TI首席科学家方进(Gene Frantz)曾表示,“DSP产业在约40年的历程中经历了三个阶段:第一阶段,DSP意味着数字信号处理,并作为一个新的理论体系广为流行;随着这个时代的成熟,DSP进入了发展的第二阶段,在这个阶段,DSP代表数字信号处理器,这些DSP器件使我们生活的许多方面都发生了巨大的变化;接下来又催生了第三阶段,这是一个赋能(enablement)的时期,我们将看到DSP理论和DSP架构都被嵌入到SoC类产品中。”
DSP发展的三个阶段
60-70年代DSP刚开始出现时,主要是采用NMOS工艺,然后由于功耗的原因,很快转到CMOS,例如C54、C55等型号中的C就表示CMOS。那个时候成本还是比较高的,实现每个MIPS的成本高达10-100美元,成为商品化的障碍。
80年代开始了第二个阶段,DSP从概念走向了产品,TMS32010所实现的出色性能和特性备受业界关注。当设计师努力使DSP处理器每MIPS成本降到了适合于商用的低于10美元范围时,DSP在军事、工业和商业应用中不断获得成功。到1991年,TI推出价格可与16位微处理器不相上下的DSP芯片,首次实现批量单价低于5美元,但所能提供的性能却是其5至10倍。
到90年代,多家公司跻身DSP领域与TI进行市场竞争。TI首家提供可定制 DSP——cDSP,cDSP基于内核 DSP的设计可使DSP具有更高的系统集成度,加速了产品的上市时间。同时,TI瞄准DSP电子市场上成长速度最快的领域。到90年代中期,这种可编程的DSP器件已广泛应用于数据通信、海量存储、语音处理、汽车电子、消费类音频和视频产品等等,其中最为辉煌的成就是在数字蜂窝电话中的成功。这时,DSP业务也一跃成为TI最大的业务,这个阶段DSP每MIPS的价格已降到10美分到1美元的范围。
21世纪DSP发展进入第三个阶段,市场竞争更加激烈,TI及时调整DSP发展战略全局规划,并以全面的产品规划和完善的解决方案,加之全新的开发理念,深化产业化进程。成就这一进展的前提就是DSP每MIPS价格目标已设定为几个美分或更低。
Gene定律下的DSP演进
CMOS工艺的改变大大降低了功耗,而且随着工艺节点从3微米、0.8微米、0.1微米以及未来的纳米工艺,低功耗是DSP一个不变的特性。同时,DSP的主频不断得到提升,从开始的5MHz,到100MHz、200MHz。
在DSP的演进中,一个关键的转折点出现在90年代中期,TI开发出多并行处理结构,1997年推出了C6000 DSP,有8个并行运算单元,原来每个单元性能可达200MPS,这样一下子提高了8倍到1600 MIPS。这些运算单元可以有不同的组合,分为2组、每组4个,包括逻辑处理、数字处理、乘法运算、移位处理四类单元,分别适合不同的应用。这一时期,DSP已广泛用于数据通信、海量存储、语音处理、消费音视频产品等,特别是在蜂窝电话领域的成功。今天,针对基站应用的C6416主频达到1.1GHz、处理能力超过8000MIPS。
性能、价格、功耗永远是DSP追求的目标。每隔十年DSP的性能、规模、工艺、价格等就会发生一个跃迁。DSP的演进同样遵循着摩尔定律,伴随着集成度的不断提高,是性能的提升、价格的下降。
针对DSP功耗的变动趋势,存在一个Gene定律。1982年每MIPS的功耗为250mW,到1992下降为12.5mW,而到2000年仅为0.1mW,2004年到0.01mW,而预计2010年将挑战0.001mW。Gene定律认为,DSP功耗性能比每隔5年将降低10倍。