隨著消費、汽車等多個領域的需求提升，數(shù)字信號處理(DSP)的市場也在不斷擴大，根據(jù)市場調(diào)研機構168report的數(shù)據(jù)顯示，在2022年全球DSP微處理器芯片市場規(guī)模約為40億美元。預計未來該市場將進一步擴大。

面對不同的應用場景，DSP算法也在進行相應的升級，包括AEC、ANC/RNC等。一方面，路噪、空化噪聲、氣動噪聲等聲學算法都被應用到汽車上。另一方面，在智能座艙的發(fā)展下，據(jù)億歐智庫的數(shù)據(jù)顯示，在2021年的乘用車中，語音交互功能的滲透率就已經(jīng)達到86%，這兩年的滲透率還在不斷提升。語音交互技術需求提升也成為帶動語音識別相關算法迭代的關鍵因素。

目前，業(yè)內(nèi)知名的國際DSP芯片廠要包括TI、ADI、NXP等。此外，在新能源汽車市場快速發(fā)展的背景下，也有多家國產(chǎn)DSP芯片進入汽車市場，包括進芯電子、中科昊芯等。其中進芯電子已經(jīng)推出了32位浮點DSP芯片AVP32F335系列等產(chǎn)品，中科昊芯在11月份官宣即將推出32 位浮點RISC-V DSP芯片HXS320F280039C、HXS320F28379D等產(chǎn)品。

不同廠商的產(chǎn)品具有不同的技術優(yōu)勢，例如ADI，其DSP Decoder SDK的優(yōu)勢在于提供可擴展的低延遲音頻性能、支持所有浮點的代碼、高保真audio、有家庭影院的全套認證解碼庫、很好的軟件架構，以及能夠做到不同解碼的無縫切換。


什么是DSP芯片？

數(shù)字信號處理器也被稱為DSP芯片，是一種微處理器工具特別適用于數(shù)字信號處理操作的。它的主機應用程序是實時，快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。

數(shù)字信號處理器的功能使用哈佛結構，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開。用于單指令流，多數(shù)據(jù)流（SIMD）操作的特殊指令集。可以并行處理，但不支持多任務。在主機環(huán)境中使用時，它可以用作直接內(nèi)存訪問（DMA）設備。從模數(shù)轉換器（ADC）獲取數(shù)據(jù)，最終輸出是由數(shù)模轉換器（DAC）轉換為模擬信號的數(shù)據(jù)。能夠在一個指令周期內(nèi)實現(xiàn)一個或多個乘法和累加（MAC）操作。

多個乘法和累加運算單元被集成到DSP中，其可以執(zhí)行并行的乘法和累加運算。能夠在一個指令周期內(nèi)完成對存儲器的多次讀取。因此，多個片上總線和多端口片上存儲器與DSP集成在一起。為了加快處理器中的操作，將多個地址生成單元集成到DSP中以支持循環(huán)尋址和位翻轉尋址。處理器中的大多數(shù)操作都是重復的操作。

為了易于使用，大多數(shù)DSP支持這種重復操作，而無需為重復操作編寫其他指令。大多數(shù)DSP提供多個串行或并行I / O接口，以及特殊的I / O接口，以處理特殊的數(shù)據(jù)，從而降低成本并提高輸出/輸入性能。


DSP 芯片的應用領域

DSP 芯片強調(diào)數(shù)字信號處理的實時性。 DSP 作為數(shù)字信號處理器將模擬信號轉換成數(shù)字信號，用于專用處理器的高速實時處理。 它具有高速，靈活，可編程，低功耗的界面功能，在圖形圖像處理，語音處理，信號處理等通信領域起到越來越重要的作用。

應用 DSP 的領域較多， 未來新應用領域有望層出不窮。 根據(jù)美國的權威資訊公司統(tǒng)計，目前 DSP 芯片在市場上應用最多的是通信領域， 占 56.1％；其次是計算機領域，占 21.16％；消費電子和自動控制占 10.69％；軍事／航空占 4.59％；儀器儀表占 3.5％；工業(yè)控制占 3.31％；辦公自動化占 0.65％。

1）DSP 芯片在多媒體通信領域的應用。

媒體數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生的信息量是巨大的，多媒體網(wǎng)絡終端在整個過程中需要對獲取的信息量進行快速分析和處理，因此 DSP 被運用在語音編碼，圖像壓縮和減少語音通信上。如今 DSP 對于語音解碼計算產(chǎn)生實時效果，設計協(xié)議要求已經(jīng)成為最基本的一條國際標準。

2）DSP 芯片在工業(yè)控制領域的應用。

在工業(yè)控制領域， 工業(yè)機器人被廣泛應用，對機器人控制系統(tǒng)的性能要求也越來越高。機器人控制系統(tǒng)重中之重就是實時性，在完成一個動作的同時會產(chǎn)生較多的數(shù)據(jù)和計算處理，這里可以采用高性能的 DSP。 DSP通過應用到機器人的控制系統(tǒng)后，充分利用自身的實時計算速度特性，使得機器人系統(tǒng)可以快速處理問題，隨著不斷提高 DSP 數(shù)字信號芯片速度，在系統(tǒng)中容易構成并行處理網(wǎng)絡，大大提高控制系統(tǒng)的性能，使得機器人系統(tǒng)得到更為廣泛的發(fā)展。

3）DSP 芯片在儀器儀表領域的應用。

DSP 豐富的片內(nèi)資源可以大大簡化儀器儀表的硬件電儀路，實現(xiàn)儀器儀表的 SOC 設計。器儀表的測量精度和速度是一項重要的指標，使用 DSP 芯片開發(fā)產(chǎn)品可使這兩項指標大大提高。例如 TI 公司的 TMS320F2810 具有高效的 32 位 CPU 內(nèi)核，12 位 A/D 轉換器，豐富的片上存儲器和靈活的指揮系統(tǒng)，為高精密儀器搭建了廣闊的平臺。高精密儀器現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為 DSP 的一個重要應用，正處于快速傳播時期，將推動產(chǎn)業(yè)的技術創(chuàng)新。

4）DSP 芯片在汽車安全與無人駕駛領域的應用。

汽車電子系統(tǒng)日益興旺發(fā)達起來，諸如裝設紅外線和毫米波雷達，將需用 DSP 進行分析。如今，汽車愈來愈多，防沖撞系統(tǒng)已成為研究熱點。而且，利用攝像機拍攝的圖像數(shù)據(jù)需要經(jīng)過 DSP 處理，才能在駕駛系統(tǒng)里顯示出來，供駕駛人員參考。

5）DSP 芯片在軍事領域的應用。

DSP 的功耗低、體積小、實時性反應速度都是武器裝備中特別需要的。如機載空空導彈，在有限的體積內(nèi)裝有紅外探測儀和相應的 DSP信號處理器等部分，完成目標的自動鎖定與跟蹤。先進戰(zhàn)斗機上裝備的目視瞄準器和步兵個人攜帶的頭盔式微光儀，需用 DSP 技術完成圖像的濾波與增強，智能化目標搜索捕獲。 DSP 技術還用于自動火炮控制、巡航導彈、預警飛機、相控陣天線等雷達數(shù)字信號處理中。


電動化智能化，汽車漸成DSP新應用市場

在汽車電動化、智能化發(fā)展的大趨勢下，一輛汽車安裝使用的芯片數(shù)量迅速增加。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會提供的數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)燃油車所需汽車芯片數(shù)量為600～700顆，電動車提升至1600顆/輛，更高級的智能汽有望提升至3000顆/輛。而DSP正是其中最主要的芯片類型之一。

從分布式向集中式演進，汽車的電子電器架構日益被分成分為五大功能域——動力域、底盤域、車身域、座艙域和自動駕駛域，各自實現(xiàn)基本功能。在動力域，DSP可以實現(xiàn)對主電機、直流電壓轉換DC-DC、車載充電機OBC的控制等。憑借數(shù)據(jù)和程序相互獨立的總線結構、獨特指令集和豐富數(shù)模外設資源，DSP在同等主頻下能大幅提升算力，實現(xiàn)復雜的控制規(guī)律，保證實時性能。

車身域也是汽車電子系統(tǒng)重要的組成部分，包含汽車門窗、燈光、雨刮、電動座椅、空調(diào)控制等與車內(nèi)駕乘體驗息息相關的應用，散熱風扇控制、油泵/水泵控制等混動汽車安全控制相關的電機應用，均需要進行實時的采集外部信號、實現(xiàn)復雜電機計算和相應控制，DSP芯片也非常適合使用在這些場景當中。

較之燃油車，隨著動力形式改變，新能源汽車的諸多系統(tǒng)也隨之發(fā)生變化，如動力控制、基礎供電、熱管理、（增加）充電管理等，使其對電機的使用數(shù)量遠遠超過燃油車。隨著智能電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈日趨成熟，燃油車被替代的速度加快，DSP作為兼具精準和實時的控制器，在新能源汽車中的應用將得到進一步增強。

此外，DSP等控制芯片在充電樁中的應用也不容忽視，一款高端的充電樁，需集成多顆DSP、MCU等控制器，才能有效實現(xiàn)對功率器件等的數(shù)字控制。充電基礎設施建設正在加快，截止2022年12月全國已累計建成充電樁521.0萬臺。以常見功率120kW左右的直流充電樁為例，含功率器件及控制芯片的充電模塊占比最高達50%。


國產(chǎn)DSP上車，機會窗口正在打開

全球第一塊單片DSPTMS32010及其系列產(chǎn)品在1982年誕生。此后，德州儀器、ADI、摩托羅拉等公司不斷推出不同檔次的DSP產(chǎn)品并逐步占領全球市場。目前世界上DSP芯片制造商主要包括德州儀器、ADI和摩托羅拉、恩智浦、杰爾系統(tǒng)等，其中德州儀器的產(chǎn)品線最為豐富，應用領域最為廣泛。

汽車市場的高成長性吸引了各大實力廠商，均希望能夠快速搶占汽車等新興領域進行布局。由于國際大廠具有先發(fā)優(yōu)勢，已對下游客戶穩(wěn)定供貨多年。特別是車企對供應鏈的安全與穩(wěn)定性極為重視，不會輕易更換供應商，國產(chǎn)DSP打入供應鏈并不容易。

不過，受2020年爆發(fā)的缺芯潮以及地緣政治因素影響，車企已經(jīng)逐漸開始接納國內(nèi)芯片企業(yè)的產(chǎn)品，甚至直接投資進行研發(fā)。同時，國內(nèi)芯片制造廠也有意愿進行車規(guī)工藝的投入。這些都為國內(nèi)車載DSP的發(fā)展奠定了基礎。如進芯電子開發(fā)的32位浮點DSP芯片AVP32F335系列、32位定點DSP芯片ADP32F035系列、16位定點DSP芯片ADP/ADM16F03系列等，符合IATF16949、AEC-Q100 標準，獲得OEM廠商認可，已實現(xiàn)商用量產(chǎn)。對于國內(nèi)DSP企業(yè)來說，應該抓住這個難得的機會窗口，促進上下游間的合作，多方協(xié)同推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

隨著電動化、智能化的發(fā)展，DSP在車用領域必將展現(xiàn)出一些新的技術趨勢。首先就是更高的集成度。車企不斷追求更高的駕駛體驗，對于動力域主控來說，需要更高的算力，持續(xù)的性能提升。因此，將多個DSP芯核以及外圍的電路單元集成在一顆芯片上，實現(xiàn)DSP系統(tǒng)級的SoC成為趨勢。

異構也是趨勢之一。從國際DSP大廠的產(chǎn)品結構來看，DSP的應用場景越來越豐富，巨頭們已經(jīng)形成了更集成、更多核以及更多新架構的產(chǎn)品，同時出現(xiàn)了DSP與ARM、DSP與FPGA的架構設計。

在汽車的應用當中，低功耗的需求也不容忽視。由于系統(tǒng)運算量大且速度要求高，因此DSP內(nèi)部的部件開關狀態(tài)轉換十分頻繁，這使得DSP的功耗在應用系統(tǒng)的功耗中占有相當?shù)谋壤？傮w而言，未來的DSP需要滿足各種嵌入式系統(tǒng)集成化、智能化、低功耗的發(fā)展趨勢，將朝著數(shù)據(jù)處理能力越來越強、集成度越來越高、功耗越來越低等方向發(fā)展。

這些新的技術趨勢演進過程，為我國DSP產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了機遇。近年來，國產(chǎn)DSP雖然在數(shù)據(jù)處理能力的提升，數(shù)字模擬混合電路設計以及系統(tǒng)低功耗設計等方面遇到一些挑戰(zhàn)。但是我國擁有巨大的下游應用市場，新能源汽車產(chǎn)銷已經(jīng)居于世界首位。這就給國內(nèi)DSP企業(yè)反復琢磨，更新技術提供了空間。國內(nèi)DSP企業(yè)更容易針對國內(nèi)用戶的痛點進行優(yōu)化設計，滿足用戶需求。比如在安全性方面，采用國產(chǎn)核心芯片就可以針對安全問題進行強化處理。

由于國產(chǎn)DSP更加貼近汽車客戶，能夠提供更及時、全方位響應支持，這是國際大廠所不具備的。對中國電動汽車供應鏈的支持，需求早期的支持、信息交換也是國際大廠無法比擬的。國際大廠更多是傾向于交付成品。

對于國產(chǎn)DSP來說，新興的汽車應用市場是實現(xiàn)高端突破的一個最佳切入點，不僅應用需求量大，對于實現(xiàn)自主可控的迫切性也很高。一旦在關鍵行業(yè)實現(xiàn)突破，就會形成產(chǎn)業(yè)帶動效應，加速國產(chǎn)DSP向更多市場領域推廣。