春节期间,一则新闻并没有引起大多数人的注意。 MPS宣布收购荷兰初创公司Axign B.v.该公司专注于可编程多核 DSP(数字信号处理器)技术,可为汽车和消费类音频系统提供近乎零失真的信号,同时显著降低功耗。
前段时间,火炬芯进军汽车音频DSP芯片领域,并布局全资子公司向上海朱迪注资,珠海易芯计划与迪鼎瑞、迪伟盛、瑞盛泰共同投资上海朱迪,助力上海朱迪公司DSP芯片和技术的研发, 这也标志着火炬核心科技正式进军汽车音频DSP芯片领域。
一个月前,AKM Asahi Kasei Microelectronics也推出了一款新的汽车音频DSP。
随着智能汽车需求的增加,音频DSP(ADSP)(ADSP)作为老手再次被默默注视,一场黑暗的战争即将到来。
音频DSP,你还能吃吗?
不得不说DSP是“老东西”了,现在不管是什么领域,这个芯片都很少被提及。 但年纪大并不意味着它不重要,也不意味着它已经被淘汰了。
与市场上的大多数芯片不同,DSP有自己的“使命”。
制表电子工程的世界。
DSP其实是“偏学生”,不像CPU可以做任何任务,DSP是响应时代需求而诞生的微处理器。 虽然“麻雀小,器官一应俱全”,但由于技能点都集中在架构和指令集设计上,DSP擅长与数字信号相关的各种操作。
例如,CPU就像厨师的一把刀,可以切割任何东西,而DSP就像一把削皮刀,只能剥皮,但剥皮效率最高。
造成这种分歧的原因有三个:
首先,DSP内部采用哈佛结构,在这种结构中,程序存储器和数据存储器使用不同的总线,因此具有较大的存储器带宽,数据的移动和交换更加方便,非常适合处理数字信号任务;
其次,DSP可以在更短的时间内以非常低的内核频率完成性能更高、功耗更低的任务,非常省电;
第三,DSP有一个特殊的硬件乘法器,如单周期乘法加法指令、反序加减法指令、块重复指令等,甚至还专门设计了很多常用的多运算序列,以最大限度地提高每个时钟周期所能完成的工作,大大提高了数字信号处理的速度。
那么,用上面的比喻来说,如果我们有一把更好的刀,我们是不是应该放弃削皮刀呢? 答案显然不是。
这从市场数据中可以看出——2019年全球音频DSP市场规模为1106 亿美元,预计到 2027 年将达到 2.34 亿美元3亿美元,复合年增长率为93%。从终端应用来看,手机、智能家居、家庭娱乐系统、物联网、车载系统将是DSP增长的主要驱动力。
MCU 和 SoC 环绕并抑制音频 DSP
以“音频DSP绝对是一款非常有用的芯片”为前提,再看音频DSP的历史,其生存空间其实已经被挤压了。
早些年,由于浮点性能、计算频率、指令集等方面的限制,市场上除了DSP方案之外,基本上没有更好的音频算法方案。 长期以来,DSP、XPU 和 FPGA 都有自己的角色。
2010 年和 2014 年,ARM 相继推出了 Cortex-M4 和 M7,此后,一些轻量级音频算法开始直接投入 MCU。 当时,业内有传言称DSP即将被ARM淘汰。
时间在不断进步,单独的音频DSP芯片越来越少,厂家放入手机和各种设备的SoC芯片非常复杂,包括CPU、GPU、NPU、ISP等一系列内核,外置DSP芯片也都放在这款SoC中。 制造商追求的目标是在单个设备中实现主动降噪、通话降噪、通透模式和调谐等功能。
无论是 MCU 还是 SOC,挤出单独的外部音频 DSP,市场上对它们的讨论都较少。
经过几代,DSP目前主要以两种产品形式存在:一种是单芯片,即外部独立的DSP芯片,另一种是以IP或处理单元的形式集成在SOC中。
虽然DSP大部分时间都花在了隐蔽的计算和处理工作上,但它仍然具有出色的片上性能、高效设计的指令集、丰富的音频接口资源、成熟稳定的工具链以及多年的深厚上下游生态系统。
正如TI前首席科学家、DSP产品创始人方进曾在2012年所说:“有些人可能认为,DSP作为一种产品,已经从一文不值到每年创造数十亿美元,然后消失。 但这确实是一个好消息的开始。 它并没有消失,它只是集成到每个数字处理系统中。 我们之所以这么说,是因为我们在IC技术方面的努力已经允许在芯片中嵌入DSP。 DSP 曾经非常大,但现在它们太小了,几乎看不见。 ”
音频DSP的故事永无止境,尤其是近两年,为了提升音质,音频DSP的使用与日俱增,与时俱进的变化也更多:
紧跟AI时代潮流,结合AI大模型,覆盖更多音频场景,比如在CES 2024期间,GreenW**es 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迟自适应主动降噪(ANC),例如,近日日本创业AI公司Qosmo Neutone旗下的新公司,允许你使用插件任意使用AI模型来控制DSP;
操作算法不断迭代,包括三频动态范围控制技术、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;
例如,结合RISC-V指令集,浩芯在RISC-V DSP中推出了多款产品,包括定点DSP和浮点DSP。
本地化还有很大的空间
DSP在中国的发展起步较晚,但进展迅速。
国产DSP应该从2000年初开始,当时,国内第一个DSP已经开发出来,在随后的20年里,国产DSP也经历了逆向设计、正向设计、兼容替代到完全独立的过程。
2012年,由中国电子技术研究院第十四院牵头的“华瑞1号”国内DSP项目通过验收,开展大规模应用部署。 同年,中国电子技术研究院第38研究所自主拥有的国产DSP“魂核No.1”也完成了测试,其性能可以达到国际主流水平。
截至目前,DSP的国产化率并不高,数据显示,2022年国内高端智能装备制造、通信、边缘计算等领域对应的DSP市场规模将达到166亿元,预计2025年将达到219亿元。 2020年DSP芯片年需求量为34亿片,而2020年国内DSP芯片产量为091亿,国产化率仅为26%,与巨大的市场规模和需求形成鲜明对比,市场需求潜力强劲,自主可控,国内替代需求迫切。
不过,根据 Leifeng.com 之前的一篇文章,在特定领域,国产化率已经比较高,很有可能在2025年实现特定领域70%的目标。 在其他领域,国产DSP的自给率不足10%。
细分为音频DSP,国内生产不断跟进:
2022年8月,傅里叶半导体完成新一轮融资,在官方介绍中,有望填补国内车规级音频功放芯片量产缺口;
2023年8月,信凌半导体完成A轮融资完成,将用于车规级D类功放芯片的测试、认证和量产以及车规级产品的系列化。
2023年10月,金鑫电子高性能车载DSP获得AEC-Q100可靠性认证;
2023年11月27日,火炬核心科技发布公告称,火炬核心科技股份有限公司全资子公司珠海亿信拟与帝鼎瑞、迪威盛、瑞生泰共同投资上海朱迪公司,助力上海朱迪公司DSP芯片和技术研发,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,C*Core Technology成功研发出面向高端座舱音频处理的DSP芯片——CCD5001,并规划了全系列产品,CCD5001芯片产品均基于HIFI5架构内核开发的高性能DSP芯片,专为主动噪声控制、高端环绕声、智能语音交互等车载平台应用场景而设计,该芯片以ADI的ADSP-21565芯片为基准, 它是基于12nm工艺开发和生产的。
可以说,从目前国内厂商的走势来看,汽车市场也是中国关注的焦点,或许在明年,汽车市场将成为音频DSP的重要增长动力。 随着汽车对更高音质的需求日益增加,单独的音频DSP也可能成为未来的新需求。