这颗“老”芯片,又被盯上了

原创 电子工程世界 2024-02-28 09:01

过年期间,一则消息没有引起多数人注意。MPS宣布收购总部位于荷兰的初创公司Axign B.V., 该公司专注于可编程多核DSP(数字信号处理器)研发,其音频处理器技术能够为汽车和消费类音频系统提供近乎零失真的信号,同时做到显著降低功耗。

 
而在前阵子,炬芯挺进汽车音频DSP芯片领域,布局全资子公司注资上海炬迪,珠海熠芯拟与迪鼎瑞、迪威声、锐声泰共同出资来投资上海炬迪,助力上海炬迪公司DSP芯片与技术的研发,这也标志着炬芯科技正式进军汽车音频DSP芯片领域。
 
前一个月,AKM旭化成微电子也推出了全新车载音频DSP。
 
随着汽车智能化需求提升,音频DSP(Audio DSP,ADSP)作为老兵又一次默默被人所注视,一场暗战再临。
 
付斌|作者
电子工程世界(ID:EEWorldbbs)|出品


 音频DSP,尚能饭否? 

 
不得不说,DSP算是“老东西”了,现在无论是什么领域,都很少提及这种芯片。但老不意味着不重要,也不意味着已经被淘汰。
 
与市面绝大多芯片不同,DSP有着自己的“使命”。
 
制表|电子工程世界
 
DSP其实个“偏科生”,与什么任务都能做的CPU不同,DSP是一种应时代需求而生的微处理器。虽说“麻雀虽小、五脏俱全”,但由于技能点都点在了架构和指令集设计上,DSP擅长各种与数字信号相关的运算。
 
打个比方来说,CPU就像是厨师的一套刀具,什么都能切削,DSP就像一个削皮刀,只能削皮,但是削皮的效率最高。
 
造成这样的分化的原因在于三点:
 
  • 一是DSP内部采用哈佛结构,这一结构中,程序存储器和数据存储器采用不同的总线,因而具有更大的存储器带宽,数据的移动和交换更加方便,非常适合处理数字信号任务;
  • 二是DSP能在很低的核心频率下,能够在更短时间内以更高性能、更低功耗来完成任务,这样很省电了;
  • 三是DSP有专门的硬件乘法器,加入了如单周期乘加指令、逆序加减指令,块重复指令等,甚至将很多常用的多操作组成的序列专门设计一个指令最大化每个时钟周期能完成的工作,极大地提高了数字信号处理的速度。
 
那么,再用上述比喻来看,我们有了更好的刀具,就要舍弃削皮刀吗?答案显然不是。
 
这一点从市场数据中能够看出一二——2019年全球音频DSP市场规模为110.6亿美元,预计到 2027年将达到234.3亿美元,2020年至2027年的复合年增长率为9.3%。从终端应用来看,手机、智慧家庭、家庭娱乐系统、物联网、车载系统将会是DSP成长的主要推动力。
 


 MCU和SoC对音频DSP的围剿 


带着“音频DSP绝对是很有用的一颗芯片”的前提,再来看音频DSP的历史,它的生存空间其实一直在挤压。
 
早年间,由于浮点性能、计算主频、指令集等限制,除了DSP方案,市面也基本没有什么更好的音频算法解决方案。很长一段时间内,DSP、XPU、FPGA各司其职。
 
2010年和2014年,Arm接连推出Cortex-M4和M7,那时起,某些轻量级音频算法,开始直接放MCU内了。而在当时,业界部分开发者当中,也曾经有着DSP将要被Arm淘汰的流言。
 
时间继续向前推进,单独音频DSP芯片愈发鲜见,厂商们放在手机和各种设备内的SoC芯片非常复杂,包含了CPU、GPU、NPU、ISP等一系列的核心,外置的DSP芯片也被放在这颗SoC之内。厂商们追求的目标是,在单颗实现主动降噪、通话降噪、通透模式及调音等功能。
 
无论是MCU还是SoC,挤压了单独的外置音频DSP,市场对它们的讨论就更少了。
 
经过数代更迭,DSP目前主要以两种产品形态存在:一种是单芯片,也就是外置的独立DSP芯片,另一种是以IP或处理单元的形式集成在SoC中。
 
尽管DSP大多数时间都在默默无闻地计算处理工作,但它仍然拥有出色的片上性能、高效设计的指令集、丰富的音频接口/资源、成熟稳健的工具链及深耕多年的上下游生态。
 
就像TI前首席科学家,DSP产品奠基人方进2012年曾说过的:“也许有人会觉得DSP作为一个产品,从一文不值到创造每年数十亿美元的价值之后又销声匿迹很奇怪。但是这确实是一个好消息的开始。它并没有销声匿迹,只是融入到了每一个数字处理系统中而已。为什么这么说呢,因为我们在IC技术中所做的努力已经允许在芯片中嵌入DSP。曾经的DSP是非常大的,而如今却小到几乎看不见。”
 
音频DSP的故事从来没有完结,尤其在这两年,为了增强音质,音频DSP的使用量与日俱增,连同一起的,还有更多顺应时代的变化:
 
  • 跟上AI时代的潮流,与AI大模型相结合,覆盖更多的音频场景,就比如CES 2024期间,GreenWaves Technologies推出了最新的AI+DSP音频创新技术,提供基于神经网络的超低延时自适应主动降噪(ANC),再比如,最近日本新创AI公司Qosmo旗下设立了一家新公司Neutone让你可以在 Plugin 中任意使用AI模型控制DSP;
  • 运行的算法不断迭代,包括三段动态范围控制技术、动态均衡器技术、虚拟低音、音质提升技术、环绕声技术、高清音频降噪技术等;
  • 和RISC-V指令集做结合,比如昊芯在RISC-V DSP方面已经推出了多款产品,既有定点DSP,也有浮点DSP。


 国产化率还有很大空间 


我国的DSP发展起步晚,但进步却很快。
 
国产DSP要从2000年初讲起,彼时,国内已有单位研制出了首款国产DSP,而在此后的20年时间里,国产DSP也经历了反向设计、正向设计、兼容替代到完全自主的历程。
 
2012年,中国电科第十四所牵头研制的“华睿1号”国产DSP课题通过验收,并开展大规模应用部署。同年,由中国电科第三十八所自主的“魂芯1号”国产DSP也完成测试,性能可达国际主流水平。
 
直到现在,DSP国产化率并不高,数据显示,国内高端智能装备制造、通信以及边缘计算等领域对应DSP市场规模在2022年达166亿元,预计2025年可达219亿元。年DSP芯片需求量2020年为34亿颗,而国内DSP芯片产量,到2020年为0.91亿颗,国产化率仅2.6%,与庞大市场规模和需求形成巨大反差,有强劲的市场需求潜力和迫切的自主可控、国产替代需求。
 
不过,根据雷峰网此前一篇文章显示,在特定领域,国产化率已经比较高,2025年在特定领域非常有可能实现70%的目标。其它领域国产DSP自给率则不足10%。
 
细分到音频DSP方面,国产在不断跟进:
 
  • 2022年8月,傅里叶半导体完成新一轮融资,在官方介绍中,在车规级音频功放芯片量产方面,有望填补国内空白;
  • 2023年8月,芯聆半导体完成A轮融资交割,该轮融资将用于车规级Class D功放芯片的测试、认证与量产以及车规产品系列化;
  • 2023年10月,进芯电子高性能车规DSP获得AEC-Q100可靠性认证;
  • 2023年11月27日,炬芯科技发布公告,炬芯科技公司全资子公司——珠海熠芯拟与迪鼎瑞、迪威声、锐声泰共同出资来投资上海炬迪公司,助力上海炬迪公司DSP芯片与技术的研发,这也标志着炬芯科技正式进军汽车音频DSP芯片领域;
  • 2023年11月,国芯科技成功研发了一款面向高端座舱音频处理的DSP芯片—CCD5001,并规划了完整的系列化产品,CCD5001芯片产品是基于HIFI5架构内核研发的高性能DSP芯片,专为车载平台的有源噪声控制、高阶环绕音效、智能语音交互等应用场景而设计,该芯片对标ADI的ADSP-21565芯片,基于12nm工艺开发和生产。
 
可以说,从目前国产厂商的动作来看,汽车市场也是国内的重点,或许未来一年,汽车市场将会是音频DSP的重要增长力。随着汽车上越来越高音质的需求,未来单独音频DSP或许也会成为一种新的需求。


参考资料

[1] 半导体投资联盟:国产厂商,死磕这颗芯片.2024.1.4.https://mp.weixin.qq.com/s/ZcPNsP77FiMnXjgCfQXGVw
[2] 科技朋克Roy:干货周记:DSP,数字音频的主战场 (消费电子5).2024.2.26.https://mp.weixin.qq.com/s/IQn5HhTBQdJ1GBSsfjKKqA
[3] 科技朋克Roy:干货周记: 危机!音频DSP还能打吗? (消费电子6).2024.2.27.https://mp.weixin.qq.com/s/Re5KOsnd79fMWXd1HG9W3g
[4] https://www.alliedmarketresearch.com/audio-dsp-market-A10309
[5] Do T. Overview of Digital Signal Processing in Audio Application Development[J]. 2020.
[6] 我爱音频网:炬芯挺进汽车音频DSP芯片领域,布局全资子公司注资上海炬迪.2023.11.30.https://mp.weixin.qq.com/s/NK06U8QAfgmuhWh-LTKXPw
[7] 我爱音频网:CES 2024 GreenWaves推出基于GAP9最新AI+DSP音频创新,提供技术领先音频用例.2024.1.7.https://mp.weixin.qq.com/s/UyEAkYiewjAkQebGAQEofw




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