低功耗技術(shù)革新 - DSP芯片誕生開始究竟帶來(lái)了什么？

低功耗技術(shù)革新

我開始思考，我們?nèi)绻胍淖兪澜?，那么產(chǎn)品必須變得更加便攜。這驅(qū)使我把功耗當(dāng)做IC設(shè)計(jì)的重要部分。低功耗技術(shù)的革新是便攜領(lǐng)域從模擬轉(zhuǎn)向數(shù)字的本質(zhì)要求。于是我又從頭到尾研究了一遍數(shù)字信號(hào)處理，尋找降低功耗的方法。后來(lái)我選擇了數(shù)字信號(hào)處理的一項(xiàng)基本功能---- MAC功能。

令我感到意外的是，數(shù)字信號(hào)處理器件的功率損耗（以Mw/MMACs計(jì)）平均每18個(gè)月會(huì)減掉一半。于是，我拿著一張對(duì)比圖表來(lái)敦促我們的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，讓他們將功耗作為一個(gè)優(yōu)先課題。我創(chuàng)造了一個(gè)“Gene’s Law”定律，意思是，為了迎合客戶的需求，我們平均每?jī)赡昃鸵压慕档鸵话耄琓I也一直很果敢地?fù)?dān)當(dāng)著這個(gè)重任。TMS320C54x產(chǎn)品誕生后，我們實(shí)現(xiàn)了讓手機(jī)通話時(shí)間持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，待機(jī)時(shí)間持續(xù)數(shù)天。

1992年，世界上首個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)開始部署，并且承諾將要實(shí)現(xiàn)低成本、無(wú)處不在和便攜通訊。

十年后，全球手機(jī)用戶量達(dá)到了10億部，而到了今天，這個(gè)數(shù)字變成了50多億。從最初只支持語(yǔ)音通話的簡(jiǎn)單移動(dòng)電話，變成了如今一個(gè)支持語(yǔ)音與數(shù)據(jù)的多媒體平臺(tái)。要在同樣的功耗下將手機(jī)和基站的性能提升10倍，這對(duì)于TI來(lái)說(shuō)又是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。隨著用戶界面和應(yīng)用程序越來(lái)越重要，TI為手機(jī)研發(fā)了第一套多媒體處理器，運(yùn)用OMAP應(yīng)用平臺(tái)。它其中包含卓越的通用處理器、圖形和數(shù)字信號(hào)處理等功能，應(yīng)用于高質(zhì)量相機(jī)、高清視頻和音樂。

融入到每一部數(shù)字處理系統(tǒng)

也許有人會(huì)覺得DSP作為一個(gè)產(chǎn)品，從一文不值到創(chuàng)造每年數(shù)十億美元的價(jià)值之后又銷聲匿跡很奇怪。但是這確實(shí)是一個(gè)好消息的開始。它并沒有銷聲匿跡，只是融入到了每一部數(shù)字處理系統(tǒng)中而已。

為什么這么說(shuō)呢，因?yàn)槲覀冊(cè)贗C技術(shù)中所做的努力已經(jīng)允許在硅芯片中嵌入DSP。曾經(jīng)的DSP是非常大的，而如今卻小到幾乎看不見。首個(gè)可編程DSP TMS32010將其裸片的四分之一用于乘法器，而現(xiàn)在的乘法器如此的小就像曾經(jīng)用過(guò)的接合墊。DSP的核心理論現(xiàn)在也可以在嵌入式處理器世界中獲得更大的發(fā)揮價(jià)值。

從另一個(gè)角度看來(lái)，我們也在針對(duì)特定市場(chǎng)的需求為我們的信號(hào)處理器進(jìn)行著優(yōu)化。與其說(shuō)我們打造了一條DSP產(chǎn)品線，不如說(shuō)我們打造了一條通信信號(hào)處理器、音頻信號(hào)處理器、視頻信號(hào)處理器、圖像信號(hào)處理器和馬達(dá)控制處理器的產(chǎn)品線，所有這些都能采用DSP的理論和硬件。

很顯然，下一步是很關(guān)鍵的，就是我們要將DSP集成在各種系統(tǒng)處理器（像ARM）、各種加速器和外設(shè)中，通過(guò)集成化這些元素，我們就創(chuàng)造出了完整的嵌入式處理器的系統(tǒng)解決方案。所以信號(hào)處理的歷史，從發(fā)現(xiàn)DSP理論到目前為止，可以總結(jié)為信號(hào)處理理論到信號(hào)處理器產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變，甚至是到嵌入式處理器系統(tǒng)的使能器的轉(zhuǎn)變。

而DSP的第三個(gè)發(fā)展方向是創(chuàng)造了多線程處理架構(gòu)。隨著具有特定應(yīng)用的系統(tǒng)漸漸興起，從可編程的處理器轉(zhuǎn)向可配置處理器，再到單功能處理器，這些都是合理的。因?yàn)閷?shí)際信號(hào)的平行性，這種轉(zhuǎn)移到固定功能單元是普遍的。在RISC處理器與多種可配置IP模塊組合后的控制下，一個(gè)嶄新的嵌入式處理系統(tǒng)出現(xiàn)了。

這與一臺(tái)設(shè)備中有多個(gè)完全相同的處理器概念是不同的，這個(gè)信號(hào)處理的世界是雖然符合阿姆達(dá)爾定律（阿姆達(dá)爾定律的主要觀點(diǎn)是隨著系統(tǒng)中處理器的不斷增加，系統(tǒng)的速度將會(huì)趨于穩(wěn)定）的世界，但這個(gè)世界又是一個(gè)特例，因?yàn)樵撓到y(tǒng)可以被拆成數(shù)個(gè)小的專用并行處理單元。而這些單功能的加速器具有更高的性能、更低的功耗和更低的成本，使得系統(tǒng)更加的穩(wěn)定易用。

這三項(xiàng)重大的研發(fā)成果把我們帶到了今天，這是一個(gè)多么令人興奮的時(shí)代，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們?nèi)匀辉趯ふ抑跷覀兿胂蟮臋C(jī)遇。在客戶方面看來(lái)：技術(shù)允許DSP成為高度優(yōu)化的解決方案的一部分，滿足了他們差異化的需求，與那個(gè)微處理器的只有一種通用型號(hào)的時(shí)代形成了鮮明對(duì)比。有了高度優(yōu)化的SoC，我們可以提供更高的性能、更低的功耗和更低的成本。

DSP技術(shù)未來(lái)前景

通過(guò)提升處理器的性能，我們還可以探索一些我們過(guò)去沒有考慮到的新信號(hào)。例如，即將引入的3D圖像和視頻分析。的確，這些概念已經(jīng)存在很多年了，但是我們現(xiàn)在才有足夠的處理性能來(lái)精確地做一些得心應(yīng)手的處理。

我親身經(jīng)歷了從DSP誕生，幫助其成長(zhǎng)，到眼見其成熟。我也見證了從當(dāng)初的一個(gè)器件到如今的每個(gè)器件中都有DSP的技術(shù)。

通過(guò)TI的DSP技術(shù)，我們很快將會(huì)看到，現(xiàn)在那些很笨重很昂貴的醫(yī)療設(shè)備通過(guò)TI DSP技術(shù)將會(huì)變得小到可以拿在內(nèi)科醫(yī)生和急診醫(yī)生的手中；便攜超聲儀器將很快應(yīng)用于阿富汗和伊拉克的野戰(zhàn)醫(yī)院中，它們也將改變印度和中國(guó)的醫(yī)療保健現(xiàn)狀；空調(diào)等家用電器進(jìn)行了調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制以后，效能正在發(fā)生戲劇性的改進(jìn)。

這些都是真正激動(dòng)人心的偉大時(shí)刻。TI的DSP技術(shù)正在讓人們的生活更健康、安全、環(huán)保、智能，也更有樂趣。而且，就DSP技術(shù)為世界帶來(lái)的改變來(lái)看，我們現(xiàn)在還僅僅是享受到皮毛而已。