DSP芯片，國產方案不斷涌現

和計算機一樣，數字信號處理的理論從60年代崛起以來，到80年代DSP產生，它飛速發展改變了信號處理的面貌。今天DSP已廣泛應用在語音、圖像、通訊、雷達、電子對抗、儀器儀表等各個領域。DSP起了十分關鍵的作用，成為數字電路設計的主要方法。

那麼DSP究竟發揮着哪些作用呢？

DSP的主要作用

數字信號處理器（DSP）是一類專門用於實現數字信號處理算法的半導體器件，其與CPU、GPU、FPGA並稱為「四大通用芯片」。

CPU（中央處理單元）是計算機體系結構的核心，負責執行程序中的指令；GPU（圖形處理器）是一種專門用於圖形渲染的處理器。FPGA是一種可編程邏輯器件，其內部由多個邏輯門組成，可以通過編程實現各種複雜的邏輯功能；而DSP擅長執行大量的乘法和加法運算，通常用於實時信號處理、數字濾波、頻譜分析等領域。

在實際應用中，根據不同的需求和場景，可以選擇合適的處理器架構。例如，對於需要大量遞歸操作和不便拆分的算法，DSP可能是更好的選擇；對於需要大規模並行計算的任務，GPU可能更適合；而對於需要靈活性和可編程性的應用，CPU可能是*選擇；FPGA則適用於需要大規模邏輯設計和實時性要求高的場景。

在實際工作中，DSP與ADC（模數轉換器）、DAC（數模轉換器）又有着緊密的關係。

ADC 的主要作用是將模擬信號轉換為數字信號。在很多信號處理系統中，現實世界中的信號大多是模擬信號，如聲音、温度、壓力等。而 DSP 只能處理數字信號。所以，ADC 作為連接模擬世界和數字處理世界的橋樑，將模擬信號轉換為數字信號后，提供給 DSP 進行各種數字信號處理操作。

例如，在音頻處理系統中，麥克風採集到的聲音信號是模擬信號，通過 ADC 轉換為數字信號后，DSP 可以對其進行濾波、降噪、均衡等處理，以提升音頻質量。

DAC 的作用與 ADC 相反，它將數字信號轉換為模擬信號。當 DSP 完成對數字信號的處理后，往往需要將處理后的信號輸出到模擬設備或系統中，這時就需要 DAC 進行數模轉換。

例如，在數字音頻播放系統中，DSP 對存儲的數字音頻文件進行解碼和處理后，通過 DAC 將數字音頻信號轉換為模擬音頻信號，再驅動揚聲器發出聲音。

一些DSP芯片的實際應用

20 世紀70年代，DSP芯片處於理論先行的階段；20 世紀80年代，DSP芯片處於產品普及的階段，*代、第二代、第三代DSP芯片誕生，90年代是DSP發展最快的時期，相繼出現了第四代和第五代DSP芯片。

這些芯片在系統集成度、運算速度和應用範圍上都有了顯著提升。第五代DSP芯片將DSP芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上，不僅在通信領域大顯身手，還逐漸滲透到人們日常消費領域。

通信是DSP的一大應用市場

隨着DSP技術的飛速進步，其在通信領域的應用愈發廣泛且深入。無線通信網絡，如4G、5G乃至未來的6G技術，都高度依賴於DSP的高效運算與實時處理能力。

在無線通信基站中，DSP芯片作為核心處理單元，負責處理複雜的信號調製解調、信道編碼解碼、多用户接入控制等關鍵任務。這些功能要求極高的計算速度和精度，以確保數據傳輸的高效性和可靠性。DSP通過其強大的並行處理能力和優化的算法庫，能夠實時處理海量的數字信號，支撐起大規模用户的高速數據通信需求。

DSP成為智能家電的加速器

DSP技術高效、靈活的特性也吸引了家電行業的目光。

在家電領域，DSP 可實現各種音效處理、音量控制、降噪、回聲消除等功能，提升智能音箱的音頻質量和語音識別效果；還可以用於處理電視音頻信號，實現音效增強、均衡等功能；在抽油煙機中，加入 DSP 語音芯片后，抽油煙機不僅能夠在燃氣泄漏時進行真人語音報警，還能為老人、視力不好的羣體提供便利；此外，DSP 還可以幫助具備遠場語音控制功能的家電實現更遠距離的語音接收和識別，並進行降噪處理。

DSP在工業自動化領域發揮更大作用

早期DSP在工業中的應用，主要集中在提高工業設備的控制精度和響應速度，例如在電機控制、電力電子變換、運動控制、過程控制等領域。DSP芯片能夠實時處理複雜的控制算法，實現精準的閉環控制，從而提高生產效率和產品質量。

在現在工業自動化應用中，DSP芯片正在發揮更大的作用。比如在變頻器、伺服驅動器等應用中，相比傳統MCU方案，DSP能實現更精確、更快的電機速度控制、轉矩控制及能量優化。例如用於電梯門控器和曳引機等場景，可以保障電梯穩定、高效運行；在地鐵門控制中，採用DSP全數字控制技術的電子門控器，可集成車門的控制、監測、診斷、自學習和網絡通訊等功能，保障車輛運營安全。

汽車漸成DSP新應用市場

從分佈式向集中式演進，汽車的電子電器架構日益被分為五大功能域——動力域、底盤域、車身域、座艙域和自動駕駛域，各自實現基本功能。在動力域，DSP可以實現對主電機、直流電壓轉換DC-DC、車載充電機OBC的控制等。憑藉數據和程序相互獨立的總線結構、獨特指令集和豐富數模外設資源，DSP在同等主頻下能大幅提升算力，實現複雜的控制規律，保證實時性能。

車身域也是汽車電子系統重要的組成部分，包含汽車門窗、燈光、雨刮、電動座椅、空調控制等與車內駕乘體驗息息相關的應用，散熱風扇控制、油泵/水泵控制等混動汽車安全控制相關的電機應用，均需要進行實時的採集外部信號、實現複雜電機計算和相應控制，DSP芯片也非常適合使用在這些場景當中。

DSP芯片，國產方案不斷涌現

從世界上*顆DSP誕生至今30年來，國際一線老牌芯片廠商長期佔據*技術和市場地位，主要廠商有3家：TI、ADI和摩托羅拉，其中TI公司獨佔鰲頭，佔據絕大部分的國際市場份額，ADI和摩托羅拉公司也有一定市場。

中國的DSP芯片產業起步較晚，但同時中國也是全球DSP芯片*的應用市場。據悉，2022年我國DSP芯片需求量約為4.7億顆，然而這一年中國DSP芯片的產量僅有4755.7萬顆。人工智能、語音識別、5G基站通訊領域等快速擴張，中國對於DSP芯片的整體需求也在快速上漲。

近年來，政府出臺了一系列有利於DSP芯片產業發展的政策。政府還積極推動DSP芯片行業的數字化融合，促進計算機、通信和消費類電子產品的數字化融合發展，為DSP芯片提供了進一步的發展機會。

與此同時，國內DSP芯片製造商正穩步前行，在技術創新與市場開拓上不斷取得突破，有效削弱了國際市場的壟斷格局，提升國產芯片的市場佔有率與競爭力。

目前，國內DSP芯片廠商主要有中電14所、中電38所、湖南進芯電子、中科昊芯、北京中星微電子等。

進芯電子已推出多款新能源汽車解決方案

2012年成立的湖南進芯電子，6年間不斷突破技術壁壘，於2018年正式推出自研DSP進入工控市場，填補了國內空白。如今進芯電子已成為國內DSP產品線最為豐富的廠商之一，主要用於工業控制、新能源、電動汽車以及物聯網等領域。

針對汽車應用，進芯推出了符合IATF16949，AEC-Q100 Grade1標準的強大產品陣容，包括：32位浮點高性能DSP芯片AVP32F335系列，32位定點實時控制DSP芯片ADP32F034、ADP32F035系列，32位定點車身控制DSP芯片ADP32F036、ADM32F036系列, 16位定點高性價比DSP芯片ADM16F03系列；全面匹配電動汽車從動力域到車身域的多種應用。

解決方案方面，例如在新能源汽車動力系統中，AVP32F335 系列芯片可以實時採集電機的運行數據，通過高效的數字信號處理算法，快速準確地計算出控制指令，實現對電機的精確調速和扭矩控制，從而提高汽車的動力性能和能源利用效率。同時，它還可以對電池管理系統進行監控和優化，確保電池的安全和長壽命使用。在家電產品中，可用於空調的變頻控制，實現更節能、更精準的温度調節。

爲了讓汽車空調實現快速啟動、速冷速熱、運行穩定、節能靜音等功能，進芯電子推出汽車空調壓縮機方案。該方案以進芯32位DSP車規芯片ADP32F035BQ為控制核心，以針對汽車空調壓縮機的自研無感FOC控制算法，能夠很好的觀測負載的轉速和轉矩，具有啟動快速可靠、低速大扭矩、高速運行平穩、噪聲小、效率高等特點。

隨着汽車產業「新四化」的加深，風扇、冷卻液泵等車載小型設備的電氣化控制也在不斷推進。電子風扇幫助內燃機、電池等發熱設備進行散熱，是車載熱管理系統中的重要一環。

目前電子風扇市場大多使用小型無刷直流電機驅動解決方案，為此，進芯電子推出了功率400W-12V/600W-24V電子風扇解決方案。該方案採用PWM/LINK通訊方式進行調速和故障反饋，使用單電阻弦波方案，具有順逆風啟動、電路簡單、控制穩定、成本低等優點。電子風扇方案以進芯ADM16F03A2 DSP作為主控芯片。

中科昊芯致力於RISC-V DSP芯片研發

中科昊芯的RISC-V DSP 芯片 HXS320F280039C、HXS320F28379D 等產品具有以下優勢：採用了 RISC-V 指令集架構，解決了 DSP 芯片知識產權和生態壁壘的問題；其數學優化型內核在矢量計算 / 變換、三角函數、數字微積分、浮點計算方面的速度較國外同類型號產品可實現 50% 至 110% 的提升；構建了完整的 RISC-V DSP 集成開發環境，並自研了 HawkING IDE 開發工具以及多樣化的 flash 下載工具，能夠給客户提供完整的算法庫、驅動庫，幫助客户降低遷移成本、縮短開發周期。

這些芯片可廣泛應用於新能源汽車、儲能及光伏、白色家電、數字電源等市場。在新能源汽車領域，可用於電機控制、電池管理等系統，實現對車輛動力的精確調控和能源的高效利用；在儲能及光伏系統中，有助於提高能源轉換效率和系統的穩定性；在白色家電方面，可提升家電的智能化控制水平和性能；在數字電源領域，能夠優化電源的輸出質量和效率。

例如在光伏及儲能逆變器中，HXS320F280039C 芯片可以快速處理和分析大量的實時數據，實現對光伏陣列的*功率點跟蹤（MPPT），提高能源轉換效率。在白色家電中，如空調、冰箱等產品，通過該芯片可以實現更精確的温度控制、節能管理和智能化運行模式。

以其在白色家電中的應用為例，具體產品如智能空調，利用中科昊芯 DSP 芯片的快速運算能力和精準控制特性，實現更精確的温度調節、風速控制以及節能運行，提升用户的舒適度和空調的能效比。同時，其豐富的片上資源簡化了空調的硬件電路設計，降低了成本。

國產 DSP 處理器芯片在通信、消費電子、工業控制等多個特定領域和應用中，已經逐漸嶄露頭角。儘管與國際*廠商相比，國產DSP在某些技術指標和應用領域仍有差距，但其發展勢頭強勁，未來有望在更多領域實現突破。

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