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數(shù)字化浪潮下，DSP芯片在智能家居中的應(yīng)用

來源：電子發(fā)燒友 黃山明| 發(fā)布日期：2023-10-10 10:04

所謂DSP芯片，即數(shù)字信號(hào)處理器芯片，它能夠?qū)δM信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，具有高速、低功耗、高精度等特點(diǎn)。隨著智能家居向智能化、自動(dòng)化、數(shù)字化的趨勢邁進(jìn)，對DSP的需求也在持續(xù)提升。

DSP芯片的演進(jìn)

20世紀(jì)60年代時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也開始嶄露頭角，并得以迅速發(fā)展。而在那時(shí)，負(fù)責(zé)數(shù)字信號(hào)處理的主要依靠微處理器，也就是MPU來完成。但由于那時(shí)MPU處理速度較低，無法滿足越來越龐大的信息量以及需要高速實(shí)時(shí)處理的迫切需求。因此，一種更快、更高效的信號(hào)處理方式成為當(dāng)時(shí)的重點(diǎn)研究項(xiàng)目，DSP便在這個(gè)時(shí)代背景下誕生。
到了70年代，DSP芯片的理論與算法基礎(chǔ)開始趨于成熟，但這種技術(shù)一開始還只存在于課本之上，即便研發(fā)出來，也僅限于軍事、航空航天部門進(jìn)行少量使用。
1978年，AMI正式推出了全球第一個(gè)單片DSP芯片S2811。一年后，Intel發(fā)布了一款商用可編程器件2920，可以認(rèn)為是DSP芯片的一個(gè)里程碑。不過，這段時(shí)間發(fā)布的產(chǎn)品都沒有現(xiàn)代DSP芯片所必備的單周期芯片。
1980年，日本NEC公司推出的MPD7720，算是第一個(gè)具有硬件乘法器的商用DSP，也被認(rèn)為是第一塊單片DSP器件。兩年后，TI推出了其第一代DSP芯片TMS32010，采用微米工藝NMOS技術(shù)制作，盡管功耗稍大，但運(yùn)算速度比同期的微處理器快了幾十倍。并且這款DSP的問世也標(biāo)志著DSP應(yīng)用系統(tǒng)由大型系統(tǒng)向小型化邁出了重要一步，可以被看做是DSP芯片的重要里程碑。此后，DSP開始得到真正的廣泛應(yīng)用。
目前，隨著以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能為代表的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷增大，集成電路的需求量在上升，每年從國外進(jìn)口的總額也在不斷攀升。
并且伴隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)的普及，DSP的需求也將持續(xù)上升，因?yàn)樵撔酒谔幚?G通信的基帶信號(hào)、信號(hào)解調(diào)、編解碼和射頻前端等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
不過受到產(chǎn)品品牌、性能、應(yīng)用領(lǐng)域等因素的影響，國內(nèi)DSP芯片產(chǎn)品價(jià)格分化明顯，其中軍工及航空航天領(lǐng)域部分產(chǎn)品價(jià)格高達(dá)數(shù)千元，而部分消費(fèi)音頻領(lǐng)域的DSP芯片售價(jià)僅為20元左右。
市場中，DSP芯片國外制造商主要有三家，TI、ADI與摩托羅拉，其中TI占絕大部分國際市場份額，ADI與摩托羅拉也握有部分市場。
而國內(nèi)的DSP芯片起步較晚，國產(chǎn)DSP芯片市場占比較低，國內(nèi)主要DSP廠商有昆騰微、湖南進(jìn)芯、宏云技術(shù)、創(chuàng)成微、本原微、轂梁微、中科昊芯、盧米微、無錫芯領(lǐng)域等。

在智能家居中發(fā)揮重要作用的DSP

DSP本身最大的應(yīng)用之一便是音頻處理，可以實(shí)現(xiàn)各種音效處理、音量控制、降噪、回聲消除等功能。在消費(fèi)電子領(lǐng)域，不少高端TWS耳機(jī)已經(jīng)加入了DSP芯片，以實(shí)現(xiàn)更高階的通話降噪功能。
而在智能家居中，有非常多的產(chǎn)品需要DSP的加入。比如智能音箱、智能電視或其他可以使用語音控制的智能家居產(chǎn)品。
并且不同音頻設(shè)備在語音功能的需求場景都是不同的，比如有辦公需求的會(huì)議音響或視頻通話等設(shè)備，就需要良好的降噪、回聲消除、自動(dòng)增益以及低功耗喚醒等功能。
除了降噪外，低功耗也成為目前DSP芯片的發(fā)展重點(diǎn)。比如歐盟及北美的環(huán)保法規(guī)要求普通智能遠(yuǎn)場語音電視要實(shí)現(xiàn)24小時(shí)待機(jī)喚醒，待機(jī)功耗高達(dá)20W以上。解決功耗問題，才能夠在這些市場中獲得一席之地。
數(shù)據(jù)顯示，2020年我國DSP市場規(guī)模約為136.9億元，2021年收益于人工智能、語音識(shí)別、5G基站通信領(lǐng)域等快速發(fā)展，規(guī)模迅速增長，達(dá)到160億元，2022年市場規(guī)模達(dá)到167.02億元。
從全球市場來看，2021年全球DSP芯片市場銷售額約為36億美元，預(yù)計(jì)2022年到2028年將以6.8%的年復(fù)合增長率增長，到2028年達(dá)到57億美元。
并且隨著生成式AI的發(fā)展，越來越多的廠商開始將自己的語言大模型與智能家居產(chǎn)品進(jìn)行綁定，讓人機(jī)交互更加自然、流暢。而DSP的加入，不僅讓設(shè)備的聲音效果提升，同時(shí)也能讓用戶的語音更好的被設(shè)備聽見、聽懂。
如今不少的DSP產(chǎn)品只支持自有的算法或者必須綁定自有算法銷售，這對于現(xiàn)如今發(fā)展迅速的AI技術(shù)而言，是一個(gè)痛點(diǎn)。但已經(jīng)有部分廠商開始建立靈活開放的系統(tǒng)，來為DSP匹配語音喚醒、降噪、通話增強(qiáng)、音效增強(qiáng)、聲源定位、聲紋識(shí)別等一系列的解決方案，以適應(yīng)當(dāng)前高速發(fā)展的智能設(shè)備。
另一方面，或許有人會(huì)認(rèn)為隨著FPGA的快速發(fā)展，該產(chǎn)品會(huì)憑借其性能優(yōu)勢不斷入侵并蠶食DSP市場。但在現(xiàn)實(shí)市場中，由于受到成本、功耗等因素影響，許多大批量的應(yīng)用并沒有采用FPGA，但可編程的DSP卻不可或缺，這在許多智能家居產(chǎn)品中也得以體現(xiàn)。
依靠更低的成本、更低的功耗，DSP似乎在智能家居中已經(jīng)找到了一條持續(xù)增長的道路，并且隨著智能家居技術(shù)的發(fā)展，對DSP也提出了越來越高的要求。