讓DSP成為創(chuàng)新的不竭源泉

DSP推進(jìn)數(shù)字化創(chuàng)新

當(dāng)二十一世紀(jì)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(shù)字信息產(chǎn)業(yè)演變的大好時(shí)機(jī)。曾經(jīng)有過(guò)多少對(duì)新世紀(jì)熱情的憧憬，正在逐漸變成對(duì)新趨勢(shì)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(shù)字化創(chuàng)新”。若追溯到上世紀(jì)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，一舉樹立起電子創(chuàng)新先鋒的形象。五十年代末期，TI通過(guò)開啟集成電路之門的創(chuàng)舉而逐步展現(xiàn)出充沛的創(chuàng)新精神。在半導(dǎo)體硅片中的植入分立的門電路并不斷增加數(shù)量和規(guī)模，數(shù)字化的進(jìn)程由此而全面展開，數(shù)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(shù)字創(chuàng)新”的重要標(biāo)志就是可編程微控制器（MCU）的出現(xiàn)，又是TI引領(lǐng)了這個(gè) “控制創(chuàng)新”的到來(lái)，并直接導(dǎo)致了微處理器（CPU）的推進(jìn)而引發(fā)的“計(jì)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(shù)字信息時(shí)代的道路。八十年代初，數(shù)字化的需求劇增，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）應(yīng)運(yùn)而生， TI以率先以商業(yè)化的DSP取得先機(jī)，并以次為契機(jī)，開始了其主導(dǎo)業(yè)界四分之一世紀(jì)的

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

DSP的發(fā)展規(guī)律是其時(shí)鐘及運(yùn)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(yīng)用于高精尖領(lǐng)域，如軍事和工業(yè)設(shè)備。以后DSP開始應(yīng)用于專業(yè)數(shù)字通信和計(jì)算機(jī)周邊設(shè)備，而在數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器和數(shù)字移動(dòng)手機(jī)中的成功應(yīng)用又推動(dòng)了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展。在世紀(jì)更迭的階段中，DSP應(yīng)用已經(jīng)成為寬帶接入、數(shù)字音頻和數(shù)字視頻、新一代無(wú)線通信等創(chuàng)新應(yīng)用的核心平臺(tái)。

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(yùn)算性能，同時(shí)DSP平臺(tái)也向著通用性和針對(duì)性相結(jié)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(tǒng)（SOC），DSP應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)空前繁榮的時(shí)代，為新世紀(jì)的全面數(shù)字化應(yīng)用提供更加廣泛創(chuàng)新的天地。

DSP創(chuàng)新的應(yīng)用前景

在全球的半導(dǎo)體市場(chǎng)中，未來(lái)三年DSP將保持著最高的增長(zhǎng)率。據(jù)美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)SIA今年六月的預(yù)測(cè)，從2006年到2008年，半導(dǎo)體平均年增長(zhǎng)率為10%，而DSP的平均年增長(zhǎng)率則近20%。2007年DSP市場(chǎng)規(guī)模將首次超過(guò)100億美元，創(chuàng)新的應(yīng)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)世界充滿了顏色、影像、聲音、壓力和各種可以由線路或通過(guò)空氣傳輸?shù)男盘?hào)。模擬技術(shù)提供這些真實(shí)世界現(xiàn)象與數(shù)字處理技術(shù)的接口. 數(shù)字服務(wù)者所提供的每一個(gè)事情都是以模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換A/D開始而以數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換D/A為結(jié)束，而其中所進(jìn)行的就是各種各樣極為復(fù)雜的數(shù)字運(yùn)算處理，首當(dāng)其沖的承擔(dān)者就是DSP。

DSP的創(chuàng)新已經(jīng)在很大程度上正在改變?nèi)藗兊纳罘绞?，并且還將繼續(xù)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(tái)本身這樣的創(chuàng)新將包含更多的內(nèi)涵。
 
                                              圖二，DSP創(chuàng)新的綜合形態(tài)

對(duì)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(tái)，其次是杰出的產(chǎn)品質(zhì)量和互操作性，另外需要支持遠(yuǎn)程安裝和管理。IP網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字的，而人的傳感器官是模擬的，數(shù)字娛樂(lè)過(guò)程是通過(guò)模擬傳感器再應(yīng)用到數(shù)字?jǐn)?shù)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(shù)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(chǔ)設(shè)施資源，可實(shí)現(xiàn)互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，所以也就必須完全符合業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，并可能創(chuàng)建新的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)兼顧建立、管理和延伸新的服務(wù)。DSP創(chuàng)新還體現(xiàn)在靈活的特殊應(yīng)用，這就需要設(shè)計(jì)開發(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(tǒng)，這種系統(tǒng)級(jí)的思考對(duì)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(yīng)用中，往往前期的平臺(tái)是DSP，而進(jìn)入成熟期之后就可能逐漸由廉價(jià)的專用芯片ASIC所占據(jù)，例如數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器和MP3播放器，ASIC畢竟是一種針對(duì)特定應(yīng)用而定制的硬件平臺(tái)。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(guī)模的制造，并可接近或達(dá)到消費(fèi)類的價(jià)格水平。在不少新興市場(chǎng)的應(yīng)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(tái)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(chǔ)之上DSP又為這些創(chuàng)新提供更多新穎的內(nèi)容。例如在數(shù)字視頻監(jiān)控中DSP，首先承擔(dān)數(shù)字視頻的高級(jí)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(cè)和智能識(shí)別處理；在數(shù)字流媒體設(shè)備設(shè)計(jì)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(jí)方式適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的完善；在生物特征

DSP成功創(chuàng)新的模式應(yīng)該有四個(gè)重要部分有機(jī)結(jié)合到一起，首先是DSP核心的技術(shù)領(lǐng)先性。DSP架構(gòu)的設(shè)計(jì)上就針對(duì)與高密集度的數(shù)字運(yùn)算，所包含的眾多并行的乘加結(jié)構(gòu)正是數(shù)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(shù)字信號(hào)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(dǎo)體工藝，目前已投產(chǎn)90納米線寬產(chǎn)品而技術(shù)已達(dá)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(dá)芬奇（Davinci）媒體處理器、挑戰(zhàn)低功耗達(dá)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(dá)到消費(fèi)類價(jià)位水平，可以面對(duì)日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

其次，由于DSP處理器做進(jìn)行的各種類型的壓縮、增強(qiáng)、轉(zhuǎn)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(yùn)算處理能力，需要又易于使用的開發(fā)方法。為此，TI持之以恒地推廣的eXpressDSP開發(fā)理念已為廣大的DSP研發(fā)工程師所接受。TI完善的集成開發(fā)環(huán)境Code Composer Studio（CCS）已升級(jí)為V3.2版，并且支持許多插件以增強(qiáng)調(diào)試功能。現(xiàn)在一套CCS調(diào)試軟件可以支持TI的C5000,C6000,C2000,還有SOC平臺(tái)如OMPA和Davinci。為滿足特殊調(diào)試的需要TI可提供專門設(shè)計(jì)工具，例如針對(duì)C55x與NI公司共同開發(fā)有最新功率設(shè)計(jì)工具，有助于于客戶開發(fā)出來(lái)更低功耗的DSP應(yīng)用產(chǎn)品。

另外兩個(gè)方面就是DSP的應(yīng)用軟件支持，還有DSP的支持體系和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)。 DSP應(yīng)用產(chǎn)品成功的關(guān)鍵是軟件設(shè)計(jì)，特別是隨著硬件平臺(tái)集成度的成熟，硬件設(shè)計(jì)的工作量已經(jīng)不足二成，而軟件設(shè)計(jì)工作占百分之八十以上，而對(duì)于SOC所涉及的軟件系統(tǒng)將更為復(fù)雜。對(duì)此TI通過(guò)和第三方合作伙伴合作以及自主開發(fā)相結(jié)合的方式提供全方位的支持，這些軟件既包含應(yīng)用層的數(shù)字視頻、數(shù)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(qū)動(dòng)，還有基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Linux等。對(duì)于客戶的開發(fā)，其實(shí)在很大程度上進(jìn)行軟件集成工作。即使客戶沒有很深的DSP軟件開發(fā)功底，通過(guò)集成成熟的商用DSP算法軟件也同樣可以開發(fā)出高品質(zhì)的產(chǎn)品。為此，TI多年以來(lái)所致力于構(gòu)建的DSP開發(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(shù)字信息產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

繼續(xù)挖掘DSP的源泉

作為數(shù)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)。現(xiàn)在全球成千上萬(wàn)的客戶正在應(yīng)用TI的C5000和C6000系列DSP在數(shù)以千計(jì)的應(yīng)用，從最大型高密度的網(wǎng)關(guān)類產(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(yīng)，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(shù)字監(jiān)控DVR、DVS和IP網(wǎng)絡(luò)相機(jī)，以及IP機(jī)頂盒、IP可視電話、數(shù)碼相機(jī)，還會(huì)有更多創(chuàng)新的應(yīng)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針對(duì)更多的特色應(yīng)用順利完成共同開發(fā)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣不妨DSP視為一個(gè)不竭源泉，而源源不斷涌現(xiàn)的將是層出不窮的創(chuàng)新。