中國DSP芯片行業(yè)發(fā)展歷程 由于外界的技術(shù)封鎖國產(chǎn)芯片的發(fā)展歷程并不順利

• 袁靜美 2023年9月14日 來源：中研網(wǎng) 1014 64
• 繁體

一、中國DSP芯片行業(yè)發(fā)展歷程

國內(nèi)對DSP方面的研究起步較晚，但是發(fā)展較快。中電科14所承擔(dān)起研發(fā)DSP芯片的任務(wù)。10年磨一劍，14所跟龍芯公司、清華大學(xué)合作開發(fā)國產(chǎn)DSP芯片華睿1號在2012年通過核高基專項(xiàng)組驗(yàn)收。

中國電科14所及子公司北京國睿中數(shù)科技股份有限公司、清華大學(xué)、龍芯中科聯(lián)合在2009年8月完成“華睿1號”芯片的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，2009年12月完成芯片的物理設(shè)計(jì)，2010年1月進(jìn)行芯片流片，2010年6月完成芯片的封裝及成測，于2010年12月正式發(fā)布。在研發(fā)過程中，選擇了基于龍芯3號通用處理器的架構(gòu)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用提取和增加了一些專用指令和運(yùn)算單元的方式開發(fā)華睿1號DSP芯片。

“華睿1號”是國內(nèi)首款具有國際先進(jìn)水平的高端DSP，芯片集成了4個(gè)高性能DSP處理器核，支持32/64位浮點(diǎn)運(yùn)算和8/16/32/64位定點(diǎn)運(yùn)算，具有4MB分布式共享二級Cache，以及2個(gè)64位帶ECC的DDR2/3內(nèi)存控制器，采用65nmCMOS工藝，工作主頻為550MHz，處理能力32GFMACS，功耗為10W采用了先進(jìn)的65nmCMO工藝和多核架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，并創(chuàng)新性地融合了DSP和CPU設(shè)計(jì)技術(shù)，填補(bǔ)了我國多核DSP領(lǐng)域的空白。

“華睿2號”是國家“十二五”核高基重大專項(xiàng)高端芯片項(xiàng)目，“華睿2號”是在實(shí)現(xiàn)華睿1號基本功能的前提下，進(jìn)一步改進(jìn)了專用指令和向量運(yùn)算單元，同時(shí)加入了可重構(gòu)的運(yùn)算核，更高效地面向?qū)Ｓ妙I(lǐng)域的計(jì)算，在通用的基礎(chǔ)上更偏向?qū)ＭńY(jié)合?！叭A睿2號”DSP的處理能力達(dá)每秒四千億次運(yùn)算水平。華睿2號DSP為八核異構(gòu)架構(gòu)，采用了超標(biāo)量結(jié)構(gòu)、SIMD向量處理、可重構(gòu)加速處理等技術(shù)。

下一步，中國電科十四所計(jì)劃將在“華睿3號”上采用更為先進(jìn)的制造工藝，進(jìn)一步提高主頻，目前規(guī)劃是2G以上，以提高通用性能。在專用性能方面采用流處理器方式，提高專用計(jì)算的性能，同時(shí)降低功耗。

DSP芯片在民用信息領(lǐng)域市場空間巨大。DSP芯片支持通信、計(jì)算機(jī)和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的數(shù)字化融合。

目前，進(jìn)芯電子已具備年產(chǎn)DSP芯片500萬顆以上的能力，成為華為、美的、格力、華中數(shù)控、廣州數(shù)控、長城電源等行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)的戰(zhàn)略合作伙伴。

湖南進(jìn)芯電子科技有限公司是專業(yè)從事數(shù)字信號處理器芯片(DSP)及嵌入式解決方案研發(fā)的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)。公司已成功研制并量產(chǎn)出了以ADP32、AVP32、ADP16為代表的32位定點(diǎn)運(yùn)算、32位浮點(diǎn)運(yùn)算及16位定點(diǎn)運(yùn)算數(shù)字信號處理器產(chǎn)品系列。

二、我國DSP芯片行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)分析

DSP芯片技術(shù)發(fā)展：

1、數(shù)字信號處理器的內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善，多通道結(jié)構(gòu)和單指令多重?cái)?shù)據(jù)(SIMD)特大指令字組(LIM將在新的高性能處理器中將占主導(dǎo)地位，如Analog Devices的ADSP2116x。

2、DSP和微處理器的融合。微處理器是低成本的，主要執(zhí)行智能定向控制任務(wù)的通用處理器能很好執(zhí)行智能控制任務(wù)，但是數(shù)字信號處理功能很差。而DSP的功能正好與之相反。在許多應(yīng)用中均需要同時(shí)具有智能控制和數(shù)字信號處理兩種功能，如數(shù)字蜂窩電話就需要監(jiān)測和聲音處理功能。

3、DSP和高檔CPU的融合。大多數(shù)高檔GPP如Pentium和Powerpc都是SIMI指令組的超標(biāo)量結(jié)構(gòu)，速度很快。

4、DSP和SO的融合。SOC(System-On-Chip)是指把一個(gè)系統(tǒng)集成在一塊芯片上，這個(gè)系統(tǒng)包括DSP和系統(tǒng)接口軟件等。

5、DSP芯核集成度越來越高?？s小DSP芯片尺寸一直是DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢，當(dāng)前使用較多的是基于RISC結(jié)構(gòu)，隨著新工藝技術(shù)的引入，越來越多的制造商開始改進(jìn)DSP芯核，并且把多個(gè)DSP芯核、MPU芯核以及外圍的電路單元集成在一個(gè)芯片上，實(shí)現(xiàn)了DSP系統(tǒng)級的集成電路。

6、可編程DSP芯片將是未來主導(dǎo)產(chǎn)品。隨著個(gè)性化發(fā)展的需要，DSP的可編程化為生產(chǎn)廠商提供了更多靈活性，滿足廠家在同一個(gè)DSP芯片上開發(fā)出更多不同型號特征的系列產(chǎn)品，也使得廣大用戶對于DSP的升級換代。

7、定點(diǎn)DSP占據(jù)主流。目前，市場上所銷售的DSP器件中，占據(jù)主流產(chǎn)品的依然是16位的定點(diǎn)可編程DSP器件，隨著DSP定點(diǎn)運(yùn)算器件成本的不斷低，能耗越來越小的優(yōu)勢日漸明顯，未來定點(diǎn)DSP芯片仍將是市場的主角。

三、中國DSP芯片行業(yè)發(fā)展面臨問題

自從我國的華為公司被瘋狂打擊和制裁以后，國產(chǎn)科技企業(yè)想要打造自主化的國產(chǎn)芯片，那么也就要避免受到國外芯片架構(gòu)影響，所以最近這兩年，國內(nèi)科技企業(yè)也開始采用開源的RISC -V架構(gòu)來研發(fā)芯片。

(1)國內(nèi)芯片急需替代掉ARM架構(gòu)

由于外界的技術(shù)封鎖，國產(chǎn)芯片的發(fā)展歷程并不順利。

目前，內(nèi)地最大的芯片代工企業(yè)中芯國際，最先進(jìn)的代工技術(shù)也只能用于14nm芯片的量產(chǎn)。

不僅在芯片制造技術(shù)上受限，在芯片設(shè)計(jì)架構(gòu)上，國內(nèi)企業(yè)同樣存在被壟斷的風(fēng)險(xiǎn)。2020年，英偉達(dá)提起了對全球最大架構(gòu)開發(fā)商ARM的收購，雖然，這次收購事件的最終結(jié)果還不得而知，但是，卻引起了人們對芯片架構(gòu)授權(quán)問題的重視。

擁有光刻機(jī)和芯片制造設(shè)備，沒有芯片架構(gòu)的授權(quán)。國內(nèi)企業(yè)依舊無法生產(chǎn)芯片，在這樣的局面之下，國內(nèi)的芯片產(chǎn)業(yè)，急需一款可以替代掉ARM架構(gòu)的芯片產(chǎn)品出現(xiàn)，以此來打破美國的技術(shù)封鎖。

(2)采用RISC -V架構(gòu)成為突破口

全球任何一家企業(yè)都可以采用RISC -V架構(gòu)來進(jìn)行芯片的研發(fā)，且不用受到限制，這讓RISC -V在芯片領(lǐng)域中的影響力也開始日益提高。

基于RISC -V指令集的DSP與巨頭公司的DSP在體系結(jié)構(gòu)上有很大的差異，在相同的主頻下，RISC -V指令集的DSP性能與巨頭公司DSP性能有較大差距。

眾所周知，無論是CPU、GPU還是DSP都需要指令集。而能夠提供指令集的幾乎都是國際大廠，例如ARM、MIPS、英特爾的X86等。

絕大多數(shù)指令集都需要經(jīng)過大廠授權(quán)，但很少有巨頭會開放DSP指令集的授權(quán)。即便應(yīng)用他們的授權(quán)，那么國產(chǎn)DSP就失去了國產(chǎn)的意義。

故而，中國企業(yè)只能自定義一套指令集，或者采用沒有版權(quán)限制的成熟指令集。

中科昊芯就選擇了后者，以RISC -V這個(gè)開源指令集為基礎(chǔ)，進(jìn)行數(shù)字信號處理器的研發(fā)。

其在2016年就開始RISC -V處理器核的研究;2019年1月公司成立，7月份首款RISC -VDSP芯片流片成功。

企查查APP顯示，2021年4月，“中科昊芯”完成數(shù)千萬元的Pre -A+輪融資，此輪融資由紅杉中國領(lǐng)投，原股東九合創(chuàng)投追加投資。

本輪融資主要用于公司現(xiàn)有DSP芯片量產(chǎn)和新一代自主可控產(chǎn)品開發(fā)。下一步，公司還將結(jié)合市場反饋進(jìn)一步豐富產(chǎn)品線和應(yīng)用生態(tài)。

最近芯片企業(yè)中科昊芯正式宣布采用RISC -V指令集技術(shù)所研發(fā)的DSP芯片取得成功，而且面向工業(yè)自動(dòng)化市場的DSP芯片即將量產(chǎn)。

這一次在DSP芯片領(lǐng)域的技術(shù)突破，讓中科昊芯也成為了全球第一家采用的RISC -V指令集設(shè)計(jì)量產(chǎn)DSP芯片的廠家。

(3)DSP芯片成為國產(chǎn)替代的最大可能

被稱為國產(chǎn)芯片“四大件”的CPU、GPU、FPGA、DSP無論對于國產(chǎn)芯片自給率的提升還是解決高端芯片卡脖子問題都意義深遠(yuǎn)。

DSP芯片是專門用戶處理數(shù)據(jù)的芯片，這一芯片被廣泛應(yīng)用于電子消費(fèi)、數(shù)統(tǒng)、移動(dòng)通信和工業(yè)自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域，可以說也是十分重要的一個(gè)芯片。

目前在IPDSP芯片領(lǐng)域里我國的自給率為零，而這一次中科昊芯的成功研發(fā)和量產(chǎn)，無疑也就意味著我們在自研IPDSP芯片領(lǐng)域破冰。

DSP主要有兩種形式，一種是單芯片，另一種是通過IP或模塊集成到SoC。國產(chǎn)單芯片DSP有一些市占率，在DSPIP領(lǐng)域國產(chǎn)化率幾乎為零。

DSP相比CPU功能更加專一，相比GPU分屬不同領(lǐng)域，相比FPGA計(jì)算效率更高。

已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、家電、汽車、高鐵、工業(yè)機(jī)器人、無人機(jī)等諸多領(lǐng)域，市場需求量很大。

對于RISC -V陣營而言，這是生態(tài)建設(shè)中一個(gè)值得關(guān)注的進(jìn)展。

對于DSP芯片而言，這是一個(gè)大膽的嘗試。對于中國的國產(chǎn)芯片四大件而言，這是一個(gè)突破的機(jī)會。

(4)RISC -VDSP芯片量產(chǎn)的意義

通過RISC -V架構(gòu)量產(chǎn)的DSP芯片意義是十分重大的，不僅探索出RISC -V指令集更大的發(fā)展空間，也為國產(chǎn)DSP芯片的未來突破打下基礎(chǔ)。

一旦RISC -VDSP芯片完成量產(chǎn)，并廣泛運(yùn)用的話，在通信、自動(dòng)控制、計(jì)算等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮巨大作用。

中科昊芯研發(fā)的基于RISC -V的指令集解決了至關(guān)重要的知識產(chǎn)權(quán)問題，為DSP的國產(chǎn)替代開辟了廣闊的空間。

中國需要發(fā)展自己的DSP設(shè)計(jì)和應(yīng)用企業(yè)，以打破國外在這個(gè)領(lǐng)域的壟斷，保證工業(yè)及消費(fèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的自主可控。

先以用戶熟悉的方式切換到國產(chǎn)DSP芯片，再逐漸去提升性能，從中低端市場切入，一步步發(fā)揮出優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)芯片的高端替代。

以中科昊芯為代表的國產(chǎn)DSP芯片公司找到了一條不錯(cuò)的國產(chǎn)替代路線，但突破挑戰(zhàn)不小，也需要耐心。

?欲了解更多行業(yè)的未來發(fā)展前景，可以點(diǎn)擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)院研究報(bào)告《2023-2028年中國DSP芯片行業(yè)發(fā)展前景及投資戰(zhàn)略分析報(bào)告》。

• 相關(guān)深度報(bào)告REPORTS

  

  2023-2028年中國DSP芯片行業(yè)市場前瞻與未來投資戰(zhàn)略分析報(bào)告

  DSP即數(shù)字信號處理技術(shù)，DSP芯片即指能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號處理技術(shù)的芯片。DSP芯片是一種快速強(qiáng)大的微處理器，獨(dú)特之處在于它能即時(shí)處理資料。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門...

  查看詳情

延伸閱讀

推薦閱讀

猜您喜歡