DSP芯片誕生開(kāi)始究竟帶來(lái)了什么？

DSP芯片，也稱數(shù)字信號(hào)處理器，是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。其獨(dú)特之處在于它能即時(shí)處理資料，正是這項(xiàng)即時(shí)能力使得DSP最適合支援無(wú)法容忍任何延遲的應(yīng)用。

其內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開(kāi)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來(lái)快速的實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法?，F(xiàn)在DSP產(chǎn)品很多，定點(diǎn)DSP有200多種，浮點(diǎn)DSP有100多種。目前主要供應(yīng)商有 TI、ADI、Motorola等，其中 TI 占有最大的市場(chǎng)份額主導(dǎo)產(chǎn)品。

TI公司在1982年成功推出了其第一代DSP芯片TMS32010，這是DSP應(yīng)用歷史上的一個(gè)里程碑，從此DSP芯片開(kāi)始得到真正的廣泛應(yīng)用。由于TMS320系列DSP芯片具有價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易用、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，所以逐漸成為目前最有影響、最為成功的DSP系列處理器。

此前，TI首席科學(xué)家Gene Frantz（方進(jìn)）撰文，詳細(xì)敘述了TI DSP的發(fā)展歷程與其本人與DSP的不解之緣，這也是DSP技術(shù)不斷創(chuàng)新的動(dòng)力源泉：

DSP的理論首次被提出是在20世紀(jì)六十年代中期，當(dāng)時(shí)我還在讀高中。到了七十年代初，我聽(tīng)說(shuō)數(shù)字信號(hào)處理可以在通信方面起到一些神奇的作用。后來(lái)我在德州儀器的計(jì)算器部門工作，同時(shí)攻讀我的碩士學(xué)位，也正是那時(shí)，我在一本名叫《Digital Signal Processing》的教科書中接觸到了數(shù)字信號(hào)處理的理論，那是1977年。

從負(fù)責(zé)Speak &Spell產(chǎn)品開(kāi)始

在20世紀(jì)70年代，數(shù)字信號(hào)處理還僅僅是一項(xiàng)受限于計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)操作實(shí)現(xiàn)能力和掌握熟練DSP技能的工程師的技術(shù)。而我是負(fù)責(zé)Speak &Spell這個(gè)產(chǎn)品的團(tuán)隊(duì)中的一員。這款產(chǎn)品是首次搭載DSP技術(shù)的兒童玩具，通過(guò)合成語(yǔ)音來(lái)進(jìn)行啟蒙教育。

這個(gè)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立之初只有四個(gè)人。Paul和我負(fù)責(zé)產(chǎn)品研發(fā)這一塊。我們還拉入一個(gè)IC架構(gòu)師Larry Brantingham，和一個(gè)語(yǔ)音系統(tǒng)專家Richard Wiggins。能趕上那個(gè)時(shí)機(jī)對(duì)我們來(lái)說(shuō)真的很幸運(yùn)。記得那是1976年的秋天。

圖1 拍攝于1978年夏天，正值Speak & Spell最初開(kāi)發(fā)的階段，從左至右：Gene Frantz， Richard Wiggins， the Speak & Spell， Paul Breedlove and Larry Brantingham

在為這款產(chǎn)品的可行性研究確立了內(nèi)部資金之后，我們四個(gè)開(kāi)始了這項(xiàng)工程的可行性研究。1976年的12月，我們用一臺(tái)內(nèi)嵌陣列處理機(jī)的TI-980電腦來(lái)進(jìn)行演示。我們?cè)O(shè)計(jì)了芯片組并且在1978年成功推出了原型機(jī)。在6月份芝加哥舉辦的CES（美國(guó)消費(fèi)電子展）展會(huì)上，我們?yōu)檫@款產(chǎn)品進(jìn)行了宣傳。8月份，Speak& Spell就開(kāi)始投產(chǎn)了。首次出貨進(jìn)入市場(chǎng)是在9月份。1982年，Speak& Spell出現(xiàn)在了斯蒂芬?斯皮爾伯格的大片ET中，從而成為了流行文化的巔峰之作。

當(dāng)時(shí)，我感覺(jué)我們是走在DSP技術(shù)革命的最前沿，我們也意識(shí)到了半導(dǎo)體技術(shù)可以廣泛地商業(yè)化，而關(guān)鍵要做的就是培養(yǎng)足夠多的DSP工程師，同時(shí)要讓客戶能夠跨越這個(gè)新舊技術(shù)交替的鴻溝，讓他們肯去冒這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，而且我們要打造出一個(gè)簡(jiǎn)單易用的平臺(tái)。正如我所看到的，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)擁有無(wú)限的潛力，它將在手機(jī)、成像、醫(yī)療電子、安防等領(lǐng)域掀起一場(chǎng)數(shù)字革命。

加入到TI新成立的DSP團(tuán)隊(duì)

有了做Speak& Spell的經(jīng)驗(yàn)之后，我加入到了TI新成立的DSP團(tuán)隊(duì)，我們通過(guò)這個(gè)團(tuán)隊(duì)，把這項(xiàng)革新的技術(shù)推廣給大眾。我們從拜訪那些數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的權(quán)威教授開(kāi)始，為他們提供TI當(dāng)時(shí)的主流可編程DSP設(shè)備的硬件和軟件，讓他們來(lái)進(jìn)行研究和實(shí)施，從而加速這種技術(shù)在市場(chǎng)上的擴(kuò)散。

但是這些還不夠，TI需要加速那些DSP人才的培養(yǎng)，所以我們贊助了教科書、實(shí)驗(yàn)室，捐贈(zèng)了設(shè)備，還游說(shuō)了全球各地的教授來(lái)推動(dòng)大學(xué)中的DSP教育，無(wú)論是博士還是學(xué)士，都有機(jī)會(huì)接觸到DSP的課程。我還看到了客戶對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)習(xí)培訓(xùn)和應(yīng)用說(shuō)明的需求。我們的第一款產(chǎn)品是TMS32010，性能達(dá)到了5MIPS，并擁有55000個(gè)晶體管。1982年2月4日我們?cè)贗SSCC上發(fā)布了這款產(chǎn)品，一年以后進(jìn)入市場(chǎng)。圖2是TMS32010的裸片圖。

圖2 TMS32010的裸片圖，擁有3-nm NMOS的設(shè)計(jì)技術(shù)以及大約 50，000 邏輯門電路庫(kù)。