高性?xún)r(jià)比DSP馳騁消費類(lèi)電子器件市場(chǎng)

性?xún)r(jià)比幾乎在所有產(chǎn)品中都舉足輕重，其重要性在消費類(lèi)電子產(chǎn)品中更是發(fā)揮到了極至。在這些產(chǎn)品中，設計工程師在實(shí)現關(guān)鍵性能要求的同時(shí)，還要盡力降低成本。對更高性能、更低價(jià)格的不斷追求現在已開(kāi)始束縛DSP制造商的手腳。當然，從總體來(lái)看，電子元件仍在繼續提供更高的性?xún)r(jià)比，但有時(shí)在事實(shí)上存在著(zhù)某種無(wú)形的心理界限。一旦某個(gè)元件突破了這種界限，馬上會(huì )有眾多應用對其趨之若騖，而其中某些應用是芯片廠(chǎng)商們從未料到的。對高性能 DSP 來(lái)說(shuō)，其中一個(gè)界限是500 元人民幣。事實(shí)上某些中等性能的 DSP 能夠達到這個(gè)價(jià)格，但是電子業(yè)仍在致力于實(shí)現此界限的最高性能。對低于 500 元的浮點(diǎn)器件的需求已成氣候，尤其是在遠東地區極其關(guān)注的消費類(lèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)上。在實(shí)現這個(gè)目標之后，已經(jīng)不斷增長(cháng)的 DSP 市場(chǎng)會(huì )出現迅猛增長(cháng)，因為這個(gè)價(jià)格的器件會(huì )對大量消費類(lèi)產(chǎn)品變得更具有吸引力。
事實(shí)上，某些觀(guān)察家認為，消費類(lèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)已成為DSP 市場(chǎng)增長(cháng)的主要推動(dòng)力。根據  Forward Concepts  的統計資料，DSP 的最大年度增長(cháng)出現在消費類(lèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)中，其2003年前三季度交貨量與 2002 年同比增長(cháng)了 75.6％。
遠東是全球從這種增長(cháng)獲益頗豐的一個(gè)地區。多年來(lái)，以消費類(lèi)電子產(chǎn)品著(zhù)稱(chēng)的亞洲已經(jīng)確立了在最新電子器件開(kāi)放與應用方面的領(lǐng)導地位。例如，在東京的街頭和地鐵隨處可以見(jiàn)到帶內置數碼相機的手機，而在美國它們只不過(guò)剛剛流行。事實(shí)上，根據  WSTS(世界半導體貿易統計機構)的資料(見(jiàn)表1)，去年面向日本的 DSP 交貨量增長(cháng)了 24.3％，而到亞太地區(主要是韓國和中國)的交貨量則上升了19.9％。另外，這兩個(gè)區域占 2003 年前三季度總DSP交貨量的62.3％。

自成一格的市場(chǎng)
推動(dòng)DSP增長(cháng)的主要消費類(lèi)電子產(chǎn)品是手機。該市場(chǎng)已經(jīng)變得如此巨大，以至于大部分市場(chǎng)觀(guān)察家將其視為一個(gè)專(zhuān)門(mén)的市場(chǎng)。在這個(gè)方面亞洲再次扮演了主角。事實(shí)上，Forward Concepts  的資料研究指出，中國已經(jīng)成為全球最大的數字無(wú)線(xiàn)消費類(lèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)。同時(shí)，中國的設計與制造業(yè)也在與日俱增，尤其是隨著(zhù)西方公司在中國建立子公司以服務(wù)其巨大的本地市場(chǎng)。
除了手機之外，很多其他消費設備也將DSP用作關(guān)鍵的元件，比如：家庭音頻/視頻(A/V) 接收機、DVD刻錄機與播放器、數碼相機、隨身聽(tīng)，以及家用音頻流、圖像及視頻路由器。然而，這些朝消費類(lèi)電子產(chǎn)品轉移的潮流也給 DSP 制造商帶來(lái)了一些挑戰。根據過(guò)去的經(jīng)驗來(lái)看，他們對電信基礎設施和行業(yè)市場(chǎng)的需求有很好的了解，不過(guò)消費類(lèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域對 DSP 供應商來(lái)說(shuō)是一個(gè)嶄新的領(lǐng)域，因此帶來(lái)了新一輪的市場(chǎng)動(dòng)力及要求。
其中一個(gè)意料之外的趨勢是向更高性能器件的變化。在過(guò)去幾年中，集成 DSP 的消費類(lèi)電子產(chǎn)品應用的數量有所增長(cháng)，但是它們主要是一些幫助設計人員滿(mǎn)足尺寸、功率預算和價(jià)格限制的低端芯片。但是，目前的趨勢是向更高性能的器件發(fā)展。例如，德州儀器 (TI) 的  TMS320C6000  系列傳統上主要針對基礎設施廠(chǎng)商，而現在正引起消費類(lèi)電子設備廠(chǎng)商的注意。
這種變化的原因之一是標準的不斷推陳出新。為了保持競爭力，當今的 A/V 接收機必須能夠兼容廣泛的現有及新興壓縮算法，例如：針對多頻道音軌的 5.1 環(huán)繞聲、微軟的  Windows Media Video Ver 9  (WMV9) 等等。因此，這些接收機需要具備強大的計算能力以及可編程器件的靈活性，這樣它們就可以處理現有的眾多壓縮技術(shù)以及將要出現的壓縮技術(shù)。
數碼相機也同樣出現了向更高處理功率的轉移趨勢，其中最明顯的趨勢是價(jià)格更低的多兆象素分辨率。不過(guò)，消費者也許沒(méi)有注意到這些相機正采用新的壓縮算法。而且，數碼相機執行基本圖像處理任務(wù)的能力也在不斷增高，例如：顏色校正和曝光設置調整等。另外，數碼相機正開(kāi)始在短期內如攝像機那樣出現成倍增長(cháng)。這些任務(wù)同樣需要強大的處理能力，因此高端 DSP 正變得更具吸引力，在 500 元的價(jià)位，它們不會(huì )對最終用戶(hù)的價(jià)格產(chǎn)生顯著(zhù)的影響。
高性能數碼相機的另一個(gè)潛在動(dòng)力將來(lái)自于家庭，尤其是高清晰度電視價(jià)格開(kāi)始下跌。在具備這種顯示設備之后，自然可以推斷消費者會(huì )希望其數碼相機具有足夠高的分辨率，以便充分利用這種顯示功能的優(yōu)勢。這反過(guò)來(lái)意味著(zhù)對壓縮算法和其他圖像處理任務(wù)的更高要求。

消費類(lèi)電子設備需要基礎設施
值得注意的是，當今的消費類(lèi)電子產(chǎn)品分辨率的成功部分歸功于廣泛的電信基礎設施。傳統上講，它是 DSP 的一個(gè)主要市場(chǎng)。這種基礎設施不但支持語(yǔ)音和寬帶，而且也被用于支持最新的消費類(lèi)電子設備。帶數碼相機功能的手機顯然依賴(lài)于電信基礎設施，而家用路由器、DSL以及線(xiàn)纜調制解調器同樣如此。MP3 播放器上的音樂(lè )文件可能來(lái)自于網(wǎng)絡(luò )下載，而且，數碼相機用戶(hù)也會(huì )向電腦下載照片，這樣他們就可以通過(guò)電子郵件將照片發(fā)送給朋友。那些與電信基礎設施聯(lián)系不多的消費類(lèi)電子設備會(huì )越來(lái)越少。
這些干線(xiàn)系統的開(kāi)發(fā)商也希望推動(dòng) DSP 技術(shù)。他們的主要注意力集中于獲得最高的時(shí)鐘頻率，以便實(shí)現最高的比特率。TI 已宣布推出 1GHz 技術(shù)，并且計劃在2004年上半年進(jìn)行該速度的DSP采樣。自 TI 推出其第一款單芯片DSP后20年間，處理器時(shí)鐘速度已經(jīng)增加了200倍以上。即使如此，電信業(yè)仍然迫切要求更高的速度。除了原始速度之外，此領(lǐng)域的工程師還需要高級的可編程性，以便適應聲碼器及代碼轉換器等方面不斷變化的標準。除此之外，他們還需要芯片供應商盡可能提供更多可編程的MIPS。
基礎設施和網(wǎng)絡(luò )設備廠(chǎng)商需要這種高級性能以實(shí)現純數字網(wǎng)絡(luò )上實(shí)時(shí)、廣播品質(zhì)的視頻點(diǎn)播。1GHz級的處理器將進(jìn)一步實(shí)現視頻代碼轉換(從一種視頻格式轉換成另一種格式)、視頻速率轉換(從高比特率轉換成低比特率)、實(shí)時(shí)音頻編碼/解碼、以及視頻流及視頻加密的多路復用與多路分解。在家用方面，1GHz性能可以促使在電視、電腦和PDA等各種娛樂(lè )設備上開(kāi)發(fā)用于觀(guān)看高清晰度電視的媒體中心等產(chǎn)品，而且采用無(wú)線(xiàn)形式，同時(shí)可以記錄高清晰度內容。
對于更高的性能，基礎設施廠(chǎng)商過(guò)去有時(shí)會(huì )求助于FPGA。然而，隨著(zhù)更強大DSP的出現，系統分配的問(wèn)題變得有點(diǎn)模棱兩可：哪些任務(wù)最好分配給DSP，哪些最好分配給FPGA？但兩者有不同的用途——FPGA多用于對原始速度要求高的情況，而DSP多用于需要突出可編程性以實(shí)現產(chǎn)品的功能特色，以及延長(cháng)產(chǎn)品的使用壽命。利用新一代器件在1GHz及更高速度提供的更高功率，工程師們將有望建立與部署更快的系統，例如：4G系統。

基礎技術(shù)
所有這些增長(cháng)的基礎顯然是那些能夠使廠(chǎng)商實(shí)現更高速度的工藝技術(shù)。由于不斷縮小的外形尺寸，這些速度現在已經(jīng)成為可能。例如，TI現在正從已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現量產(chǎn)的0.13微米迅速升級到銅工藝中的90納米技術(shù)。這種進(jìn)步是實(shí)現1GHz部件量產(chǎn)的關(guān)鍵動(dòng)力。
DSP廠(chǎng)商已開(kāi)始考慮從工藝到產(chǎn)品的整個(gè)過(guò)程。他們在盡力預測工藝在什么速率能夠加速晶體管及互連，并在預測更高速度的意義。新的結構必須反映這些新的現實(shí)問(wèn)題；它們必須與先進(jìn)的工藝相輔相成，這樣就能夠發(fā)揮其優(yōu)勢并避免弱點(diǎn)。
例如，隨著(zhù)開(kāi)始尋求 90 納米工藝，發(fā)現C6000系列中的兩個(gè)寄存器文件之間的連接會(huì )成為一個(gè)關(guān)鍵的速度通道。因此，必須進(jìn)行結構修改，優(yōu)化它們之間的存取，其已經(jīng)在0.13微米版本中實(shí)現。這樣，用戶(hù)就可以著(zhù)手新的代碼，而廠(chǎng)商也可以制作自己的開(kāi)發(fā)工具，以便當該功能在90納米部件中實(shí)現后，充分利用其優(yōu)勢。
另一個(gè)有助于降低 DSP 成本的技術(shù)趨勢是SoC。隨著(zhù)不斷完善其 SoC 工藝，它們能夠在同一芯片上集成更多數量的器件，不但包含DSP，而且還包含更高內存以及模擬和數字領(lǐng)域中重要的外設，甚至射頻元件。因此，它們可以幫助產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員降低其系統結構的尺寸，并有助于降低功耗。

為開(kāi)發(fā)人員所用
隨著(zhù)DSP集成更多功能，相應改善開(kāi)發(fā)工具變得更為重要。工程師正越來(lái)越多地采用高級語(yǔ)言編寫(xiě)其應用，為此，他們需要高度優(yōu)化的編譯器。這些編譯器可以實(shí)現所有有助于縮小代碼長(cháng)度并加快其速度的技術(shù)。當然，可以手動(dòng)達到相同的效率，但是達到這種水平需要耗費編程人員數月的時(shí)間，而當今一流的開(kāi)發(fā)工具卻能在幾分鐘內完成。
系統復雜性在不斷提高，這反過(guò)來(lái)意味著(zhù)程序長(cháng)度也在快速增加。當可編程DSP在二十世紀八十年代首次出現時(shí)，一個(gè)大型程序可能包含5000行匯編代碼。在二十世紀九十年代末，編寫(xiě)50000行代碼的程序已經(jīng)變得不是特別困難。在當時(shí)， 500000 行的程序并不罕見(jiàn)。不過(guò)，程序員在100000行代碼水平遇到了很大困難，這種水平的代碼使其不能夠再采用傳統的技術(shù)。提高程序員效率的唯一最有效方法是利用可重復使用的軟件模塊。TI 等公司已開(kāi)發(fā)了使編程人員能夠跟上硬件開(kāi)發(fā)進(jìn)度的軟件組件。
因此，出現了一個(gè)預編寫(xiě)、預驗證的代碼模塊的大型第三方市場(chǎng)。這種向可重復使用的軟件發(fā)展的趨勢為遠東地區的開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了機遇。過(guò)去，消費類(lèi)電子產(chǎn)品制造商需要采購預編程的芯片組，并通過(guò)生產(chǎn)、封裝以及市場(chǎng)開(kāi)發(fā)來(lái)創(chuàng )造價(jià)值，這些公司不能建立軟件的產(chǎn)品細分。相比而言，當今他們面對的挑戰是利用可重復使用的軟件組件來(lái)創(chuàng )造市場(chǎng)細分的特性，所有這些都不需要建立工程設計機構來(lái)重新編寫(xiě)整個(gè)軟件。
更高的芯片集成度與復雜的程序還意味著(zhù)工程師失去了對 DSP 中操作的了解。因此，系統集成調試和優(yōu)化所需要的時(shí)間有所增加，這會(huì )放慢產(chǎn)品的上市時(shí)間。開(kāi)發(fā)工具必須幫助設計工程師能最佳地利用器件中的所有資源。一項關(guān)鍵的幫助是性能分析，這種分析會(huì )說(shuō)明程序在何處消耗了時(shí)間以及它如何使用內存。盡管性能分析工具并非新的東西，最新一代工具已經(jīng)取得了重大進(jìn)步，超越了簡(jiǎn)單確定問(wèn)題區域；它們現在通過(guò)建議代碼修改以實(shí)現特定目標。因此，一般程序員無(wú)需離開(kāi)實(shí)驗室就可以從 DSP 領(lǐng)先者的專(zhuān)業(yè)技術(shù)獲益。程序員不能僅僅停留在從速度優(yōu)化獲益的區域，還應該找到更有效利用內存并去掉外部芯片的方法，從而降低系統成本、尺寸以及功耗。
這三個(gè)因素在消費類(lèi)器件中至關(guān)重要，它們有望推動(dòng) DSP越來(lái)越多的應用。 Forward Concepts 預測，可編程 DSP 的全球交貨量到2007年將從2003年的58.26億美元增加到130.07億美元?！?/P>