發布日期：2022-07-14 點擊率：29
互聯網、寬帶連接技術、無線和有線通信技術、家庭網絡、有線或互聯網協議(IP)電視以及其他DSP技術目前在大多數家庭中都已成了標準技術。在其共性中,最明顯的一點就是,它們的方向都是由外而內的,但正在新興的數字技術的滲透方向卻正好相反,即從家庭始由內而外。這些“digital self”的最重要特征在于,無論用戶身處何地,都將有數字技術相伴隨。
自TI于25年前推出首款DSP以來,情況發生了許多變化,其中包括這種令人驚奇的技術的許多性能參數也發生了改變。不過,在過去15年間,至少DSP技術的一個方面始終保持不變,即它能以智能的方式將現實的模擬世界信號同步轉化為數字實現。現在,“digital self”能將個人的特性通過便攜式音樂和視頻播放器、無線智能電話和多媒體手持設備、移動游戲機、手持電腦乃至許多其他新型設備的方式加以體現,而且由于DSP的作用,這些設備大多數都能隨時隨地與互聯網互通互連。
繼續發展提升
DSP技術不斷滲入到當前社會生活的各個領域,考慮到DSP過去多年來的蓬勃發展,這絲毫不足為奇。令人尊敬的老大哥Speak-and-Spell學習輔助工具(“Speak-and-Spell”device)是一款基本的應用,也是DSP肇始的鼻祖,如今DSP已經發展成為具備強大處理功能、超低功耗、超高的成本效益、易于集成以及各種其他優異特性的高性能器件。上述特點使DSP技術不斷應用于當前各種最新的先進電子設備和消費類電子應用中。事實上,眾多不同類型的系統目前都已經離不開DSP技術了。
過去25年來,各種演進因素推動DSP技術不斷發展到當前的地位。舉例來說,實時處理性能飛速提升。TI推出首款DSP時,其頻率約為10～30MHz的范圍。但制造工藝技術領域的進步、CMOS集成與器件封裝領域的創新、超低功耗、最新實時數據處理技術以及其他突破性技術都取得了大幅進展,從而推動頻率飛速發展。如今最快速的單內核DSP的運行速度都已超過1GHz(1,000MHz)。
DSP技術實時處理速度的飛速發展對電子技術廣泛深入社會生活的各個領域、越來越多地影響人們日常生活等方面發揮了巨大的作用。隨著20世紀80年代以及20世紀90年代Speak-and-Spell與數字手表等新產品的推出,DSP開始不斷催生各種新型消費類電子應用的涌現(參見圖1)。舉例來說,便攜式手機的快速發展就是DSP獨特功能集成作用的具體體現,不僅改變了人們交流談話的方式,而且還改變了人們的生活方式。
圖1:DSP的制造工藝的不斷演進促進了移動電子設備的發展。
在處理速度飛速發展的同時,DSP技術不斷進步的另一重要因素在于,越來越小型化的制造工藝取得深入進展。首批DSP所采用的工藝技術為幾毫米級的工藝,很快,制造工藝就發展到了幾微米級的水平。隨后,到了上世紀90年代末,業界開始熱烈探討一微米以下級別的工藝,從而實現前所未有的“亞微米”級工藝技術。不過,隨著新世紀的到來,DSP工藝技術已經達到毫微米,即納米的水平。過去幾年來,工藝技術不斷向微型化發展,從130nm到90nm再到65nm不斷進步。如今,45nm工藝技術已經出現,業界正快速向“亞納米”級工藝技術發展。
DSP工藝技術不斷向微型化方向縮小,對DSP的處理能力有著巨大的影響,從而也顯著影響著基于DSP的系統的功能。更先進的微型化制造工藝有助于提高規模經濟效益,降低產品成本,因為相同數量的原材料能制造出數量更多的芯片。這同時也有助于降低DSP系統的價格,從而相應擴大產品的市場領域。DSP芯片的更先進制造工藝技術還有助于降低功耗,使高級DSP處理功能能夠應用到電池電量有限的便攜式系統中。如果沒有DSP技術的低功耗特性,目前眾多流行的移動消費類電子產品根本就不可能出現。此外,更小型的芯片制造工藝和超低功耗特性還有助于促進更高密度集成式電路板的發展。由于散熱量進一步降低,可以將芯片集成得更加緊密。例如,基于DSP基礎局端通信系統以前在電路板上只能放置一顆DSP,現在則能安裝10顆乃至更多的DSP,這能在使設備外形更小巧的同時將性能提高10倍乃至更高。
在DSP處理性能不斷提高以及制造工藝技術微型化發展的同時,還出現了另一個影響深遠的技術發展趨勢,即DSP開發人員開始在DSP芯片上集成創新功能。在早期階段,DSP基本上就是簡單的計算引擎,輸入/輸出(I/O)功能極少。在上世紀70年代和80年代間,采用DSP芯片的系統都無一例外地配套采用微處理器或微控制器作為系統的主處理器,DSP只負責專門任務,通常是計算強度較大的任務,而主處理器則負責系統管理。在上世紀90年代間,DSP開始與多種處理內核和種類豐富的外設接口實現高度集成。這一趨勢在片上系統(SoC)DSP器件開發的同時得以不斷繼續,開始在同一顆硅芯片上集成RISC和DSP處理內核以及外設接口乃至其他各種類型的功能。
DSP一直在不斷集成越來越多的新功能。近年來,DSP通過SoC技術集成了其它多種類型的處理內核,比如可利用單顆芯片支持整個小區網關。
隨著高集成度DSP芯片與SoC的開發,電子產品的成本也在不斷降低,同時也為更多消費領域不斷帶來最新的DSP應用。高集成度可在減少芯片數量和縮小系統實施所需電路板面積的同時推動價格的降低。此外,芯片級集成由于減少了需供電的芯片數量,因此也有助于進一步降低功耗,從而促進了移動應用的發展。
過去25年來推動DSP技術發展的諸多因素都與“digital self”的出現息息相關。個人電子設備多種多樣且靈活多變,使人們能夠通過所擁有的數字化設備自由地進行自我表達。可以在實現設備小型化、降低功耗的同時,提供更高的實時處理能力(參見圖1),因此DSP技術為移動系統帶來了理想的特性組合,解決了“digital self”充分發展的技術障礙,徹底消除了時間與空間的限制。
數字化的自我表達
每個人都可擁有“digital self”,這不僅僅限于個人所擁有數字設備的總合。“digital self”是指通過數字用戶設備、內容和應用加以創造性自我表現的個性部分。事實上,DSP的快速發展進一步豐富了“digital self”的魅力,現在人們數字化展現自我的方式是25年前所根本無法想象的,甚至在10年乃至5年前也是不可思議的。
當然,“digital self”通過DSP技術的支持在數字家庭中得以充分自我展現。高清視頻(HD)等家庭創新技術必將繼續發展,并成為自我表達的重要部分。事實上,新型的媒體編解碼器已經為家庭提供了如電影畫面般栩栩如生的視頻,而且還減少了網絡帶寬的占用。支持藍光DVD電影、HD視頻會議、HD視頻監控以及其他創造性HD媒體技術的最新多通道HD設備已在不斷涌現。
家庭數字環境固然為“digital self”的表達提供了非常好的環境,但任何類型的自我表達決不局限于時間或空間。現在,DSP正在幫助“digital self”掙脫各種束縛,使其沖出數字家庭的范疇,向更廣闊的領域發展。
無論媒體格式如何,連接技術都必須不斷加速推廣,這樣才能幫助“digital self”繼續繁榮發展。業界已經看到DSP對寬帶帶寬容量和利用率的影響。在短短20年間,數據調制解調器的速度提升了7千倍,從1985年的每秒數百KB增長到了目前GPON和DOCSIS連接技術的每秒好幾MB。局域網(LAN)與蜂窩數據技術在吞吐量方面也實現了大幅攀升。
就像基本性能大幅提高一樣,DSP對降低系統成本同樣十分重要。規模經濟效益、更高的集成度以及其他DSP發展都推動著整體系統成本不斷下降,并加速了基礎設施連接技術的推廣。因此,“digital self”的連接選擇已經獲得大幅擴展,實現了大范圍推廣。
以自我為中心的新型應用能夠充分利用基于DSP的網絡和實時處理功能,而這種應用不斷向更高級的個性化和移動性能發展。MySpace和YouTube的成功現象說明,互聯網正在發揮越來越大的社會關系網絡作用。人們能在網絡空間搜索、學習、表達、共享,這將進一步加強社交網絡門戶在市場中的地位,并針對更加細分的人群和社會團體增強其專業性魅力。
通過個人移動設備表達“digital self”的趨勢已經成型(參見圖2)。移動媒體播放機具有各種形狀大小,支持多種音頻、視頻、通信及存儲功能。此外,基本的單通道、單一格式媒體處理技術不斷向能夠同時處理多通道音頻、視頻、網絡和其他各種類型媒體的播放器方向發展,其背后發揮作用的正是DSP創新技術。此外,新技術還支持多種媒體格式,如MPEG、JPEG、MP3等。
圖2:將DSP與其他類型的處理器核集成到同一SoC芯片中。
即便用戶離開了媒體內容集中存儲的位置,“digital self”技術仍能訪問歌曲、視頻、游戲以及其他創造性娛樂內容。互動式聯機視頻游戲以前僅限于固定的游戲機和固定的位置,現在則能在支持DSP的移動平臺上實現幾乎無所不在的游戲功能,通過DSP來完成通信、媒體以及圖形處理功能。
返璞歸真
由于“digital self”的核心就是自我表達,因而任何技術層出問題、發生延遲或者造成自我表達的復雜化,都會影響創造性的自我表達。顯然,命令行界面是不夠的,甚至圖形化界面也不能保證簡便易用性。幸運的是,支持DSP的視頻處理和語音識別引擎采用寬帶編解碼器(編碼器/解碼器)實現了持續不斷的發展,并將很快成為今后高級語音控制層的基礎。
HD語音處理功能將超越當前的運營商級音質或標準清晰度音質,為“digital self”提供方便易用的數字內容和應用互動方式。HD語音能方便地捕獲到日常交談的所有含義和微妙語境。基于DSP的語言識別引擎不僅能大幅擴大單詞量,而且還能了解說話的背景和感情色彩。
圖3:實際上,無論什么地方和什么時間,“digital self”通過DSP主導的應用和設備來展現自我的機會都是無限的。
可靠性與互操作性對“digital self”與技術的互動也發揮了重要作用。無所不在的監控系統將在所有基礎設施和數字環境的端點設備中全面采用DSP技術。網絡中各種DSP器件和面向用戶的系統所收集的數據將支持智能處理,以找到運算性能不佳的地方,并進行自我修正,從而確保“digital self”技術的可靠性。
基業常青,發展無限
顯然,在“digital self”超越數字家庭不斷向外圍發展方面,DSP技術發揮了重要的作用。從實用角度來講,DSP技術專家確保技術的發展適應“digital self”表達的要求。DSP不是簡單地提供技術,等著人們的生活方式適應于新的應用,而是根據“digital self”的需求不斷提供新的功能,逐漸做到無所不在。最終,DSP技術的超豐富功能將幫助“digital self”在幫助人們實現長期向往的那種無所不在的家庭式自由感,而不僅局限于目前概念的家庭這一特定的物理地點。
作者:Pradeep Bardia
全球行銷經理
Michael Stich
業務提供策略經理
數字信號處理系統部
TI公司
