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数字信号处理器的市场竞争及技术发展趋势

嵌入式公社?? 2010年07月27日 ?? 收藏0

  1980年,TI公司推出了第一个数字信号处理器(DSP),从此开创了DSP的历史。经过二十余年的发展,DSP应用领域日渐宽广,从军事雷达系统到消费类电器,可以说无处不在。近年来,DSP更是普遍应用在一些热门产品中,如通信电子类(Communication Electronics): 蜂窝电话(Cellular Phone), ADSL调制解调器(Modem), 线缆调制解调器(Cable Modem),蓝牙技术(Bluetooth)产品,数字电话应答机(Digital Telephone Answering Devices), 全球定位系统(Global Positioning Systems,GPS), 卫星电话(Satellite Phone), 电话会议(Conference Speakerphone),电视电话会议编译码器(Video Conferencing Codecs), IP电话(Voice Over IP),IP传真(FAX Over IP), ATM电话( VoiceOver ATM),智能天线(Smart Antennas), PCS用户端(Subscriber Sets);计算机类(Computer Electronics): 计算机电话卡(Computer Telephone Board,CTI), 硬盘驱动器(Hard Disk Drivers), HDD PRML 读取通道(Read Channels), PCI声卡芯片( Audio/Sound Chips), 声卡(Sound Boards); 消费电子类(Consumer Electronics): 数字多用光盘(Digital Versatile Disks,DVD), 数字电视/高清晰电视(Digital TV/HDTV),数字助听器(Digital Hearing Aids), 数字相机芯片(Digital Camera Chips), MPEG 编码器芯片(Encoder Chips), MPEG译码器芯片(Decoder Chips), MP3播放机芯片(Player Chips),机顶盒(Set Top Boxes); 仪器电子类(Instrumentation Electronics):马达控制芯片(Motor Control Chips);军事电子类(Military Electronics):雷达系统(Radar System), 声纳系统(Sonar Systems);办公自动化设备(Office Automation Electronics), 以及数字无线电广播(DigitalRadio Broadcasting,DAB)等。其中通信领域的应用大约占了60%的数字信号处理器市场份额。

  通用处理器(GPP)可以对文字进行处理,管理数据库和对科学工程进行数学运算,而数字信号处理器(DSP)则主要针对代表信号的数字进行数学运算,得到处理结果。很多工程都可以用数学方式来表达,而不同的工程有不同的数学表达式。

  比如,医药、医疗、电信、雷达、声纳、助听器、声音、图像、工业控制等都有不一样的数学表达式,因此数字信号处理器的种类很多。另外,数字信号处理器处理的信号大部分是无头无尾的连续量,而且是实时的(On-Line),故其取样、运算过程应尽可能短,以不影响信号的连续性。这也是DSP处理速度要求很高的原因所在。这一点和中央处理器处理的静止信号(Off-Line)不同。举个例子说,对复数FIR滤波器进行计算,工作在300MHz的SC140为2微秒,而1000MHz的Pentium III却要6微秒。可见,DSP在数字化世界中扮演的绝不是配角。

  市场竞争进入战国时代

  说到DSP的市场,很容易使人想到CPU的市场。CPU的市场长久以来一直是英特尔(Intel)独执牛耳,后来才有AMD公司崛起与之争霸天下。而DSP市场则大相迥异,可谓列强割踞,群雄混战。据不完全统计,有80多个IC公司开发数字信号处理器,超过1000家公司生产和数字信号处理器有关的产品。其中翘楚当属德州仪器公司(Texas Instrument)、 朗讯公司(Lucent Technologies)、模拟器件公司(Analog Devices)、摩托罗拉公司( Motorola)和大规模集成逻辑公司(LSILogic)。德州仪器公司最早进入数字信号处理领域,先入为主,到2000年,占有45%的市场份额,朗讯公司占有28%,摩托罗拉公司占有12%,模拟器件公司占有12%,而其它公司只占有3%的市场份额,可见竞争之激烈。

  TI 公司自1982年推出第一块商用DSP TMS32010以来,DSP逐渐从单片机市场中瓜分得一块地盘。据统计,目前大约有38%的单板机用户已改用DSP,49%用户正在考虑改用DSP。DSP市场的蛋糕正在越做越大。

  据Forward Concepts的预测,DSP的市场每年增长大约为30~40%。2001年将达到130亿美元。现金,世界上的DSP有三百多种,其中定点DSP有两百多种。前面说到,生产DSP的公司有80多家,但实力雄厚的也就四五家,即德州仪器公司、 朗讯公司、模拟器件公司、摩托罗拉公司和大规模集成逻辑公司。德州仪器公司作为DSP生产商的代表,生产的品种也多,定点和浮点DSP大约都占60%,模拟器件公司的定点和浮点DSP大约分别占16%和13%,摩托罗拉公司的定点和浮点DSP大约分别占7%和14%,而朗讯公司则主要生产定点DSP,约占5%。根据1998年统计,占市场主导地位的产品是模拟器件公司的ADSP-21XX(16位定点),ADSP-21XXX(32位定点和浮点),朗讯公司的DSP16XXX(16位定点),DSP32XX(32位浮点),摩托罗拉公司的DSP561XX(16位定点),DSP560XX(24位定点),DSP96002(32浮点)和德州仪器公司的TMS320CXX(16位定点),TMS320CXX(32位浮点)等。

  目前,我国DSP产品主要来自海外。TI公司的第一代产品TMS32010在1983年最早进入中国市场。以后TI公司通过提供DSP培训课程,不断扩大市场份額,目前大约占有中国DSP市场的44%。其余为朗讯公司、模拟器件公司、摩托罗拉公司、ZSP公司和NEC等公司所占有。

  市场的竞争,实际上是技术的竞争和服务的竞争。TI公司为了保住已占有的市场份額,收购了擅长于模拟技术的Burr-Brown公司,不断开发新产品新技术,如TMS320C55x。由于它的低功耗高性能,TMS320C55x被评为 2000年最重要的技术革新之一,作为2000年发布的最佳DSP,荣获 Micro Design Resources(MDR) 的"分析家选择奖。这是2001年1月底在美国圣何塞(San Jose) 举行的分析家选择奖和微处理器报告技术奖的颁奖仪式上宣布的。在同一会议上,TI公司的另一个高性能TMS320C64x DSP被提名为最佳DSP。TI公司是唯一一个获得两个新型DSP结构最佳提名的公司。2001年2月,TI公司又宣布面向3G无线通信、宽带接入和影像应 用领域进军。其目前速度最快的DSP--TMS320C64x 已正式登台亮相。

  TI公司的三款最新器件TMS320C6414、TMS320C6415和TMS320C6416,其性能大为提高,速度是现今最快DSP的10倍,工作频率高达600MHz,计算速度接近每秒50亿次指令,而功耗仅为现有器件的三分之一。它们可通过一条单独接入家庭的宽带线路传输大量的个性化数据、视频和语音,并可通过3G无线基站向无线手机发送多媒体信息。为了巩固其市场地位,TI公司为2000家客户提供技术支持,采用它的数字信号处理技术和Express DSP实时软件技术的组件DSP/BIOS,可方便地完成从因特网音频播放器到通信基础设施系统的应用设计。这种设计主要面向需要实时调度和同步、主机与目标间的通信应用,或与芯片支持库相协调的、用于简化外设配置与初始化开发程序的在线检测应用。这种实时执行能够缩短开发时间50%以上,从而大大降低了开发成本。

  面对TI公司的迅速发展,Motorola和Lucent急起直追。1999年4月,两家联合开发了高性能低功耗的DSP内核SC140。Motorola公司用SC140开发出多用途的数字信号处理器MSC8101。它主要应用在需要高性能、超大容量片内存储器的网络设备上,如第三代宽带无线设备、IP电话系统、多通道调制解调器、多通道xDSL等,以保住他们在通信领域中DSP的市场份额。互联网无疑是数字信号处理器的处女地。Motorola和Lucent公司此举目的明确,可谓来者不善。

  CPU的霸主——Intel公司也开始涉足数字信号处理器领域,与ADI公司合作,共同开发用于无线手持设备和其它设备的DSP产品。并在2000年12月5日发布了一种新内核结构,具有DSP和微处理器的特点,可根据不同应用改变功耗,延长电池寿命10倍。针对这一产品,TI公司推出了售价仅为3美元的通用型DSP芯片TMS320C5401。该芯片的速度达到了每秒5000万条指令。它与TI公司其它DSP产品兼容,带有8-Kbit芯片存储,有广泛的外设配置,耗电约为40-Mw。分析家认为,TI公司这一新品无疑是对Intel、ADI公司的当头一击。

  2001年初,IBM公司签约采用LSI Logic公司的DSP技术。这是LSI Logic公司签订的第四个也是迄今为止最重要的一个许可协议。这使人联想起多年前IBM公司进军个人计算机(PC)的战略决策公布后,极其强烈地刺激了PC业的发展。IBM公司此举无疑向DSP世界发出了一个警讯:蓝色巨人IBM来了!许可内容包括LSI Logic ZSP400 DSP核心,软件开发和验证工具。LSI Logic公司致力于半导体芯片及设计库的开发,其产品广泛应用于无线、通信、机顶盒等领域中。获得LSI Logic DSP 技术许可的公司目前有通信芯片制造商Broadcom公司、 Virata公司以及Brecis Communications公司。LSI Logic公司的最大客户是Sun Microsystems Inc,后者也是Sony PlayStation II视频游戏机的芯片制造商。LSI Logic公司一直寻求建立一种DSP芯片通用语言,从而使工程师可方便地采用不同供应商的DSP芯片进行设计。此通用语言对DSP,如同微软的软件之于PC,其意义不言而喻。


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