儀器（TI）有幸憑此而進(jìn)入電子領(lǐng)域，一舉樹(shù)立起電子創(chuàng )新先鋒的形象。五十年代末期，TI通過(guò)開(kāi)啟集成電路之門(mén)的創(chuàng )舉而逐步展現出充沛的創(chuàng )新精神。在半導體硅片中的植入分立的門(mén)電路并不斷增加數量和規模，數字化的進(jìn)程由此而全面展開(kāi)，數字技術(shù)潮流由此而涌動(dòng)，而TI創(chuàng )新的沖動(dòng)始終如此旺盛。

七十年代“數字創(chuàng )新”的重要標志就是可編程微控制器（MCU）的出現，又是TI引領(lǐng)了這個(gè) “控制創(chuàng )新”的到來(lái)，并直接導致了微處理器（CPU）的推進(jìn)而引發(fā)的“計算創(chuàng )新”，從而引領(lǐng)了個(gè)人電腦時(shí)代的到來(lái)，鋪平了通向數字信息時(shí)代的道路。八十年代初，數字化的需求劇增，數字信號處理器（DSP）應運而生， TI以率先以商業(yè)化的DSP取得先機，并以次為契機，開(kāi)始了其主導業(yè)界四分之一世紀的

　　                           圖一，DSP的發(fā)展和演變歷程

DSP的發(fā)展規律是其時(shí)鐘及運算速度和性能不斷地大幅度增加，而其功耗和芯片尺寸在不斷地減少，其芯片的價(jià)格也是逐年降低。早期DSP主要應用于高精尖領(lǐng)域，如軍事和工業(yè)設備。以后DSP開(kāi)始應用于專(zhuān)業(yè)數字通信和計算機周邊設備，而在數據調制解調器和數字移動(dòng)手機中的成功應用又推動(dòng)了數字網(wǎng)絡(luò )化的發(fā)展。在世紀更迭的階段中，DSP應用已經(jīng)成為寬帶接入、數字音頻和數字視頻、新一代無(wú)線(xiàn)通信等創(chuàng )新應用的核心平臺。

2003年TI推出1GHz主頻，采用90鈉米工藝技術(shù)的DSP，在業(yè)界率先突破8000MIPS的運算性能，同時(shí)DSP平臺也向著(zhù)通用性和針對性相結合的方向發(fā)展，推出了通用媒體處理器以至高集成度的單片系統（SOC），DSP應用進(jìn)入了一個(gè)空前繁榮的時(shí)代，為新世紀的全面數字化應用提供更加廣泛創(chuàng )新的天地。

DSP創(chuàng )新的應用前景

在全球的半導體市場(chǎng)中，未來(lái)三年DSP將保持著(zhù)最高的增長(cháng)率。據美國權威機構SIA今年六月的預測，從2006年到2008年，半導體平均年增長(cháng)率為10%，而DSP的平均年增長(cháng)率則近20%。2007年DSP市場(chǎng)規模將首次超過(guò)100億美元，創(chuàng )新的應用前景非常廣闊。

事實(shí)上我們生活在一個(gè)模擬的世界，這個(gè)世界充滿(mǎn)了顏色、影像、聲音、壓力和各種可以由線(xiàn)路或通過(guò)空氣傳輸的信號。模擬技術(shù)提供這些真實(shí)世界現象與數字處理技術(shù)的接口. 數字服務(wù)者所提供的每一個(gè)事情都是以模擬數字轉換A/D開(kāi)始而以數字模擬轉換D/A為結束，而其中所進(jìn)行的就是各種各樣極為復雜的數字運算處理，首當其沖的承擔者就是DSP。

DSP的創(chuàng )新已經(jīng)在很大程度上正在改變人們的生活方式，并且還將繼續進(jìn)行下去，如圖二所示為DSP創(chuàng )新的多種形態(tài)。在DSP平臺本身這樣的創(chuàng )新將包含更多的內涵。
 
                                              圖二，DSP創(chuàng )新的綜合形態(tài)

對于DSP創(chuàng )新需要有更高的技術(shù)難度，其中首先需要最好的DSP平臺，其次是杰出的產(chǎn)品質(zhì)量和互操作性，另外需要支持遠程安裝和管理。IP網(wǎng)絡(luò )是數字的，而人的傳感器官是模擬的，數字娛樂(lè )過(guò)程是通過(guò)模擬傳感器再應用到數字數字網(wǎng)絡(luò )，這些感知必須進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，因此必須需要有一流的模擬和數字技術(shù)的綜合處理能力。技術(shù)提供者還需要有足夠的基礎設施資源，可實(shí)現互操作性和標準化設計，所以也就必須完全符合業(yè)界標準，并可能創(chuàng )建新的標準，同時(shí)兼顧建立、管理和延伸新的服務(wù)。DSP創(chuàng )新還體現在靈活的特殊應用，這就需要設計開(kāi)發(fā)人員不僅僅了解器件本身，還要在一個(gè)更高水平上了解整體系統，這種系統級的思考對于今天的技術(shù)提供者至關(guān)重要。

通用DSP在創(chuàng )新的歷程中始終起到一個(gè)先行者的角色。在我們提到的許多應用中，往往前期的平臺是DSP，而進(jìn)入成熟期之后就可能逐漸由廉價(jià)的專(zhuān)用芯片ASIC所占據，例如數據調制解調器和MP3播放器，ASIC畢竟是一種針對特定應用而定制的硬件平臺。然而，這種壓力也使DSP在靈活性和適用性方面有更大的提高，特別是近年來(lái)DSP也能進(jìn)行大規模的制造，并可接近或達到消費類(lèi)的價(jià)格水平。在不少新興市場(chǎng)的應用中，DSP以其軟件可編程的靈活性和產(chǎn)品可伸縮的優(yōu)越性仍處于主流平臺的地位，任何創(chuàng )新的思想都可以很容易地有DSP進(jìn)行嘗試并取得成果，在此基礎之上DSP又為這些創(chuàng )新提供更多新穎的內容。例如在數字視頻監控中DSP，首先承擔數字視頻的高級編解碼如MPEG4和H.264,其后可以還有能力進(jìn)行動(dòng)態(tài)偵測和智能識別處理；在數字流媒體設備設計中，DSP可全面支持多制式的媒體格式如MPEG2、H.264、VC-1和AVS，并有能力通過(guò)軟件升級方式適應新標準的完善；在生物特征

DSP成功創(chuàng )新的模式應該有四個(gè)重要部分有機結合到一起，首先是DSP核心的技術(shù)領(lǐng)先性。DSP架構的設計上就針對與高密集度的數字運算，所包含的眾多并行的乘加結構正是數字濾波的核心單元，為保證進(jìn)行許多A/D和D/A間的處理工作而不引起損耗或由于增加其它器件而增加成本，要有最好的也是最有效的數字信號處理方法，就是要有最領(lǐng)先的技術(shù)核心。TI在DSP推出之處就采用最領(lǐng)先的半導體工藝，目前已投產(chǎn)90納米線(xiàn)寬產(chǎn)品而技術(shù)已達到65納米以下，硅片晶元直徑已采用30厘米取代20厘米。TI的DSP在許多方面均處以業(yè)界領(lǐng)先，如最高主頻已突破1GHz的C6416T和C6455；最高集成多核心包括C64+核心、ARM9、視頻加速器和視頻前端處理及豐富外圍接口的達芬奇（Davinci）媒體處理器、挑戰低功耗達到保持狀態(tài)下0.12毫瓦功耗的C5506。越來(lái)越多的DSP已經(jīng)接近或達到消費類(lèi)價(jià)位水平，可以面對日趨激烈的市場(chǎng)競爭。

其次，由于DSP處理器做進(jìn)行的各種類(lèi)型的壓縮、增強、轉換和傳輸工作都屬于智力密集型的工作，為充分利用其巨大的運算處理能力，需要又易于使用的開(kāi)發(fā)方法。為此，TI持之以恒地推廣的eXpressDSP開(kāi)發(fā)理念已為廣大的DSP研發(fā)工程師所接受。TI完善的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Code Composer Studio（CCS）已升級為V3.2版，并且支持許多插件以增強調試功能?，F在一套CCS調試軟件可以支持TI的C5000,C6000,C2000,還有SOC平臺如OMPA和Davinci。為滿(mǎn)足特殊調試的需要TI可提供專(zhuān)門(mén)設計工具，例如針對C55x與NI公司共同開(kāi)發(fā)有最新功率設計工具，有助于于客戶(hù)開(kāi)發(fā)出來(lái)更低功耗的DSP應用產(chǎn)品。

另外兩個(gè)方面就是DSP的應用軟件支持，還有DSP的支持體系和價(jià)值網(wǎng)絡(luò )。 DSP應用產(chǎn)品成功的關(guān)鍵是軟件設計，特別是隨著(zhù)硬件平臺集成度的成熟，硬件設計的工作量已經(jīng)不足二成，而軟件設計工作占百分之八十以上，而對于SOC所涉及的軟件系統將更為復雜。對此TI通過(guò)和第三方合作伙伴合作以及自主開(kāi)發(fā)相結合的方式提供全方位的支持，這些軟件既包含應用層的數字視頻、數字音頻、影像和語(yǔ)音算法，也包含較為低層的通信和網(wǎng)絡(luò )等程序和驅動(dòng)，還有基礎的實(shí)時(shí)操作系統Linux等。對于客戶(hù)的開(kāi)發(fā)，其實(shí)在很大程度上進(jìn)行軟件集成工作。即使客戶(hù)沒(méi)有很深的DSP軟件開(kāi)發(fā)功底，通過(guò)集成成熟的商用DSP算法軟件也同樣可以開(kāi)發(fā)出高品質(zhì)的產(chǎn)品。為此，TI多年以來(lái)所致力于構建的DSP開(kāi)發(fā)支持體系可以發(fā)揮出重要的作用，這也已經(jīng)成為為數字信息產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中關(guān)鍵的環(huán)節。

繼續挖掘DSP的源泉

作為數字信息產(chǎn)品的引擎DSP，需要特別關(guān)注就是核心DSP技術(shù)?，F在全球成千上萬(wàn)的客戶(hù)正在應用TI的C5000和C6000系列DSP在數以千計的應用，從最大型高密度的網(wǎng)關(guān)類(lèi)產(chǎn)品到最小的網(wǎng)絡(luò )音頻播放器。與此相關(guān)的是眾多的高性能模擬，輸入和輸出，可以為客戶(hù)提供最具靈活性最適合的產(chǎn)品，然后采用最好的CMOS和模擬處理技術(shù)集成為SOC。立足視頻創(chuàng )新的Davinci系列一經(jīng)推出就得到業(yè)界積極響應，配合通信和多媒體軟件將幫助加快產(chǎn)品的上市時(shí)間并確保最好的IP服務(wù)。目前圍繞Davinci已推出數字監控DVR、DVS和IP網(wǎng)絡(luò )相機，以及IP機頂盒、IP可視電話(huà)、數碼相機，還會(huì )有更多創(chuàng )新的應用。如圖四所示有利于創(chuàng )新的DSP集成模式將使更多的客戶(hù)針對更多的特色應用順利完成共同開(kāi)發(fā)和優(yōu)化設計，這樣不妨DSP視為一個(gè)不竭源泉，而源源不斷涌現的將是層出不窮的創(chuàng )新。