高性價比DSP馳騁消費類電子器件市場

性價比幾乎在所有產品中都舉足輕重，其重要性在消費類電子產品中更是發(fā)揮到了極至。在這些產品中，設計工程師在實現關鍵性能要求的同時，還要盡力降低成本。對更高性能、更低價格的不斷追求現在已開始束縛DSP制造商的手腳。當然，從總體來看，電子元件仍在繼續(xù)提供更高的性價比，但有時在事實上存在著某種無形的心理界限。一旦某個元件突破了這種界限，馬上會有眾多應用對其趨之若騖，而其中某些應用是芯片廠商們從未料到的。對高性能 DSP 來說，其中一個界限是500 元人民幣。事實上某些中等性能的 DSP 能夠達到這個價格，但是電子業(yè)仍在致力于實現此界限的最高性能。對低于 500 元的浮點器件的需求已成氣候，尤其是在遠東地區(qū)極其關注的消費類電子產品市場上。在實現這個目標之后，已經不斷增長的 DSP 市場會出現迅猛增長，因為這個價格的器件會對大量消費類產品變得更具有吸引力。
事實上，某些觀察家認為，消費類電子產品市場已成為DSP 市場增長的主要推動力。根據  Forward Concepts  的統(tǒng)計資料，DSP 的最大年度增長出現在消費類電子產品市場中，其2003年前三季度交貨量與 2002 年同比增長了 75.6％。
遠東是全球從這種增長獲益頗豐的一個地區(qū)。多年來，以消費類電子產品著稱的亞洲已經確立了在最新電子器件開放與應用方面的領導地位。例如，在東京的街頭和地鐵隨處可以見到帶內置數碼相機的手機，而在美國它們只不過剛剛流行。事實上，根據  WSTS(世界半導體貿易統(tǒng)計機構)的資料(見表1)，去年面向日本的 DSP 交貨量增長了 24.3％，而到亞太地區(qū)(主要是韓國和中國)的交貨量則上升了19.9％。另外，這兩個區(qū)域占 2003 年前三季度總DSP交貨量的62.3％。

自成一格的市場
推動DSP增長的主要消費類電子產品是手機。該市場已經變得如此巨大，以至于大部分市場觀察家將其視為一個專門的市場。在這個方面亞洲再次扮演了主角。事實上，Forward Concepts  的資料研究指出，中國已經成為全球最大的數字無線消費類電子產品市場。同時，中國的設計與制造業(yè)也在與日俱增，尤其是隨著西方公司在中國建立子公司以服務其巨大的本地市場。
除了手機之外，很多其他消費設備也將DSP用作關鍵的元件，比如：家庭音頻/視頻(A/V) 接收機、DVD刻錄機與播放器、數碼相機、隨身聽，以及家用音頻流、圖像及視頻路由器。然而，這些朝消費類電子產品轉移的潮流也給 DSP 制造商帶來了一些挑戰(zhàn)。根據過去的經驗來看，他們對電信基礎設施和行業(yè)市場的需求有很好的了解，不過消費類電子產品領域對 DSP 供應商來說是一個嶄新的領域，因此帶來了新一輪的市場動力及要求。
其中一個意料之外的趨勢是向更高性能器件的變化。在過去幾年中，集成 DSP 的消費類電子產品應用的數量有所增長，但是它們主要是一些幫助設計人員滿足尺寸、功率預算和價格限制的低端芯片。但是，目前的趨勢是向更高性能的器件發(fā)展。例如，德州儀器 (TI) 的  TMS320C6000  系列傳統(tǒng)上主要針對基礎設施廠商，而現在正引起消費類電子設備廠商的注意。
這種變化的原因之一是標準的不斷推陳出新。為了保持競爭力，當今的 A/V 接收機必須能夠兼容廣泛的現有及新興壓縮算法，例如：針對多頻道音軌的 5.1 環(huán)繞聲、微軟的  Windows Media Video Ver 9  (WMV9) 等等。因此，這些接收機需要具備強大的計算能力以及可編程器件的靈活性，這樣它們就可以處理現有的眾多壓縮技術以及將要出現的壓縮技術。
數碼相機也同樣出現了向更高處理功率的轉移趨勢，其中最明顯的趨勢是價格更低的多兆象素分辨率。不過，消費者也許沒有注意到這些相機正采用新的壓縮算法。而且，數碼相機執(zhí)行基本圖像處理任務的能力也在不斷增高，例如：顏色校正和曝光設置調整等。另外，數碼相機正開始在短期內如攝像機那樣出現成倍增長。這些任務同樣需要強大的處理能力，因此高端 DSP 正變得更具吸引力，在 500 元的價位，它們不會對最終用戶的價格產生顯著的影響。
高性能數碼相機的另一個潛在動力將來自于家庭，尤其是高清晰度電視價格開始下跌。在具備這種顯示設備之后，自然可以推斷消費者會希望其數碼相機具有足夠高的分辨率，以便充分利用這種顯示功能的優(yōu)勢。這反過來意味著對壓縮算法和其他圖像處理任務的更高要求。

消費類電子設備需要基礎設施
值得注意的是，當今的消費類電子產品分辨率的成功部分歸功于廣泛的電信基礎設施。傳統(tǒng)上講，它是 DSP 的一個主要市場。這種基礎設施不但支持語音和寬帶，而且也被用于支持最新的消費類電子設備。帶數碼相機功能的手機顯然依賴于電信基礎設施，而家用路由器、DSL以及線纜調制解調器同樣如此。MP3 播放器上的音樂文件可能來自于網絡下載，而且，數碼相機用戶也會向電腦下載照片，這樣他們就可以通過電子郵件將照片發(fā)送給朋友。那些與電信基礎設施聯系不多的消費類電子設備會越來越少。
這些干線系統(tǒng)的開發(fā)商也希望推動 DSP 技術。他們的主要注意力集中于獲得最高的時鐘頻率，以便實現最高的比特率。TI 已宣布推出 1GHz 技術，并且計劃在2004年上半年進行該速度的DSP采樣。自 TI 推出其第一款單芯片DSP后20年間，處理器時鐘速度已經增加了200倍以上。即使如此，電信業(yè)仍然迫切要求更高的速度。除了原始速度之外，此領域的工程師還需要高級的可編程性，以便適應聲碼器及代碼轉換器等方面不斷變化的標準。除此之外，他們還需要芯片供應商盡可能提供更多可編程的MIPS。
基礎設施和網絡設備廠商需要這種高級性能以實現純數字網絡上實時、廣播品質的視頻點播。1GHz級的處理器將進一步實現視頻代碼轉換(從一種視頻格式轉換成另一種格式)、視頻速率轉換(從高比特率轉換成低比特率)、實時音頻編碼/解碼、以及視頻流及視頻加密的多路復用與多路分解。在家用方面，1GHz性能可以促使在電視、電腦和PDA等各種娛樂設備上開發(fā)用于觀看高清晰度電視的媒體中心等產品，而且采用無線形式，同時可以記錄高清晰度內容。
對于更高的性能，基礎設施廠商過去有時會求助于FPGA。然而，隨著更強大DSP的出現，系統(tǒng)分配的問題變得有點模棱兩可：哪些任務最好分配給DSP，哪些最好分配給FPGA？但兩者有不同的用途——FPGA多用于對原始速度要求高的情況，而DSP多用于需要突出可編程性以實現產品的功能特色，以及延長產品的使用壽命。利用新一代器件在1GHz及更高速度提供的更高功率，工程師們將有望建立與部署更快的系統(tǒng)，例如：4G系統(tǒng)。

基礎技術
所有這些增長的基礎顯然是那些能夠使廠商實現更高速度的工藝技術。由于不斷縮小的外形尺寸，這些速度現在已經成為可能。例如，TI現在正從已經開始實現量產的0.13微米迅速升級到銅工藝中的90納米技術。這種進步是實現1GHz部件量產的關鍵動力。
DSP廠商已開始考慮從工藝到產品的整個過程。他們在盡力預測工藝在什么速率能夠加速晶體管及互連，并在預測更高速度的意義。新的結構必須反映這些新的現實問題；它們必須與先進的工藝相輔相成，這樣就能夠發(fā)揮其優(yōu)勢并避免弱點。
例如，隨著開始尋求 90 納米工藝，發(fā)現C6000系列中的兩個寄存器文件之間的連接會成為一個關鍵的速度通道。因此，必須進行結構修改，優(yōu)化它們之間的存取，其已經在0.13微米版本中實現。這樣，用戶就可以著手新的代碼，而廠商也可以制作自己的開發(fā)工具，以便當該功能在90納米部件中實現后，充分利用其優(yōu)勢。
另一個有助于降低 DSP 成本的技術趨勢是SoC。隨著不斷完善其 SoC 工藝，它們能夠在同一芯片上集成更多數量的器件，不但包含DSP，而且還包含更高內存以及模擬和數字領域中重要的外設，甚至射頻元件。因此，它們可以幫助產品開發(fā)人員降低其系統(tǒng)結構的尺寸，并有助于降低功耗。

為開發(fā)人員所用
隨著DSP集成更多功能，相應改善開發(fā)工具變得更為重要。工程師正越來越多地采用高級語言編寫其應用，為此，他們需要高度優(yōu)化的編譯器。這些編譯器可以實現所有有助于縮小代碼長度并加快其速度的技術。當然，可以手動達到相同的效率，但是達到這種水平需要耗費編程人員數月的時間，而當今一流的開發(fā)工具卻能在幾分鐘內完成。
系統(tǒng)復雜性在不斷提高，這反過來意味著程序長度也在快速增加。當可編程DSP在二十世紀八十年代首次出現時，一個大型程序可能包含5000行匯編代碼。在二十世紀九十年代末，編寫50000行代碼的程序已經變得不是特別困難。在當時， 500000 行的程序并不罕見。不過，程序員在100000行代碼水平遇到了很大困難，這種水平的代碼使其不能夠再采用傳統(tǒng)的技術。提高程序員效率的唯一最有效方法是利用可重復使用的軟件模塊。TI 等公司已開發(fā)了使編程人員能夠跟上硬件開發(fā)進度的軟件組件。
因此，出現了一個預編寫、預驗證的代碼模塊的大型第三方市場。這種向可重復使用的軟件發(fā)展的趨勢為遠東地區(qū)的開發(fā)人員帶來了機遇。過去，消費類電子產品制造商需要采購預編程的芯片組，并通過生產、封裝以及市場開發(fā)來創(chuàng)造價值，這些公司不能建立軟件的產品細分。相比而言，當今他們面對的挑戰(zhàn)是利用可重復使用的軟件組件來創(chuàng)造市場細分的特性，所有這些都不需要建立工程設計機構來重新編寫整個軟件。
更高的芯片集成度與復雜的程序還意味著工程師失去了對 DSP 中操作的了解。因此，系統(tǒng)集成調試和優(yōu)化所需要的時間有所增加，這會放慢產品的上市時間。開發(fā)工具必須幫助設計工程師能最佳地利用器件中的所有資源。一項關鍵的幫助是性能分析，這種分析會說明程序在何處消耗了時間以及它如何使用內存。盡管性能分析工具并非新的東西，最新一代工具已經取得了重大進步，超越了簡單確定問題區(qū)域；它們現在通過建議代碼修改以實現特定目標。因此，一般程序員無需離開實驗室就可以從 DSP 領先者的專業(yè)技術獲益。程序員不能僅僅停留在從速度優(yōu)化獲益的區(qū)域，還應該找到更有效利用內存并去掉外部芯片的方法，從而降低系統(tǒng)成本、尺寸以及功耗。
這三個因素在消費類器件中至關重要，它們有望推動 DSP越來越多的應用。 Forward Concepts 預測，可編程 DSP 的全球交貨量到2007年將從2003年的58.26億美元增加到130.07億美元?！?/P>