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DSP(数字信号处理器)与CPU、GPU、FPGA同属于四大主流处理器家族。虽然已经广泛应用于手机、家电、汽车、高铁、工控、无人机等诸多领域。，相比其他处理器家族，它明显低调很多，

DSP(数字信号处理器)与CPU、GPU、FPGA同属于四大主流处理器家族。虽然已经广泛应用于手机、家电、汽车、高铁、工控、无人机等诸多领域。，相比其他处理器家族，它明显低调很多，甚至各种控制器、SOC、FPGAs都在和它争生存空。与CPU相比，它有更多的特定功能，比FPGA有更高的计算效率，显然有“一技之长”。为什么一直不为人知？DSP在国内的发展现状如何？突破的瓶颈是什么？前途如何？与非研究机构进行深入分析。

国内DSP供需反差巨大。

DSP适用于低采样率、低数据率、多条件运算和复杂处理的多算法任务，能够快速实现信号采集、变换、滤波、求值、增强、压缩、识别等处理，从而获得满足需要的信号形式。在数字化时代的背景下，DSP已经成为通信、计算机和消费电子领域的基础器件。

数据显示，2020年中国DSP芯片市场规模将达到136.92亿元，需求将达到34.15亿。国产DSP芯片产量到2020年将达到9100万片，虽然比2015年的2800万片增长了近3倍，但仍与庞大的市场规模和需求形成巨大反差，显示出强劲的增长潜力和迫切的增长需求。

2015-2020年中国DSP芯片行业市场规模及需求统计(数据来源:智研咨询)

2015-2020年中国DSP芯片产量图表(数据来源:智研咨询)

数字信号处理器不仅限于音频和视频领域，它广泛应用于通信和信息系统、信号和信息处理、自动控制、雷达、军事、航空空航天、医疗、家用电器等许多领域。从消费结构来看，通信领域是DSP芯片最大的应用领域，2020年占比56.1%，其次是消费电子自动控制领域(13.10%)、军事航天空领域(6.01%)和仪器仪表领域(24.79%)。

国产DSP的技术体系和基本情况

我国DSP芯片的消费量远远高于产量，主要是因为这一领域一直被德州仪器(TI)、亚多半导体(ADI)、恩智浦等国外厂商所垄断。这些厂商积累了多年的硬件研发经验和完善的软件开发环境，用户生态比较完整。我国DSP发展起步较晚，在军用雷达等领域形成了高度国产化，但在民用市场急需突破。

国内主要DSP企业/机构的基本情况已与非研究院统计在一起，具体如下:

国内主要DSP企业/机构概况

(资料来源:非研院，根据公开资料和官网信息整理)

上述企业/机构为我国DSP芯片的发展做出了贡献。其中，国家ASIC设计工程技术研究中心从90年代开始致力于高性能DSP的研究。自2000年以来，该中心承担了多项国家重要任务，自主研发了一系列DSP产品，填补了国内多项空白。近年来，该中心根据当前DSP领域的算法需求，提出了具有完全自主知识产权的AppAISArc指令体系结构。2014年底，它开发了支持这种架构的5核数学处理单元(MaPU)产品，峰值计算能力为每秒3000亿次。该中心还计划推出基于该架构的MaPU系列产品，以满足不同的应用领域，最高计算能力可达每秒万亿次。

中国电科14所、38所分别开发了“华锐”和“魂芯”系列DSP芯片。2018年4月，中电38所魂芯2 A问世。根据官方数据，它可以在一秒钟内完成数千亿次浮点运算，单核性能比同类芯片高4倍。2020年5月，中电十四所研制的华锐二号DSP顺利通过“核高基”项目正式验收。芯片主频1GHz，每秒可完成4000亿次浮点运算。按照规划，华锐三号将具备万亿计算能力，进一步向高端芯片领域进军。

湖南金鑫电子也属于国内较早从事DSP研发的企业。成功研发并量产了以ADP32、AVP32、ADP16为代表的32位定点运算、32位浮点运算、16位定点运算数字信号处理器产品，在工业控制等领域带来了更加高效可靠的应用，降低了开发和使用成本。

江苏宏运在MCU、DSP、OFDM通信技术方面有储备，推出了单核MCU和MCU+DSP双核平台，以及用于移动设备快速充电和电机控制的MCU和DSP SoC芯片。它在MCU/DSP架构和指令、移动设备的快速充电管理以及电力线载波通信方面申请了多项发明专利。

近两年，在我国大力发展集成电路产业的背景下，涌现出一批新的集成电路设计企业，其中以青岛本元、中科浩信为DSP领域的主要代表。青岛原核心团队源于中科院，致力于提供高端DSP芯片和解决方案，专注于新一代高性能域处理芯片(DSA)和人工智能芯片的研发。

浩鑫是中科院科技成果转化企业。主要基于开源指令集架构RISC-V构建DSP产品，目标应用于图形图像处理、数字信号处理、工业控制和电机驱动、数字电源、消费电子、白色家电等领域。

从上述企业/机构所在地来看，分布较为均衡，北京4家，江苏2家，上海、山东、安徽、湖南、广东各1家。

国内主要DSP企业/机构的地理分布(来源:非研究机构)

DSP独立弱化，融入主流方向。

DSP技术的发展经历了四个阶段:

第一阶段:单核单运算单元时代，器件内部有专用的硬件乘法器和具有运算能力的地址生成器，系统主要采用哈佛结构；

第二阶段:多计算组件阶段。随着DSP应用的发展，系统对信号处理计算能力的要求越来越高。提高DSP器件的计算能力已经成为主要目标，而增加器件中计算部件的数量是提高计算能力最直接有效的手段。

第三阶段:同构多核阶段，多核处理器允许每个处理器核完成不同的任务，从而增加处理器应用的灵活性；

第四阶段:异构多核阶段。随着技术的进一步提高，在一个芯片上集成不同的处理器内核成为可能。比如CPU侧重于通用数据处理，DSP侧重于实时数据计算。两者结合可以大大提高处理效率。

全球领先的DSP制造商TI和ADI的几代产品更新几乎都经历了这些发展。经过几代产品的变化，DSP现在主要形成两种产品形态:一种是单芯片，另一种是以ip或处理单元的形式集成在SoC中。随着多核异构趋势的发展，单芯片独立的DSP越来越多地转向SoC的处理单元。

这也可以从上游IP牌照商的经营策略上得到验证。全球排名第一的DSP IP授权商CEVA，从最初专注于DSP编程，到现在关注整个生态系统，正在为DSP的应用搭建更大的平台。目前，CEVA主要有两种服务模式，一种是通过IP授权IDM间接服务OEM，另一种是通过提供开发工具、技术支持和软件直接或间接服务OEM。从生态系统和价值供应链上进一步拓展DSP的应用市场。

资料来源:CEVA

据非研院介绍，削弱DSP独立芯片形式的另一个重要驱动因素是FPGA。从器件原理来说，DSP的性能取决于快速执行大量乘/累加运算(MAC)的能力。单芯片DSP具有多个硬件乘法器/累加器单元和附加功能单元。设备的MAC单元越多，执行DSP操作的速度就越快，因为大多数DSP算法都包含多个MAC单元，这可以利用许多固有的并行性。

随着两家FPGA供应商Xilinx(被AMD收购)和Altera(被Intel收购)在FPGA中加入加固MAC块，FPGA成为DSP的重要竞争对手。第一个集成快速硬件乘法器的FPGA器件系列是Xilinx Virtex-II FPGA系列。2001年7月，Xilinx宣布已经发运了价值100万美元的Virtex-II XC2V6000 FPGA，每个FPGA都带有144个加固的片上18×18位乘法器。这也意味着带硬件乘法器的FPGA的性能已经超越了单片DSP。

Altera随后于2002年发布了第一代36×36位硬件乘法器Stratix FPGA。Stratix FPGA中的硬件乘法器可以分为18×18位或9×9位乘法器，以支持更多MAC运算。在本世纪初，Xilinx和Altera的FPGA系列在可执行的同步MAC运算数量上已经远远超过了单芯片DSP。

但DSP在功耗和成本上仍有明显优势，尤其是在消费领域，并根据市场需求不断推出专用DSP产品。DSP虽然不断失去作为独立芯片的特性，但实际上已经成为整个半导体行业的驱动力。DSP核广泛应用于SoC中。虽然不算DSP芯片，但已经成为底层基础技术。

DSP的未来趋势和主要增长点

高速、高密度的数据处理需求不断挑战着DSP的性能极限。未来，DSP技术将呈现五大发展趋势:

一、DSP的集成，越来越多的设备需要嵌入式DSP功能，实现形式包括:DSP内核或硬件DSP单元。

其次，随着实时算法复杂度的增加，对更多字长和更大动态范围的需求，产品开发和上市时间的缩短，以及浮点算法成本的不断降低，DSP的定点算法正在向浮点算法转变。

第三，低功耗。DSP性能越高越好，但是性能和功耗的平衡。在很多应用场景下，系统的散热很重要，不能只追求高频或者多核，更多的需要权衡低功耗的要求。

第四，物联网时代，DSP对软件IP保护和安全网络连接的需求越来越大，未来会更加注重安全特性。

第五，随着产品迭代越来越快，越来越多的代码需要下游客户管理。与此同时，客户在系统集成、测试和调试方面也面临着更多的挑战，未来DSP设计需要考虑的重点将更加多样化。

在上述技术趋势下，在中国大力发展新型基础设施和人工智能的背景下，DSP有望在以下领域迎来发展:

在新的基础架构下，高端处理器不断寻求突破。

根据国家发改委对信息技术基础设施的定义，处理器等高端芯片已成为5G等通信网络基础设施、AI等新技术基础设施、智能计算中心等计算基础设施的核心引擎。这里的高端芯片包括DSP。

华为早前发布的800G通信模块产品中，展示了自主研发的DSP芯片。据悉，800G模块的支撑芯片主要是光电通信芯片，用于完成光电信号的转换，属于通信核心器件。从2020Q4的情况来看，云计算厂商的资本支出保持在较高水平，400G数字光模块继续放量，数字光模块的景气度将继续上升；而且5G建设仍在继续，电信光模块整体需求有望再次提振，相关通信模块持续增长，这些都是高端DSP持续发展的重点领域。

万物互联时代智能控制器的万亿蓝海市场

智能控制器是终端的大脑，是物联网边缘不可或缺的“神经中枢”。下游市场快速扩张，行业整体景气度高，市场空广。2020年，全球/中国智能控制器市场将分别达到1.5万亿美元/2.37万亿人民币。而且在物联网设备连接爆炸、产业政策持续加码、智能汽车、家电等下游应用持续爆发的背景下，智能控制器有望加速实现增长潜力。

所谓智能控制器，是指仪器、设备、装置和系统中为特定目的而设计和实现的计算机控制单元，通常是以MCU或DSP为核心，采用电子处理技术制造的电子元器件。比如电钻、电锯、切割机、割草机等电动工具。用于日常生活中，电视机、洗衣机、冰箱、空调谐器等家用电器的控制门，工业设备和智能建筑中照明电路的调光设置等。，都需要智能控制器的按键控制，这样这些设备才能更加安全高效的运行。

随着控制器智能化升级的深入，传统产品逐渐被智能化、网络化的新产品所取代，智能控制器的技术复杂度提高，功能不断丰富。与此同时，下游产品的更新换代速度加快，也带动了智能控制器多样化功能的需求。非研究院认为，上游核心芯片供应商需要具备强大的产品更新和技术升级能力来满足下游的应用需求，才能更好地把握智能控制器“量价齐升”的机遇和格局变化的红利。

顺应AI趋势，抢占智能视觉先机

DSP在智能视觉领域的一个突出增长点在于视频结构的需求。非研究院认为，传统的被动监控将逐渐被具有智能视频分析的主动监控所取代(视频运动检测与跟踪、人脸识别、人体步态识别、异常行为与非法扣留人和物的识别、车牌识别等。).这样，根据不同监控场景的需要，将背景视频分析嵌入到所需摄像机的DSP中，既可以减少工程量，节约成本，又可以代替大量的人进行监控任务。这是智能监控对DSP技术发展的新要求。

例如，全球最大的DSP IP授权商CEVA推出了基于深度神经网络推理硬件引擎和可编程矢量DSP的AI处理器IP，以满足前端设备的深度学习需求。该方案在功耗、性能和灵活性方面具有一定的优势。

瑞芯微的RK1108物联网开发平台嵌入了CEVA XM4视觉处理器DSP和瑞芯微的图像算法技术，可以使汽车、安防监控、家庭辅助机器人、运动摄像机、无人机等终端设备具有更高的智能视觉能力。

目前大部分厂商都从多方面升级了DSP的内部算法，提升其性能、清晰度、色彩、低照度等。，让现在的图像效果更加精致。以往的智能摄像机主要侧重于提升图像质量，而智能摄像机将拥有更强大的图像处理和识别能力以及智能化因素，为用户提供更先进的视频分析功能，提升视频监控系统的能力，让视频资源发挥更大的作用，这些都为DSP的下一步升级指明了方向。

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DSP处理器在中国的发展有两大制约因素:一是知识产权。任何处理器都需要指令集，知识产权是绕不过去的核心问题。巨头们的DSP指令集都不一样，也没有对外授权。所以国产DSP不仅要定义自己的指令集，还要构建一套完整的工具链和生态。二是构建软硬协同的应用生态。在市场迭代加速、应用需求瞬息万变的今天，吸引更多的开发者、开发更多的客户是国产DSP更大的挑战，需要通过不断的积累、合作和努力来推动。

2020年8月，国务院发布《新时代促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，提出2025年我国芯片自给率要达到70%。加快高端芯片自主研发和国产替代日益迫切，重要性与日俱增。这些都是国产DSP面临的新的需求和挑战，不同于以往。

而新型基础设施、智能控制、AI应用等领域是国产DSP实现高端突破的切入点。这些市场不仅有着广泛的需求，而且有着更高的实现自主可控的紧迫性。一旦在关键行业取得突破，将形成产业带动效应，加速国产DSP向更多市场领域推广应用。

在今年的芯荒浪潮中，部分国内用户正在积极寻找国产替代品。基于成熟的制造和封装技术，DSP有望在市场需求的压力下迎来新的增长。综上所述，非研院认为，未知国产DSP在时代和市场的多重需求和红利下，有望迎来新的发展拐点，进一步在高端领域寻求突破。