如果說(shuō)1946 年第一臺數字計算機 ENIAC 的誕生標志著(zhù)數字時(shí)代的開(kāi)始，那么1948 年就可以稱(chēng)為DSP（digital signal processing）的元年。因為在這一年，貝爾實(shí)驗室的克勞德·香農 (Claude Shannon) 發(fā)表了他具有里程碑意義的論文——《通信的數學(xué)理論》（A Mathematical Theory of Communication），該論文明確闡述了可實(shí)現的比特率、信道帶寬和信噪比之間的關(guān)系。

可以說(shuō)，香濃的這篇論文開(kāi)拓了一個(gè)新紀元。但具體到硬件方面，此時(shí)距離第一顆DSP芯片面世還有很多年。因為哪怕是最基本的IC，也需要10年后才由TI的Jack Kilby發(fā)明。但在后續亮相以后，DSP風(fēng)靡市場(chǎng)數十年。

所謂DSP，按照維基百科所說(shuō)，這是一種專(zhuān)用微處理器芯片，其架構針對數字信號處理的操作需求進(jìn)行了優(yōu)化。在實(shí)際應用中，DSP的目標通常是測量、過(guò)濾或壓縮連續的真實(shí)模擬信號。雖然大多數通用微處理器也可以成功執行數字信號處理算法，但可能無(wú)法實(shí)時(shí)連續地跟上這種處理，這就使得DSP能夠一直成為有此類(lèi)需求應用的首選。

中國首批從事DSP研究的技術(shù)專(zhuān)家更是直言，之所以DSP能夠在多個(gè)領(lǐng)域中先拔頭籌，歸根到底是因為“專(zhuān)業(yè)選手永遠好于業(yè)務(wù)選手”。要了解這句話(huà)，就首先要從處理器架構談起。

當前，雖然最近幾年有一個(gè)叫做存內計算的架構非?；馃?，但我們比較熟悉的處理器架構基本都是馮諾依曼架構（von Neumann architecture）和哈佛架構（Harvard architecture）。其中，馮·諾依曼結構的處理器使用同一個(gè)存儲器，經(jīng)由同一個(gè)總線(xiàn)傳輸；哈佛結構是一種將程序指令存儲和數據存儲分開(kāi)的存儲器結構。

具體到DSP方面，根據TI前首席科學(xué)家、DSP產(chǎn)品創(chuàng )始人Gene Frantz在2000年發(fā)布的一篇名為《Digital signal processor trends》中所說(shuō)，最初的 DSP 設計也借鑒了早期計算機研究的另一個(gè)想法。例如第一個(gè)微處理器，就像之前的計算機中央處理單元一樣，采用了馮·諾依曼架構，具有單一總線(xiàn)和用于數據和指令的統一地址空間。

然而DSP 設計者抓住了具有獨立總線(xiàn)的哈佛架構，但他們以一種新穎的方式使用了這個(gè)想法。 除了添加指令總線(xiàn)之外，設計人員還為每個(gè)乘法累加操作數提供了單獨的總線(xiàn)。 因此，可以在每個(gè)周期期間加載數據和指令并執行完整的乘法累加。由于設計人員接受了統一地址空間的價(jià)值，因此他們沒(méi)有將指令與主存儲器中的數據分開(kāi)，盡管后來(lái)引入的緩存方案通常將少量數據和代碼單獨保存在片上存儲器中。

從那時(shí)起，這種改進(jìn)的哈佛架構就一直是 DSP 不可或缺的一部分，盡管今天的架構可能包含許多最初的計算機研究人員在他們最瘋狂的幻想中無(wú)法想象的功能。所以盡管 DSP 在某些方面與 RISC 引擎相似，但它們在其他方面有根本的不同。

總而言之，由于許多數學(xué)函數對于在數字領(lǐng)域中轉換和操作模擬信號非常有用，因此能夠高效執行這些數學(xué)函數的機器作為 DSP 將非常有價(jià)值。 因此，某些微處理器架構師圍繞專(zhuān)用于執行乘法累加功能的硬件設計了處理器，于是DSP 誕生了。

從本質(zhì)上看，DSP就是為數字運算而設計的。作為一款血統純正的專(zhuān)用領(lǐng)域處理器，DSP專(zhuān)業(yè)能力出色，在適用領(lǐng)域指令執行效率高，功耗低，周邊配套外設資源同樣專(zhuān)業(yè)高效，總體芯片成本競爭力強。得益于這些優(yōu)勢，過(guò)去多年里，音頻、視頻信號處理、通訊、實(shí)時(shí)控制、運動(dòng)控制、電機控制、新能源、汽車(chē)電子和數字電源等也都成為了DSP的忠實(shí)追隨者。

關(guān)于誰(shuí)最先投入到國產(chǎn)DSP的研發(fā)中去，筆者尚未考究到。但據相關(guān)資料顯示，自1985年至今，從國家專(zhuān)用集成電路設計工程技術(shù)研究中心開(kāi)始，就擁有包括中電14所、昆騰微、湖南進(jìn)芯、江蘇宏云、中科本源和中科昊芯等一眾廠(chǎng)商源于科研和自主裝備的特定功能和性能的定制需求，投入到DSP國產(chǎn)化浪潮中。

雖然經(jīng)過(guò)了一輪又一輪的攻關(guān)，但國產(chǎn)DSP在市場(chǎng)上仍然沒(méi)有得到廠(chǎng)商的廣泛認可，巨頭依然是那些巨頭。在問(wèn)到為何還會(huì )如此的時(shí)候，資深DSP研究專(zhuān)家表示：

首先，客觀(guān)上講，DSP的應用場(chǎng)景大多數是工業(yè)客戶(hù)，與消費類(lèi)客戶(hù)相比，工業(yè)客戶(hù)對產(chǎn)品的可靠性、性能指標的要求明顯高于消費類(lèi)客戶(hù)，工業(yè)市場(chǎng)的準入門(mén)檻要高很多，不易進(jìn)入。

其次，工業(yè)產(chǎn)品的生命周期長(cháng)，導致DSP產(chǎn)品的導入周期相對長(cháng)，必須做好打持久戰的準備，受制于公司治理機構和短期業(yè)績(jì)的壓力，大多數公司難以堅持下去。第三，工業(yè)市場(chǎng)對國產(chǎn)芯片的認知轉變需要過(guò)程，國產(chǎn)DSP芯片形成品牌和口碑，一樣要需要通過(guò)市場(chǎng)的考驗。

在國產(chǎn)DSP產(chǎn)品走向成熟的過(guò)程中，如果發(fā)生產(chǎn)品質(zhì)量批次性問(wèn)題，或者產(chǎn)品成本過(guò)高于對手，或者與MCU跨界競爭中方案缺乏優(yōu)勢的情況，極易導致DSP產(chǎn)品的國產(chǎn)化夭折。

毫無(wú)疑問(wèn)，DSP的國產(chǎn)替代不會(huì )是一件很容易的事情。但受到當前國際競爭態(tài)勢的影響，本土開(kāi)發(fā)者亟需擁有降本優(yōu)勢、供應鏈安全保證以及能協(xié)助打造極高競爭力產(chǎn)品的DSP芯片。也就是說(shuō)，發(fā)展國產(chǎn)DSP是不二選擇。

于是，國產(chǎn)廠(chǎng)商繼續死磕DSP。以湖南進(jìn)芯為例，因為產(chǎn)品國產(chǎn)化起早，公司經(jīng)過(guò)工業(yè)和汽車(chē)用戶(hù)的大批量使用驗證，質(zhì)量穩定，供應鏈保障能力強；最近，新產(chǎn)品推出速度加快、性?xún)r(jià)比高，產(chǎn)品服務(wù)及時(shí)，從而建立了良好的客戶(hù)口碑。即使這樣，與國外友商的整體實(shí)力相比，仍然存在巨大的差距。

除了打造DSP架構外，國產(chǎn)廠(chǎng)商還探索從RISC-V來(lái)打破DSP現有的競爭局面。在行業(yè)從業(yè)者看來(lái)，這是一種有益的嘗試，不過(guò)依然是聚焦在中低端，而且還有大量的軟件移植工作要做。如果未來(lái)想要其在DSP市場(chǎng)發(fā)揮更重要的作用，則需要在RISC-V指令集擴展上做更多的工作。

無(wú)法否定的是，經(jīng)歷了多年的探索，國產(chǎn)DSP在替代上也取得了一些成績(jì)。這一方面受惠于我們從低成本市場(chǎng)導入；另一方面得益于我們擁有豐富的IC工程師資源；再者，能靈活地為客戶(hù)定制產(chǎn)品和服務(wù)，也是國產(chǎn)DSP廠(chǎng)商攻堅的一個(gè)重要手段；更重要的是，近年來(lái)國內在新能源汽車(chē)、儲能等新行業(yè)的主導權，給本土芯片供應商創(chuàng )造了新的國產(chǎn)機會(huì )。

但我們遠沒(méi)有到慶祝的時(shí)候。因為隨著(zhù)TI等廠(chǎng)商將DSP帶入到多核異構時(shí)代，替代難度更大。在硬件方面，除了需要內核替代外，還需要在系統架構，外設資源匹配方面做大量兼容性設計；軟件方面，則需要在軟件兼容性上需要投入大量精力，才能達到基本兼容的目標。

至于未來(lái)，DSP會(huì )從技術(shù)、產(chǎn)品和市場(chǎng)這三個(gè)方面持續演進(jìn)。從技術(shù)層面看，DSP會(huì )不斷擴散、邊界消失、無(wú)處不在；從產(chǎn)品角度看，DSP會(huì )不斷演進(jìn)，推陳出新，融入AI、FPGA GPU等技術(shù)到DSP產(chǎn)品中；從市場(chǎng)方面看，在中高端嵌入式應用場(chǎng)合或特定領(lǐng)域，因其芯片的專(zhuān)業(yè)性能， DSP會(huì )維持和擴展市場(chǎng)份額。

由此可見(jiàn)，DSP的“國產(chǎn)化”也需要隨著(zhù)時(shí)間而做出改變。國產(chǎn)化是短期的，本土化才是長(cháng)期的，對DSP芯片的關(guān)注點(diǎn)會(huì )將從很快從國產(chǎn)化替代向更高性能的DSP inside的客戶(hù)定制SOC芯片發(fā)展。

在2012年，TI DSP面世三十周年之際，Gene Frantz在IEEE發(fā)布的一篇文章中說(shuō)：“也許有人會(huì )覺(jué)得DSP作為一個(gè)產(chǎn)品，從一文不值到創(chuàng )造每年數十億美元的價(jià)值之后又銷(xiāo)聲匿跡很奇怪。但是這確實(shí)是一個(gè)好消息的開(kāi)始。因為它并沒(méi)有銷(xiāo)聲匿跡，只是融入到了每一部數字處理系統中而已?！彼瑫r(shí)指出：“永遠都會(huì )有新的吸引人的信號出現，永遠都會(huì )有處理信號的需求?！?

“DSP技術(shù)為世界帶來(lái)的改變來(lái)看，我們現在還僅僅是享受到皮毛而已?！盙ene Frantz在當時(shí)如是說(shuō)。在筆者看來(lái)，這句話(huà)放在當下，也是適用。

換而言之，國產(chǎn)DSP大有可為。