让DSP成为创新的不竭源泉
时间：2007-01-29 10:01:00
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[导读]在半导体硅片中的植入分立的门电路并不断增加数量和规模，数字化的进程由此而全面展开，数字技术潮流由此而涌动，而TI创新的冲动始终如此旺盛。
DSP推进数字化创新
当二十一世纪的第一个年代已过去一半多一点的时候，也许这正是我们回顾数字信息产业演变的大好时机。曾经有过多少对新世纪热情的憧憬，正在逐渐变成对新趋势理性的展望，而这一切都源于一个共同而永恒的动力，就是“数字化创新”。若追溯到上世纪中叶，可以看到晶体管的诞生所具有的划时代意义，而其中起决定性作用的创新在于硅晶体管的推出，德州仪器（TI）有幸凭此而进入电子领域，一举树立起电子创新先锋的形象。五十年代末期，TI通过开启集成电路之门的创举而逐步展现出充沛的创新精神。在半导体硅片中的植入分立的门电路并不断增加数量和规模，数字化的进程由此而全面展开，数字技术潮流由此而涌动，而TI创新的冲动始终如此旺盛。
七十年代“数字创新”的重要标志就是可编程微控制器（MCU）的出现，又是TI引领了这个 “控制创新”的到来，并直接导致了微处理器（CPU）的推进而引发的“计算创新”，从而引领了个人电脑时代的到来，铺平了通向数字信息时代的道路。八十年代初，数字化的需求剧增，数字信号处理器（DSP）应运而生， TI以率先以商业化的DSP取得先机，并以次为契机，开始了其主导业界四分之一世纪的“数字化创新”历程。在图一所示DSP的发展和演变历程中可以看到，伴随着DSP发展其应用领域的不断扩大，才有众多数字化的电子信息产品的兴起和丰富。
图一，DSP的发展和演变历程
DSP的发展规律是其时钟及运算速度和性能不断地大幅度增加，而其功耗和芯片尺寸在不断地减少，其芯片的价格也是逐年降低。早期DSP主要应用于高精尖领域，如军事和工业设备。以后DSP开始应用于专业数字通信和计算机周边设备，而在数据调制解调器和数字移动手机中的成功应用又推动了数字网络化的发展。在世纪更迭的阶段中，DSP应用已经成为宽带接入、数字音频和数字视频、新一代无线通信等创新应用的核心平台。
2003年TI推出1GHz主频，采用90钠米工艺技术的DSP，在业界率先突破8000MIPS的运算性能，同时DSP平台也向着通用性和针对性相结合的方向发展，推出了通用媒体处理器以至高集成度的单片系统（SOC），DSP应用进入了一个空前繁荣的时代，为新世纪的全面数字化应用提供更加广泛创新的天地。
DSP创新的应用前景
在全球的半导体市场中，未来三年DSP将保持着最高的增长率。据美国权威机构SIA今年六月的预测，从2006年到2008年，半导体平均年增长率为10%，而DSP的平均年增长率则近20%。2007年DSP市场规模将首次超过100亿美元，创新的应用前景非常广阔。
事实上我们生活在一个模拟的世界，这个世界充满了颜色、影像、声音、压力和各种可以由线路或通过空气传输的信号。模拟技术提供这些真实世界现象与数字处理技术的接口. 数字服务者所提供的每一个事情都是以模拟数字转换A/D开始而以数字模拟转换D/A为结束，而其中所进行的就是各种各样极为复杂的数字运算处理，首当其冲的承担者就是DSP。
DSP的创新已经在很大程度上正在改变人们的生活方式，并且还将继续进行下去，如图二所示为DSP创新的多种形态。在DSP平台本身这样的创新将包含更多的内涵。
图二，DSP创新的综合形态
对于DSP创新需要有更高的技术难度，其中首先需要最好的DSP平台，其次是杰出的产品质量和互操作性，另外需要支持远程安装和管理。IP网络是数字的，而人的传感器官是模拟的，数字娱乐过程是通过模拟传感器再应用到数字数字网络，这些感知必须进行实时处理，因此必须需要有一流的模拟和数字技术的综合处理能力。技术提供者还需要有足够的基础设施资源，可实现互操作性和标准化设计，所以也就必须完全符合业界标准，并可能创建新的标准，同时兼顾建立、管理和延伸新的服务。DSP创新还体现在灵活的特殊应用，这就需要设计开发人员不仅仅了解器件本身，还要在一个更高水平上了解整体系统，这种系统级的思考对于今天的技术提供者至关重要。
通用DSP在创新的历程中始终起到一个先行者的角色。在我们提到的许多应用中，往往前期的平台是DSP，而进入成熟期之后就可能逐渐由廉价的专用芯片ASIC所占据，例如数据调制解调器和MP3播放器，ASIC毕竟是一种针对特定应用而定制的硬件平台。然而，这种压力也使DSP在灵活性和适用性方面有更大的提高，特别是近年来DSP也能进行大规模的制造，并可接近或达到消费类的价格水平。在不少新兴市场的应用中，DSP以其软件可编程的灵活性和产品可伸缩的优越性仍处于主流平台的地位，任何创新的思想都可以很容易地有DSP进行尝试并取得成果，在此基础之上DSP又为这些创新提供更多新颖的内容。例如在数字视频监控中DSP，首先承担数字视频的高级编解码如MPEG4和H.264,其后可以还有能力进行动态侦测和智能识别处理；在数字流媒体设备设计中，DSP可全面支持多制式的媒体格式如MPEG2、H.264、VC-1和AVS，并有能力通过软件升级方式适应新标准的完善；在生物特征识别类产品中，DSP可以充分利用有关面相识别、虹膜识别、指纹识别软件方针和优化的成果，很快地在嵌入式系统中实现同投入实用。总之，DSP的创新可以覆盖从前沿研究到总体实现，再到方案实施直至产品化以及未来的更新换代。
构建DSP成功创新模式
众所周知TI在DSP市场始终占据第一的位置，在2004年市场份额为50%，而2005年更是上升到60%，今年还呈上升的趋势。那么TI在DSP上成功的奥秘在于什么呢？这就要谈到成功的DSP开发和支持的模式，下面结合图三进行探讨。
图三，成功的DSP开发和支持体系
DSP成功创新的模式应该有四个重要部分有机结合到一起，首先是DSP核心的技术领先性。DSP架构的设计上就针对与高密集度的数字运算，所包含的众多并行的乘加结构正是数字滤波的核心单元，为保证进行许多A/D和D/A间的处理工作而不引起损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数字信号处理方法，就是要有最领先的技术核心。TI在DSP推出之处就采用最领先的半导体工艺，目前已投产90纳米线宽产品而技术已达到65纳米以下，硅片晶元直径已采用30厘米取代20厘米。TI的DSP在许多方面均处以业界领先，如最高主频已突破1GHz的C6416T和C6455；最高集成多核心包括C64+核心、ARM9、视频加速器和视频前端处理及丰富外围接口的达芬奇（Davinci）媒体处理器、挑战低功耗达到保持状态下0.12毫瓦功耗的C5506。越来越多的DSP已经接近或达到消费类价位水平，可以面对日趋激烈的市场竞争。
其次，由于DSP处理器做进行的各种类型的压缩、增强、转换和传输工作都属于智力密集型的工作，为充分利用其巨大的运算处理能力，需要又易于使用的开发方法。为此，TI持之以恒地推广的eXpressDSP开发理念已为广大的DSP研发工程师所接受。TI完善的集成开发环境Code Composer Studio（CCS）已升级为V3.2版，并且支持许多插件以增强调试功能。现在一套CCS调试软件可以支持TI的C5000,C6000,C2000,还有SOC平台如OMPA和Davinci。为满足特殊调试的需要TI可提供专门设计工具，例如针对C55x与NI公司共同开发有最新功率设计工具，有助于于客户开发出来更低功耗的DSP应用产品。
另外两个方面就是DSP的应用软件支持，还有DSP的支持体系和价值网络。DSP应用产品成功的关键是软件设计，特别是随着硬件平台集成度的成熟，硬件设计的工作量已经不足二成，而软件设计工作占百分之八十以上，而对于SOC所涉及的软件系统将更为复杂。对此TI通过和第三方合作伙伴合作以及自主开发相结合的方式提供全方位的支持，这些软件既包含应用层的数字视频、数字音频、影像和语音算法，也包含较为低层的通信和网络等程序和驱动，还有基础的实时操作系统Linux等。对于客户的开发，其实在很大程度上进行软件集成工作。即使客户没有很深的DSP软件开发功底，通过集成成熟的商用DSP算法软件也同样可以开发出高品质的产品。为此，TI多年以来所致力于构建的DSP开发支持体系可以发挥出重要的作用，这也已经成为为数字信息产业价值链中关键的环节。
继续挖掘DSP的源泉
作为数字信息产品的引擎DSP，需要特别关注就是核心DSP技术。现在全球成千上万的客户正在应用TI的C5000和C6000系列DSP在数以千计的应用，从最大型高密度的网关类产品到最小的网络音频播放器。与此相关的是众多的高性能模拟，输入和输出，可以为客户提供最具灵活性最适合的产品，然后采用最好的CMOS和模拟处理技术集成为SOC。立足视频创新的Davinci系列一经推出就得到业界积极响应，配合通信和多媒体软件将帮助加快产品的上市时间并确保最好的IP服务。目前围绕Davinci已推出数字监控DVR、DVS和IP网络相机，以及IP机顶盒、IP可视电话、数码相机，还会有更多创新的应用。如图四所示有利于创新的DSP集成模式将使更多的客户针对更多的特色应用顺利完成共同开发和优化设计，这样不妨DSP视为一个不竭源泉，而源源不断涌现的将是层出不穷的创新。
图四，有利于创新的DSP集成模式
当二十一世纪的第一个年代已过去一半多一点的时候，也许这正是我们回顾数字信息产业演变的大好时机。曾经有过多少对新世纪热情的憧憬，正在逐渐变成对新趋势理性的展望，而这一切都源于一个共同而永恒的动力，就是“数字化创新”。若追溯到上世纪中叶，可以看到晶体管的诞生所具有的划时代意义，而其中起决定性作用的创新在于硅晶体管的推出，德州仪器（TI）有幸凭此而进入电子领域，一举树立起电子创新先锋的形象。五十年代末期，TI通过开启集成电路之门的创举而逐步展现出充沛的创新精神。在半导体硅片中的植入分立的门电路并不断增加数量和规模，数字化的进程由此而全面展开，数字技术潮流由此而涌动，而TI创新的冲动始终如此旺盛。
七十年代“数字创新”的重要标志就是可编程微控制器（MCU）的出现，又是TI引领了这个 “控制创新”的到来，并直接导致了微处理器（CPU）的推进而引发的“计算创新”，从而引领了个人电脑时代的到来，铺平了通向数字信息时代的道路。八十年代初，数字化的需求剧增，数字信号处理器（DSP）应运而生， TI以率先以商业化的DSP取得先机，并以次为契机，开始了其主导业界四分之一世纪的“数字化创新”历程。在图一所示DSP的发展和演变历程中可以看到，伴随着DSP发展其应用领域的不断扩大，才有众多数字化的电子信息产品的兴起和丰富。
图一，DSP的发展和演变历程
DSP的发展规律是其时钟及运算速度和性能不断地大幅度增加，而其功耗和芯片尺寸在不断地减少，其芯片的价格也是逐年降低。早期DSP主要应用于高精尖领域，如军事和工业设备。以后DSP开始应用于专业数字通信和计算机周边设备，而在数据调制解调器和数字移动手机中的成功应用又推动了数字网络化的发展。在世纪更迭的阶段中，DSP应用已经成为宽带接入、数字音频和数字视频、新一代无线通信等创新应用的核心平台。
2003年TI推出1GHz主频，采用90钠米工艺技术的DSP，在业界率先突破8000MIPS的运算性能，同时DSP平台也向着通用性和针对性相结合的方向发展，推出了通用媒体处理器以至高集成度的单片系统（SOC），DSP应用进入了一个空前繁荣的时代，为新世纪的全面数字化应用提供更加广泛创新的天地。
DSP创新的应用前景
在全球的半导体市场中，未来三年DSP将保持着最高的增长率。据美国权威机构SIA今年六月的预测，从2006年到2008年，半导体平均年增长率为10%，而DSP的平均年增长率则近20%。2007年DSP市场规模将首次超过100亿美元，创新的应用前景非常广阔。
事实上我们生活在一个模拟的世界，这个世界充满了颜色、影像、声音、压力和各种可以由线路或通过空气传输的信号。模拟技术提供这些真实世界现象与数字处理技术的接口. 数字服务者所提供的每一个事情都是以模拟数字转换A/D开始而以数字模拟转换D/A为结束，而其中所进行的就是各种各样极为复杂的数字运算处理，首当其冲的承担者就是DSP。
DSP的创新已经在很大程度上正在改变人们的生活方式，并且还将继续进行下去，如图二所示为DSP创新的多种形态。在DSP平台本身这样的创新将包含更多的内涵。
图二，DSP创新的综合形态
对于DSP创新需要有更高的技术难度，其中首先需要最好的DSP平台，其次是杰出的产品质量和互操作性，另外需要支持远程安装和管理。IP网络是数字的，而人的传感器官是模拟的，数字娱乐过程是通过模拟传感器再应用到数字数字网络，这些感知必须进行实时处理，因此必须需要有一流的模拟和数字技术的综合处理能力。技术提供者还需要有足够的基础设施资源，可实现互操作性和标准化设计，所以也就必须完全符合业界标准，并可能创建新的标准，同时兼顾建立、管理和延伸新的服务。DSP创新还体现在灵活的特殊应用，这就需要设计开发人员不仅仅了解器件本身，还要在一个更高水平上了解整体系统，这种系统级的思考对于今天的技术提供者至关重要。
通用DSP在创新的历程中始终起到一个先行者的角色。在我们提到的许多应用中，往往前期的平台是DSP，而进入成熟期之后就可能逐渐由廉价的专用芯片ASIC所占据，例如数据调制解调器和MP3播放器，ASIC毕竟是一种针对特定应用而定制的硬件平台。然而，这种压力也使DSP在灵活性和适用性方面有更大的提高，特别是近年来DSP也能进行大规模的制造，并可接近或达到消费类的价格水平。在不少新兴市场的应用中，DSP以其软件可编程的灵活性和产品可伸缩的优越性仍处于主流平台的地位，任何创新的思想都可以很容易地有DSP进行尝试并取得成果，在此基础之上DSP又为这些创新提供更多新颖的内容。例如在数字视频监控中DSP，首先承担数字视频的高级编解码如MPEG4和H.264,其后可以还有能力进行动态侦测和智能识别处理；在数字流媒体设备设计中，DSP可全面支持多制式的媒体格式如MPEG2、H.264、VC-1和AVS，并有能力通过软件升级方式适应新标准的完善；在生物特征识别类产品中，DSP可以充分利用有关面相识别、虹膜识别、指纹识别软件方针和优化的成果，很快地在嵌入式系统中实现同投入实用。总之，DSP的创新可以覆盖从前沿研究到总体实现，再到方案实施直至产品化以及未来的更新换代。
构建DSP成功创新模式
众所周知TI在DSP市场始终占据第一的位置，在2004年市场份额为50%，而2005年更是上升到60%，今年还呈上升的趋势。那么TI在DSP上成功的奥秘在于什么呢？这就要谈到成功的DSP开发和支持的模式，下面结合图三进行探讨。
图三，成功的DSP开发和支持体系
DSP成功创新的模式应该有四个重要部分有机结合到一起，首先是DSP核心的技术领先性。DSP架构的设计上就针对与高密集度的数字运算，所包含的众多并行的乘加结构正是数字滤波的核心单元，为保证进行许多A/D和D/A间的处理工作而不引起损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数字信号处理方法，就是要有最领先的技术核心。TI在DSP推出之处就采用最领先的半导体工艺，目前已投产90纳米线宽产品而技术已达到65纳米以下，硅片晶元直径已采用30厘米取代20厘米。TI的DSP在许多方面均处以业界领先，如最高主频已突破1GHz的C6416T和C6455；最高集成多核心包括C64+核心、ARM9、视频加速器和视频前端处理及丰富外围接口的达芬奇（Davinci）媒体处理器、挑战低功耗达到保持状态下0.12毫瓦功耗的C5506。越来越多的DSP已经接近或达到消费类价位水平，可以面对日趋激烈的市场竞争。
其次，由于DSP处理器做进行的各种类型的压缩、增强、转换和传输工作都属于智力密集型的工作，为充分利用其巨大的运算处理能力，需要又易于使用的开发方法。为此，TI持之以恒地推广的eXpressDSP开发理念已为广大的DSP研发工程师所接受。TI完善的集成开发环境Code Composer Studio（CCS）已升级为V3.2版，并且支持许多插件以增强调试功能。现在一套CCS调试软件可以支持TI的C5000,C6000,C2000,还有SOC平台如OMPA和Davinci。为满足特殊调试的需要TI可提供专门设计工具，例如针对C55x与NI公司共同开发有最新功率设计工具，有助于于客户开发出来更低功耗的DSP应用产品。
另外两个方面就是DSP的应用软件支持，还有DSP的支持体系和价值网络。DSP应用产品成功的关键是软件设计，特别是随着硬件平台集成度的成熟，硬件设计的工作量已经不足二成，而软件设计工作占百分之八十以上，而对于SOC所涉及的软件系统将更为复杂。对此TI通过和第三方合作伙伴合作以及自主开发相结合的方式提供全方位的支持，这些软件既包含应用层的数字视频、数字音频、影像和语音算法，也包含较为低层的通信和网络等程序和驱动，还有基础的实时操作系统Linux等。对于客户的开发，其实在很大程度上进行软件集成工作。即使客户没有很深的DSP软件开发功底，通过集成成熟的商用DSP算法软件也同样可以开发出高品质的产品。为此，TI多年以来所致力于构建的DSP开发支持体系可以发挥出重要的作用，这也已经成为为数字信息产业价值链中关键的环节。
继续挖掘DSP的源泉
作为数字信息产品的引擎DSP，需要特别关注就是核心DSP技术。现在全球成千上万的客户正在应用TI的C5000和C6000系列DSP在数以千计的应用，从最大型高密度的网关类产品到最小的网络音频播放器。与此相关的是众多的高性能模拟，输入和输出，可以为客户提供最具灵活性最适合的产品，然后采用最好的CMOS和模拟处理技术集成为SOC。立足视频创新的Davinci系列一经推出就得到业界积极响应，配合通信和多媒体软件将帮助加快产品的上市时间并确保最好的IP服务。目前围绕Davinci已推出数字监控DVR、DVS和IP网络相机，以及IP机顶盒、IP可视电话、数码相机，还会有更多创新的应用。如图四所示有利于创新的DSP集成模式将使更多的客户针对更多的特色应用顺利完成共同开发和优化设计，这样不妨DSP视为一个不竭源泉，而源源不断涌现的将是层出不穷的创新。
图四，有利于创新的DSP集成模式
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