“假如你今天有一個(gè)DSP，它給你無(wú)窮的性能，價(jià)格和功耗方面都不是問題，你甚至可以靠你自己的體溫操作這個(gè)DSP，你能夠創(chuàng)造出什么樣的新應(yīng)用？”在2007年德州儀器開發(fā)商大會(huì)(TIDC)主題演講《為創(chuàng)新者提供DSP系統(tǒng)技術(shù)》的結(jié)尾處，TI副總裁林坤山給臺(tái)下的觀眾留下了這樣的一個(gè)問題。
1982年，TI發(fā)布了第一顆商用DSP芯片——TMS320C10，它采用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的3微米工藝，集成了55K晶體管，速度為5MIPS，當(dāng)時(shí)DSP在軍事和電信領(lǐng)域的應(yīng)用剛剛開始。25年后的今天， DSP已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)字無(wú)線、寬帶接入、數(shù)字音頻、高分辨率影像以及數(shù)字馬達(dá)控制等領(lǐng)域，全球DSP市場(chǎng)超過了100億美元，并仍保持兩位數(shù)的高速增長(zhǎng)。作為目前最先進(jìn)DSP芯片的代表，TI在2007年初推出的用于無(wú)線基站的多核DSP——TMS320TNETV3020和TMS320TCI6488，分別集成了6個(gè)500MHz DSP內(nèi)核和3個(gè)1GHz DSP內(nèi)核，性能達(dá)到了3GHz。
技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)需求是過去25年DSP市場(chǎng)發(fā)展的車輪。Hffesmc
林坤山表示，短短25年內(nèi)，DSP能夠快速地發(fā)展，主要有兩個(gè)原因：一是DSP系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新，二是客戶應(yīng)用創(chuàng)新。TI 首席戰(zhàn)略科學(xué)家方進(jìn)(Gene A. Frantz)進(jìn)一步解釋說，一是技術(shù)推動(dòng)(Push)應(yīng)用和市場(chǎng)，當(dāng)性能足夠好，成本和功耗也足夠好，新市場(chǎng)就會(huì)出現(xiàn)，例如隨著每一代DSP成本降至10美元，語(yǔ)音處理、數(shù)字通信、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、PMP和視頻電話等大量應(yīng)用相繼出現(xiàn)；二是市場(chǎng)拉動(dòng)技術(shù)，需求將技術(shù)拉入(Pull)市場(chǎng)。他強(qiáng)調(diào)說：“過去25年來(lái)，我們發(fā)現(xiàn)，我們客戶的創(chuàng)新想象力，遠(yuǎn)比我們豐富，很多應(yīng)用都是我們沒有預(yù)見的?？蛻舻膽?yīng)用創(chuàng)新，反過來(lái)拉動(dòng)DSP性能提高?！?
DSP向多核和SoC發(fā)展
和其它半導(dǎo)體產(chǎn)品一樣，DSP性能提升的一大來(lái)源是工藝進(jìn)步，根據(jù)摩爾定律，工藝進(jìn)步可以集成更多的晶體管，從而提升性能和降低成本。同時(shí)，方進(jìn)發(fā)現(xiàn)，工藝進(jìn)步的好處是可以不斷降低DSP核電壓，而功耗和核電壓的平方成正比，因此功耗隨之降低，為此方進(jìn)提出了DSP領(lǐng)域的方氏定律(Gene's Law)，即每過18個(gè)月，DSP功耗會(huì)減半。除了工藝進(jìn)步外，另一個(gè)來(lái)源就是架構(gòu)創(chuàng)新，TI早期的DSP核C1x/2x/5x性能為1MAC/cycle，而最新的C64x+已經(jīng)達(dá)到了8MAC/cycle。
不過，由于散熱和成本問題，通過提升時(shí)鐘速度來(lái)提升性能已經(jīng)到了極限。為此，TI將多核和SoC架構(gòu)視為未來(lái)提升DSP性能和降低成本的手段。方進(jìn)表示：“我們必須區(qū)分時(shí)鐘速度和性能，兩者是相關(guān)但又不完全一致的。事實(shí)上，20世紀(jì)90年代初，我們就發(fā)現(xiàn)摩爾定律遇到了極限，時(shí)鐘速度決定性能的關(guān)系已經(jīng)動(dòng)搖了。所以我們通過架構(gòu)創(chuàng)新來(lái)彌補(bǔ)，如多核和SoC。正如我們所看到的，時(shí)鐘速度并沒有隨著工藝節(jié)點(diǎn)而提升，提升性能的正確方法可能是利用工藝實(shí)現(xiàn)更高集成度，而不是提升時(shí)鐘速度?！?
TI達(dá)芬奇平臺(tái)就是DSP SoC一個(gè)典型例子，它集成了ARM、DSP、一些加速器和外設(shè)，由此提升性能和降低成本。另外就是TI自20世紀(jì)90年代中期就開始推入市場(chǎng)的多核DSP。方進(jìn)表示：“多核DSP對(duì)TI來(lái)講并不是新東西，因?yàn)槲覀兊尿?qū)動(dòng)力是性能，不是時(shí)鐘速度，當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)DSP芯片時(shí)是從宏觀角度上看需要達(dá)到什么性能，然后決定是采用多核、單核或者其它方案?！辈贿^，方進(jìn)也坦承，目前多核還存在系統(tǒng)架構(gòu)和任務(wù)劃分等技術(shù)挑戰(zhàn)，是業(yè)界“沒有辦法的辦法”。
DSP進(jìn)入到多核和SoC中，表明DSP產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段——DSP從單獨(dú)的DSP處理器轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)處理系統(tǒng)賦能(enable)，DSP只是信號(hào)處理系統(tǒng)的一部分。在這個(gè)新的階段，除了工藝和技術(shù)進(jìn)步繼續(xù)提升DSP性能外，軟件和應(yīng)用創(chuàng)新變得比以往更加重要。也就是說，相比前25年技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生的推動(dòng)力非常強(qiáng)大，未來(lái)25年來(lái)應(yīng)用創(chuàng)新的拉動(dòng)力顯得更加重要。對(duì)于DSP廠商來(lái)說，意味著由產(chǎn)品和技術(shù)導(dǎo)向，變成系統(tǒng)和應(yīng)用導(dǎo)向，繼續(xù)“推”的同時(shí)，更加關(guān)注“拉”。
方進(jìn)表示，信號(hào)處理已經(jīng)不再單單是一個(gè)處理器了，信號(hào)處理還需要其它硬件和軟件，處理器只是其中的一部分。市場(chǎng)需要的不是單純的DSP處理器，而是解決方案，因此出現(xiàn)了所謂的SoC。DSP成為一個(gè)賦能的東西，一個(gè)輔助客戶進(jìn)行開發(fā)的平臺(tái)。方進(jìn)強(qiáng)調(diào)說：“因此，DSP廠商不僅需要提供DSP芯片，還要理解系統(tǒng)。這也是TI和其它DSP廠商的區(qū)別，正是因?yàn)闆]有很好理解DSP系統(tǒng)，不少?gòu)S商退出了。”
軟件和應(yīng)用創(chuàng)新更加重要
因此，F(xiàn)rantz 表示，未來(lái)25年，TI最大的挑戰(zhàn)不是技術(shù)問題，而是如何和系統(tǒng)廠商建立一種恰當(dāng)關(guān)系，能夠理解他們的需求，研發(fā)出他們需要的器件。“正如我前面所說的，技術(shù)發(fā)展有兩種情況，一種是技術(shù)推動(dòng)市場(chǎng)(Push)，另一種是市場(chǎng)拉動(dòng)技術(shù)(Pull)。只要我們建立了這種關(guān)系，了解到來(lái)自市場(chǎng)的拉動(dòng)力，就知道了我們技術(shù)和研發(fā)上所要推動(dòng)的?！?
價(jià)格下降使DSP從高端軍用領(lǐng)域進(jìn)入日常消費(fèi)產(chǎn)品中。Hffesmc
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方進(jìn)介紹說，第一波DSP應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)生在電信領(lǐng)域，目前這個(gè)市場(chǎng)仍在穩(wěn)定增長(zhǎng)；第二波為多媒體娛樂產(chǎn)品，目前方興未艾；而第三波應(yīng)用創(chuàng)新則可能存在于汽車自動(dòng)駕駛(汽車視覺/輔助駕駛/無(wú)人駕駛)、人性化醫(yī)療保健(人工視覺/人造假肢/便攜醫(yī)療/智能藥片)、數(shù)字化安全（智能可編程攝像機(jī)/視頻分析）和綠色環(huán)保(數(shù)字馬達(dá)控制/高級(jí)傳感/數(shù)字電源)等領(lǐng)域。他表示，雖然我不能夠確定哪些是第三波應(yīng)用，但由于它們大多和個(gè)人有關(guān)，因此市場(chǎng)非常巨大。
林坤山補(bǔ)充說，目前很多人都在討論半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是否已經(jīng)成熟，其實(shí)問題關(guān)鍵是能否找到新的海量應(yīng)用，20世紀(jì)80~90年代，PC推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，最近10年是手機(jī)推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，雖然它們的出貨量還在穩(wěn)定增長(zhǎng)，但是單價(jià)壓力非常大，拉低了收入增長(zhǎng)率，因此大家都在尋找可以帶動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)往上沖的新海量應(yīng)用。林坤山強(qiáng)調(diào)說：“對(duì)于我們來(lái)說，針對(duì)各個(gè)不同有潛力的應(yīng)用，我們會(huì)提供高性能多核DSP，或者提供很有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力DSP SoC，這是TI的承諾”。
而應(yīng)用創(chuàng)新，除了需要性能不斷提升的硬件外，更重要的是軟件。方進(jìn)表示：“DSP發(fā)展過程中，我們發(fā)現(xiàn)客戶都比我們聰明，他們的很多應(yīng)用都超出我們的想象?？蛻舻膽?yīng)用創(chuàng)新主要在軟件上，例如智能視頻監(jiān)控中的視頻分析。因此我相信信號(hào)處理的創(chuàng)新方面，軟件還是多于硬件?！避浖?chuàng)新，不僅來(lái)自于客戶，也來(lái)自于TI自己。為了配合客戶更上層的創(chuàng)新，TI將提供更豐富的底層軟件庫(kù)和開發(fā)工具包。
林坤山則澄清說，SoC這種商業(yè)模式，并不意味著半導(dǎo)體公司包辦一切，系統(tǒng)廠商仍有足夠的空間去發(fā)揮。他解釋說：“SoC并不等于提供整套解決方案，取決于具體終端。所謂整套解決方案，是指包括SoC、OS、BIOS、壓縮軟件,甚至很高層的人機(jī)界面等全部提供給客戶，比如目前的手機(jī)方案。但有些產(chǎn)品，我們可能會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)SoC，提供基本的OS、軟件和開發(fā)工具，讓客戶有足夠的空間去發(fā)揮，例如我們的開放多媒體平臺(tái)OMAP。另外，我們也和很多第三方伙伴一起合作，幫客戶把最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來(lái)?！?
方進(jìn)認(rèn)為，無(wú)論是從“推”還是從“拉”的角度上來(lái)看，未來(lái)25年中國(guó)DSP應(yīng)用和市場(chǎng)都非常精彩。“正如我所說，技術(shù)的發(fā)展依賴于推和拉。中國(guó)擁有10多億人口，他們需要新的產(chǎn)品，將形成巨大的拉動(dòng)力；另外中國(guó)有很多優(yōu)秀大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)，推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。接下來(lái)會(huì)發(fā)生什么？我只需要見證，不需要預(yù)測(cè)?！?
責(zé)編：Quentin
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