时间：2024-07-25 来源：网络搜集 关于我们 0
导读
在数字化浪潮的推动下，数字信号处理器（DSP）芯片以其独特的实时处理能力，成为现代工业和智能制造不可或缺的核心。DSP芯片，这一从通用计算机中的微控制器（MCU）演化而来的技术，以其结构的简化、高可靠性、快速处理能力、强大的控制功能和优越的环境适应性，展现出了显著的多重优势。本文笔者将详细分析DSP芯片赛道技术壁垒、应用场景及竞争格局等。
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DSP芯片赛道技术壁垒高，有着不少设计难点
DSP，也称数字信号处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。其独特之处在于它的即时处理能力。相比于通用型MCU，DSP最适合应用于无法容忍任何延迟的场景，特别是在工业控制领域。
图1：DSP芯片（来源：网络）
DSP芯片是从通用计算机中的MCU演化而来，相较于工业控制领域的MCU，它展现出了多方面的优势：一是系统结构简单，使用方便，实现模块化；二是可靠性高，可保持长时间无故障工作；三是处理功能强，速度快；四是控制功能强；五是环境适应能力强。
DSP（数字信号处理器）与CPU、GPU和FPGA同属于四大主流处理器系列，已经广泛应用于手机、家电、汽车、高铁、工业控制、无人机等诸多领域。与CPU相比，DSP功能更专一，比FPGA计算效率更高。经过数代产品更迭，DSP目前主要形成两种产品形态：一种是单芯片，另一种是以IP或处理单元的形式集成在SoC中。伴随多核异构趋势的发展，单芯片、独立DSP正在越来越多地转向SoC的一个处理单元。
DSP芯片的研发是一项系统工程，设计难点主要集中在以下几个关键领域：
1）DSP的设计需要顶尖的芯片架构师。优秀的芯片架构决定了芯片的整体性能，而专家级芯片架构师人才在国内屈指可数，非常稀缺。
2）DSP的设计要懂得各类处理器的设计，了解指令集和物理结构，具备ADC、电源管理、PLL等核心模块的设计经验。此类高端芯片国内企业尚未研制成功，因此必然会有一家芯片创业公司成功实现零的突破。
3）DSP的设计需要有完善的设计工具、产品的开发工具，目前不管是前端还是后端都依赖于三大厂家的工具，而产品开发工具如编译器、连接器等，国产厂商缺乏研发能力，做出来的产品成熟度低、功能性差。
4）DSP的设计还需要有成功量产的经验，并熟悉晶圆厂的工艺。这些经验和工艺能够在芯片迭代发现BUG后，掌握改进的原则和方向。
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DSP赛道主要应用场景为数字控制和工业控制
DSP广泛应用于数字控制、运动控制等方面。C2000是德州仪器为工业控制设计的系列化芯片产品，广泛应用于电机驱动、数字电源、运动控制等领域。在TI的官网上，它被归类为MCUs，这也给用户一个误导，认为是单片机，其实C2000更接近DSP的归类，只是信号处理不涉及到图像、声音等信号，而模拟量、数字量、数字滤波、快速FFT等功能，C2000都可以很好完成。实时控制应用里最大部分是电机和电源，电源包括DC/AC，或者AC/DC，或者DC/DC的应用。
工业机器人领域也正在被广泛使用。机器人控制系统的重中之重就是实时性，需要采用高性能的DSP。随着不断提高数字信号芯片速度，在系统中容易构成并行处理网络，大大提高控制系统的性能，使得机器人系统得到更为广泛的发展。
图2：DSP应用领域概览（来源：笔者整理）
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国内DSP发展情况及竞争格局
从全球范围看，工业级应用的DSP芯片主要是美国TI、美国ADI、荷兰恩智浦（收购摩托罗拉飞思卡尔半导体）等提供。其中，TI市场份额占比最高，处于主导地位，特别是在中高端市场中，竞争优势非常明显。这些厂商产品研发和推向市场时间久，积累了多年的硬件研发经验和完善的软件开发环境，用户生态完备，市场成熟。我国的高端DSP芯片也基本从TI进口。
当前，国产DSP处理器的发展主要有两大制约因素：
一是知识产权的挑战。TI的指令集等不对外授权，因此国产除了要定义自己的指令集，还要构建整套工具链，研发难度高。
二是生态系统的构建。需要构建软硬协同的应用生态，吸引更多开发者并发展更多客户应用，完善和优化用户生态，降低用户使用门槛，提高市场占有率。
目前，国产DSP芯片产品线涵盖了军工等特殊领域的应用，同时也有针对低端市场的一般性能产品。部分产品因采用国外指令集而缺乏自主知识产权，限制了其在终端产品出口领域的应用。这些既是行业现阶段的发展短板，也是未来实现突破的良好契机。
结论
2022年全球MCU市场规模209亿美金（2023年小幅度增长到226亿美金）。TI在2023年的年报中披露，嵌入式处理器的销售额为33.7亿美元，包括MCU、DSP和AP。其中，大致估计TI公司C2000全球市场为15亿美金，TI C2000全球市场折合人民币15*7.2=108亿人民币，国内销售占全球市场40%左右，约40亿元人民币。
图3：TI 2023年年报摘要（来源：TI官网）
据测算，未来10年，随着数字能源的发展，预计该细分市场将会保持10-20%的年增长率持续成长至80亿元人民币左右的国内市场。而目前该领域的国产替代率不足3%，为芯片国产替代的一块高地，国产DSP芯片企业目前仍未交出让客户非常满意的产品。那些能够率先赢得国内顶尖数字能源和工业控制企业认可的国产DSP公司，预期将占据大部分市场份额，其市场估值有望突破百亿大关。笔者将热切关注行业发展并适时把握投资机遇。返回搜狐，查看更多
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