高性价比DSP驰骋消费类电子器件市场

性价比几乎在所有产品中都举足轻重，其重要性在消费类电子产品中更是发挥到了极至。在这些产品中，设计工程师在实现关键性能要求的同时，还要尽力降低成本。对更高性能、更低价格的不断追求现在已开始束缚DSP制造商的手脚。当然，从总体来看，电子元件仍在继续提供更高的性价比，但有时在事实上存在着某种无形的心理界限。一旦某个元件突破了这种界限，马上会有众多应用对其趋之若骛，而其中某些应用是芯片厂商们从未料到的。对高性能 DSP 来说，其中一个界限是500 元人民币。事实上某些中等性能的 DSP 能够达到这个价格，但是电子业仍在致力于实现此界限的最高性能。对低于 500 元的浮点器件的需求已成气候，尤其是在远东地区极其关注的消费类电子产品市场上。在实现这个目标之后，已经不断增长的 DSP 市场会出现迅猛增长，因为这个价格的器件会对大量消费类产品变得更具有吸引力。
事实上，某些观察家认为，消费类电子产品市场已成为DSP 市场增长的主要推动力。根据  Forward Concepts  的统计资料，DSP 的最大年度增长出现在消费类电子产品市场中，其2003年前三季度交货量与 2002 年同比增长了 75.6％。
远东是全球从这种增长获益颇丰的一个地区。多年来，以消费类电子产品著称的亚洲已经确立了在最新电子器件开放与应用方面的领导地位。例如，在东京的街头和地铁随处可以见到带内置数码相机的手机，而在美国它们只不过刚刚流行。事实上，根据  WSTS(世界半导体贸易统计机构)的资料(见表1)，去年面向日本的 DSP 交货量增长了 24.3％，而到亚太地区(主要是韩国和中国)的交货量则上升了19.9％。另外，这两个区域占 2003 年前三季度总DSP交货量的62.3％。

自成一格的市场
推动DSP增长的主要消费类电子产品是手机。该市场已经变得如此巨大，以至于大部分市场观察家将其视为一个专门的市场。在这个方面亚洲再次扮演了主角。事实上，Forward Concepts  的资料研究指出，中国已经成为全球最大的数字无线消费类电子产品市场。同时，中国的设计与制造业也在与日俱增，尤其是随着西方公司在中国建立子公司以服务其巨大的本地市场。
除了手机之外，很多其他消费设备也将DSP用作关键的元件，比如：家庭音频/视频(A/V) 接收机、DVD刻录机与播放器、数码相机、随身听，以及家用音频流、图像及视频路由器。然而，这些朝消费类电子产品转移的潮流也给 DSP 制造商带来了一些挑战。根据过去的经验来看，他们对电信基础设施和行业市场的需求有很好的了解，不过消费类电子产品领域对 DSP 供应商来说是一个崭新的领域，因此带来了新一轮的市场动力及要求。
其中一个意料之外的趋势是向更高性能器件的变化。在过去几年中，集成 DSP 的消费类电子产品应用的数量有所增长，但是它们主要是一些帮助设计人员满足尺寸、功率预算和价格限制的低端芯片。但是，目前的趋势是向更高性能的器件发展。例如，德州仪器 (TI) 的  TMS320C6000  系列传统上主要针对基础设施厂商，而现在正引起消费类电子设备厂商的注意。
这种变化的原因之一是标准的不断推陈出新。为了保持竞争力，当今的 A/V 接收机必须能够兼容广泛的现有及新兴压缩算法，例如：针对多频道音轨的 5.1 环绕声、微软的  Windows Media Video Ver 9  (WMV9) 等等。因此，这些接收机需要具备强大的计算能力以及可编程器件的灵活性，这样它们就可以处理现有的众多压缩技术以及将要出现的压缩技术。
数码相机也同样出现了向更高处理功率的转移趋势，其中最明显的趋势是价格更低的多兆象素分辨率。不过，消费者也许没有注意到这些相机正采用新的压缩算法。而且，数码相机执行基本图像处理任务的能力也在不断增高，例如：颜色校正和曝光设置调整等。另外，数码相机正开始在短期内如摄像机那样出现成倍增长。这些任务同样需要强大的处理能力，因此高端 DSP 正变得更具吸引力，在 500 元的价位，它们不会对最终用户的价格产生显著的影响。
高性能数码相机的另一个潜在动力将来自于家庭，尤其是高清晰度电视价格开始下跌。在具备这种显示设备之后，自然可以推断消费者会希望其数码相机具有足够高的分辨率，以便充分利用这种显示功能的优势。这反过来意味着对压缩算法和其他图像处理任务的更高要求。

消费类电子设备需要基础设施
值得注意的是，当今的消费类电子产品分辨率的成功部分归功于广泛的电信基础设施。传统上讲，它是 DSP 的一个主要市场。这种基础设施不但支持语音和宽带，而且也被用于支持最新的消费类电子设备。带数码相机功能的手机显然依赖于电信基础设施，而家用路由器、DSL以及线缆调制解调器同样如此。MP3 播放器上的音乐文件可能来自于网络下载，而且，数码相机用户也会向电脑下载照片，这样他们就可以通过电子邮件将照片发送给朋友。那些与电信基础设施联系不多的消费类电子设备会越来越少。
这些干线系统的开发商也希望推动 DSP 技术。他们的主要注意力集中于获得最高的时钟频率，以便实现最高的比特率。TI 已宣布推出 1GHz 技术，并且计划在2004年上半年进行该速度的DSP采样。自 TI 推出其第一款单芯片DSP后20年间，处理器时钟速度已经增加了200倍以上。即使如此，电信业仍然迫切要求更高的速度。除了原始速度之外，此领域的工程师还需要高级的可编程性，以便适应声码器及代码转换器等方面不断变化的标准。除此之外，他们还需要芯片供应商尽可能提供更多可编程的MIPS。
基础设施和网络设备厂商需要这种高级性能以实现纯数字网络上实时、广播品质的视频点播。1GHz级的处理器将进一步实现视频代码转换(从一种视频格式转换成另一种格式)、视频速率转换(从高比特率转换成低比特率)、实时音频编码/解码、以及视频流及视频加密的多路复用与多路分解。在家用方面，1GHz性能可以促使在电视、电脑和PDA等各种娱乐设备上开发用于观看高清晰度电视的媒体中心等产品，而且采用无线形式，同时可以记录高清晰度内容。
对于更高的性能，基础设施厂商过去有时会求助于FPGA。然而，随着更强大DSP的出现，系统分配的问题变得有点模棱两可：哪些任务最好分配给DSP，哪些最好分配给FPGA？但两者有不同的用途——FPGA多用于对原始速度要求高的情况，而DSP多用于需要突出可编程性以实现产品的功能特色，以及延长产品的使用寿命。利用新一代器件在1GHz及更高速度提供的更高功率，工程师们将有望建立与部署更快的系统，例如：4G系统。

基础技术
所有这些增长的基础显然是那些能够使厂商实现更高速度的工艺技术。由于不断缩小的外形尺寸，这些速度现在已经成为可能。例如，TI现在正从已经开始实现量产的0.13微米迅速升级到铜工艺中的90纳米技术。这种进步是实现1GHz部件量产的关键动力。
DSP厂商已开始考虑从工艺到产品的整个过程。他们在尽力预测工艺在什么速率能够加速晶体管及互连，并在预测更高速度的意义。新的结构必须反映这些新的现实问题；它们必须与先进的工艺相辅相成，这样就能够发挥其优势并避免弱点。
例如，随着开始寻求 90 纳米工艺，发现C6000系列中的两个寄存器文件之间的连接会成为一个关键的速度通道。因此，必须进行结构修改，优化它们之间的存取，其已经在0.13微米版本中实现。这样，用户就可以着手新的代码，而厂商也可以制作自己的开发工具，以便当该功能在90纳米部件中实现后，充分利用其优势。
另一个有助于降低 DSP 成本的技术趋势是SoC。随着不断完善其 SoC 工艺，它们能够在同一芯片上集成更多数量的器件，不但包含DSP，而且还包含更高内存以及模拟和数字领域中重要的外设，甚至射频元件。因此，它们可以帮助产品开发人员降低其系统结构的尺寸，并有助于降低功耗。

为开发人员所用
随着DSP集成更多功能，相应改善开发工具变得更为重要。工程师正越来越多地采用高级语言编写其应用，为此，他们需要高度优化的编译器。这些编译器可以实现所有有助于缩小代码长度并加快其速度的技术。当然，可以手动达到相同的效率，但是达到这种水平需要耗费编程人员数月的时间，而当今一流的开发工具却能在几分钟内完成。
系统复杂性在不断提高，这反过来意味着程序长度也在快速增加。当可编程DSP在二十世纪八十年代首次出现时，一个大型程序可能包含5000行汇编代码。在二十世纪九十年代末，编写50000行代码的程序已经变得不是特别困难。在当时， 500000 行的程序并不罕见。不过，程序员在100000行代码水平遇到了很大困难，这种水平的代码使其不能够再采用传统的技术。提高程序员效率的唯一最有效方法是利用可重复使用的软件模块。TI 等公司已开发了使编程人员能够跟上硬件开发进度的软件组件。
因此，出现了一个预编写、预验证的代码模块的大型第三方市场。这种向可重复使用的软件发展的趋势为远东地区的开发人员带来了机遇。过去，消费类电子产品制造商需要采购预编程的芯片组，并通过生产、封装以及市场开发来创造价值，这些公司不能建立软件的产品细分。相比而言，当今他们面对的挑战是利用可重复使用的软件组件来创造市场细分的特性，所有这些都不需要建立工程设计机构来重新编写整个软件。
更高的芯片集成度与复杂的程序还意味着工程师失去了对 DSP 中操作的了解。因此，系统集成调试和优化所需要的时间有所增加，这会放慢产品的上市时间。开发工具必须帮助设计工程师能最佳地利用器件中的所有资源。一项关键的帮助是性能分析，这种分析会说明程序在何处消耗了时间以及它如何使用内存。尽管性能分析工具并非新的东西，最新一代工具已经取得了重大进步，超越了简单确定问题区域；它们现在通过建议代码修改以实现特定目标。因此，一般程序员无需离开实验室就可以从 DSP 领先者的专业技术获益。程序员不能仅仅停留在从速度优化获益的区域，还应该找到更有效利用内存并去掉外部芯片的方法，从而降低系统成本、尺寸以及功耗。
这三个因素在消费类器件中至关重要，它们有望推动 DSP越来越多的应用。 Forward Concepts 预测，可编程 DSP 的全球交货量到2007年将从2003年的58.26亿美元增加到130.07亿美元。■