25年DSP前行的两个车轮:推和拉

上网时间: 2007年06月21日? 作者:潘九堂? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:德州仪器? DSP? 数字信号处理器?

“假如你今天有一个DSP,它给你无穷的性能,价格和功耗方面都不是问题,你甚至可以靠你自己的体温操作这个DSP,你能够创造出什么样的新应用?”在2007年德州仪器开发商大会(TIDC)主题演讲《为创新者提供DSP系统技术》的结尾处,TI副总裁林坤山给台下的观众留下了这样的一个问题。

事实上,这个问题的两个部分——技术进步和应用创新,既是过去25年DSP发展的主线,也仍将是未来25年DSP发展的两大驱动力——对于TI这样的DSP厂商来说,就是不断研发出更接近“理想DSP”的产品,推动(Push)应用和市场;而对于系统厂商来说,就是创造出新应用,对DSP提出新要求,拉动(Pull) DSP技术发展。

25年DSP前行的两个车轮:推和拉_两位TI DSP专家的主题演讲分别涉及技术和应用创新_1
两位TI DSP专家的主题演讲分别涉及技术和应用创新

由于技术进步开始面临物理极限,相比前25年技术进步产生的推动力非常强大,未来25年来应用创新的拉动力显得更加重要。对于DSP厂商来说,意味着由产品和技术导向,变成系统和应用导向,继续“推”的同时,更加关注“拉”。

摩尔定律遭遇极限,DSP向多核和SoC发展

1982年,TI发布了第一颗商用DSP 芯片TMS320C10,它采用当时最先进的3微米工艺,集成了55K晶体管,速度为5MIPS,当时DSP在军事和电信领域的应用刚刚开始。25年后的今天, DSP已经广泛应用于数字无线、宽带接入、数字音频、高分辨率影像以及数字马达控制等领域,全球DSP市场超过了100亿美元,并仍保持两位数的高速增长。作为目前最先进DSP芯片的代表,TI在2007年初推出的多核DSP TMS320TNETV3020和TMS320TCI6?88,分别集成了6个500MHz DSP内核和3个1GHz DSP内核,性能达到了3GHz。

林坤山表示,短短25年内,DSP能够快速地发展,主要有两个原因,一是DSP系统技术创新,二是客户应用创新。TI 首席战略科学家方进(Gene A. Frantz)向《国际电子商情》记者进一步解释说,DSP发展有两种角度,一是技术推动应用和市场,当性能足够好,成本和功耗也足够好,新市场就会出现,例如随着每一代DSP成本降至10美元,语音处理、数字通信、数码相机、PMP、手机和视频电话等应用相继出现;二是市场拉动技术,需求将技术拉入市场。他强调说:“过去25年来,我们发现,我们客户的创新想象力,远比我们丰富,很多东西都是我们没有预见的。客户的应用创新,反过来拉动DSP性能提高。”

25年DSP前行的两个车轮:推和拉_DSP系统技术进步和应用创新是DSP发展的两个车轮_2
DSP系统技术进步和应用创新是DSP发展的两个车轮

和其它半导体产品一样,DSP性能提升的一大来源是工艺进步,根据摩尔定律,工艺进步可以集成更多的晶体管,从而提升性能和降低成本。同时,方进发现,工艺进步的好处是可以不断降低DSP核电压,而功耗和核电压的平方成正比,因此功耗随之降低,为此方进提出了DSP领域的进定律(Gene’s Law),即每过18个月,DSP功耗会减半。除了工艺进步外,另一个来源就是架构创新,TI早期的DSP核 C1x/2x/5x性能为1MAC/cycle,而最新的C6?x+已经达到了8MAC/cycle。

不过,由于散热问题,通过提升时钟速度来提升性能已经到了极限。为此,TI将多核和SoC架构视为未来提升DSP性能和降低成本的手段。Frantz表示:“我们必须区分时钟速度和性能,事实上,20世纪90年代初的时候,我们就发现摩尔定律遇到了极限,时钟速度决定性能的关系已经动摇了。所以我们通过架构创新来弥补,如多核和SoC。正如我们所看到的,时钟速度并没有随着工艺节点而提升,提升性能的正确方法可能是,利用工艺实现更高集成度,而不是提升时钟速度。TI达芬奇平台就是一个典型例子,它集成了通用处理器、DSP、一些加速器和外设,由此提升性能和降低成本。”另外的例子就是TI在2007年初面向通信基础设施市场推出的多核DSP TMS320TNETV3020和TMS320TCI6?88。

应用为王,DSP厂商业务模式发生变革

而DSP从通用DSP处理器向多核和SoC发展,表明产业发展进入了一个新阶段,那就是应用创新变得比以往更加重要,DSP厂商比以往更加关注应用。也就是说,随着物理极限来临,通用DSP芯片的性能提升有限,DSP性能的提升依赖于其所在的多核DSP和SoC——而它们都是面向应用的。

Frantz 对《国际电子商情》记者表示,未来25年,我们最大的挑战不是技术问题,而是如何和系统厂商建立一种恰当关系,能够理解他们的需求,研发出他们需要的器件。正如我前面所说的,技术发展有两种情况,一种是技术推动市场(Push),另一种是市场拉动技术(Pull)。只要我们建立了这种关系,了解到来自市场的拉动力,就知道了我们技术和研发上所要推动的。

25年DSP前行的两个车轮:推和拉_DSP性能的提升来自于工艺进步和架构创新_3
DSP性能的提升来自于工艺进步和架构创新

Frantz解释说,20世纪60年代,学术界开始研究DSP理论和实践;20世纪80年代,DSP作为一种单独的芯片而出现;现在DSP进入一个赋能(enable)时期,DSP进入SoC中,只是数字信号处理系统的一部分。Frantz强调说:“因此,DSP厂商不仅需要提供DSP芯片,还要理解系统。这也是TI和其它DSP厂商的区别,正是因为没有很好理解DSP系统,不少厂商退出了。”

因此,未来TI除了继续在DSP核、通用处理器核、硬件加速器、业界流行外设和低功耗技术上创新外,将更关注应用。林坤山强调:“最重要的是针对各个不同有潜力的应用,我们会提供多核DSP,或者提供很有价格竞争力DSP SoC,这是TI的承诺”。

Frantz介绍说,第一波DSP应用创新发生在电信领域,目前这个市场仍在稳定增长;第二波为多媒体娱乐产品,目前方兴未艾;而第三波应用创新则可能存在于汽车自动驾驶(汽车视觉/辅助驾驶/无人驾驶)、人性化医疗保健(人工视觉/人造假肢/便携医疗/智能药片)、数字化安全(智能可编程摄像机/视频分析)和绿色环保(数字马达控制/高级传感/数字电源)等领域。他表示,虽然我不能够确定哪些是第三波应用,但由于它们大多和个人有关,因此市场非常巨大。

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  • DSP是什么?
  • 数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来,随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息,来处理现实信号的方法,这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里,数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。

  • 什么是数字信号处理器
  • DSP芯片,也称数字信号处理器,是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器具,其主机应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。

  • 关于德州仪器
  • 德州仪器(Texas Instruments),简称TI,是全球领先的半导体公司,为现实世界的信号处理提供创新的数字信号处理(DSP)及模拟器件技术。除半导体业务外,还提供包括教育产品和数字光源处理解决方案(DLP)。德州仪器总部位于美国得克萨斯州的达拉斯,并在25多个国家设有制造、设计或销售机构。
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