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DSP的30年

1. DSP设计人员寻求优化TI所称的“三P价值”,即:性能、价格与功耗。 2. ADI设计人员了解其DSP所面向应用的功率包络。 3. Microchip对数字信号处理采用了一种替代方案:数字信号控制器。 4. 未来,可编程ASSP器件为TI的DaVinci这类器件提供了一种替代品,将面向某些市场中的FPGA。 如德州仪器(TI )公司首席研究员GeneFrantz所言,该公司DSP先驱的顿悟始于上世纪70年代末,恰好在TI公司创造性的Speak & Spell学习玩具放上零售货架后不久。Frantz回忆那时有个顾客问:“如果你们可以用DSP给玩具加上语音合成,还能用它做别的什么吗?” 当今年TI公司庆祝在DSP市场的30周年时,这个长久以来的问题已经过了无数次的解答。如果没有DSP以及它在音频、图像和多媒体处理方面的推动作用,就不会有“信息娱乐”内容,没有智能手机或平板电脑,没有互联网,也没有APP的生态系统。 TI的“玩具”技术不仅促使公司进入了一个新的业务领域,而且为TI、其竞争对手以及工具供应商的开发建立了舞台,推动DSP技术进入了各种应用与市场。与此同时,传统DSP器件遭遇了各种替代性信号处理平台的竞争,包括有DSP特性的CPU、用微控制器与DSP核心配对使用的数字信号控制器、用于为数字信号处理设计定制的数据路径,甚至创建定制可编程处理器的FPGA,以及最新出现的有大量并行处理的图形处理器,它可以解决数据并行问题。 DSP技术的起源要比Speak & Spell玩具早几年。在上世纪70年代初期,科学家们开始采用市售的现成TTL分立逻辑芯片,实现专门的信号处理“引擎”。早期系统相对速度缓慢,占用空间大。TRW公司在1973年发布了第一款实用的并行乘法器,并在两年后增加了位片(bit-slice)ALU。但仅乘法器芯片就要数百美元,唯一能买得起这种产品的客户只有研究实验室、医疗扫描设备制造商及军队。 1978年,American Micro- systems公司推出了第一款专门为DSP设计的单芯片IC:12位的S2811。AMI发明了一种真正创新性电路设计,但其芯片实现时采用了一种激进的“V槽”(V groove)MOS技术,而这种技术从未用于量产的商业产品。 第二年,英特尔公司推出了Intel2920 16位“模拟信号处理器”,起这个名称是因为英特尔要设计一种用于直接替换模拟电路的芯片,包括了板上的A/D和D/A转换器。2920以数字形式处理模拟信号,但它缺少一个并行乘法器;此外,它600ns的周期速度太慢,无法在音频段做出有用的工作,而音频段是第一个大批量DSP芯片的市场。 第一只“真正”单芯片的DSP出现在上世纪80年代初,由贝尔实验室和NEC推出, 市场分析公司Forward Concepts将其定义为并行MAC(乘法器-加法器)电路。贝尔实验室的芯片叫DSP-1,是一种用于AT&T与Western Electric设计中的容性器件。NEC的μPD7720是第一种真正量产、在商业市场上发售的单芯片DSP。尽管受制于粗糙的开发工具,NEC的芯片仍然可提供充足的速度,它用一个双周期MAC实现122ns的周期时间,能够在音频段做一些有用的工作。 80年代末,理光公司的HiromitsuYagi为传统的NMOS工艺重新设计了原AMI的S2811芯片。Yagi的工作结果是理光RD28211和AMIS28211。 TI加入游戏 在80年代,TI公司的Ed Caudel设计了后来成为该公司第一款DSP的初始架构。同年,Surendar Magar受雇围绕DSP算法来优化架构。1982年2月,TI在传统的“国际固态电路研讨会”上以一篇《具有数字信号处理能力的一种微计算机》(参考文献1)的论文将设计结果公诸于世。1982年4月,Caudel在巴黎召开的“音频、语音与信号处理国际研讨会”上宣布了最终产品—TMS32010。 推出Speak & Spell后(图1),TI公司继续为各种行业开发DSP器件,但业务的关键以及对市场增长起决定性作用的,还是围绕处理器所出现的生态系统。业界最早的DSP工程师之一Frantz说:“TI成为第一家拥有一款复杂的信号处理芯片的公司,也理解到器件本身并非产品,产品是器件加支持加开发环境加一条器件热线。我们为客户创造了一个产品,使他们可以将其用在自己的产品中。”
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