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DSP市場發展與應用趨勢
 

【作者: 李善宇】   2002年08月05日 星期一

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前言

在後PC時代,電腦週邊的應用、寬頻網路、無線通訊和數位多媒體等應用百家爭鳴,數位訊號處理器(DSP)在現今的半導體產業扮演火車頭的角色,該產品技術漸受重視成為下一波半導體成長與延續的動力之一。(圖一)


《圖一 DSP與IC產業之聯動性〈資料來源:Source:WSTS, SIA, IC Insights, 2002〉》
《圖一 DSP與IC產業之聯動性〈資料來源:Source:WSTS, SIA, IC Insights, 2002〉》

DSP市場興衰

DSP應用初期屬於高成長性產品,與整體半導體產業關聯性較低;但是在1999年起,行動電話整體市場飛速成長,至2000年居於高峰,去年不景氣的環境之下也有30%的成長幅度,明顯與IC產業的成長或衰退脈動十分貼近,也顯示出DSP近幾年在半導體產業中的重要性!(圖二)


DSP市場自1996年起不論是在單位產量或營收部分都是相當亮麗,年複合成長率達26﹪(CAGR, 96-00)。由於技術的純熟和市場的需求快速增長,平均售價單價(ASP)自1997年的9.3美元下滑至2000年的6.7美元。而2001年是全球半導體籠罩低氣壓的一年,也是DSP市場首次下滑,造成市場需求減緩的主因是生產過剩和景氣循環,平均售價單價的下滑幅度可望趨緩。


《圖二 DSP歷年市場規模〈資料來源:Source:WSTS, IC Insights〉》
《圖二 DSP歷年市場規模〈資料來源:Source:WSTS, IC Insights〉》

何謂DSP?

DSP由於有高速運算的功能,主要應用於壓縮多媒體訊號、處理並重組正確的資料上,因此舉凡有效運用頻寬、壓縮及解壓縮資料即為DSP的應用市場;換言之,DSP在網路通訊和多媒體資料的壓縮處理與運算上扮演重要角色。


DSP為了處理大量即時的資料,因此在架構上建立一個或多個累加器(MAC)、內部多重記憶體存取匯流排、內建週邊介面(DMA、GPIO...等)。


由於DSP重複的處理大量的資料,因此很容易將工作量分由數個DSP單元來執行。一般以儲存程式為主的快閃記憶體,為了增加DSP本身的彈性,可依據產品、韌體版本的隨時更新或依使用者使用情形調整程式,內嵌快閃記憶體成為未來DSP發展的重點之一。如今隨著應用產品的複雜和多樣化,DSP之前所編譯的程式使用組合語言來編寫,逐漸採用高階程式語言,如 C 程式語言來撰寫。


市場規模與應用產品

目前DSP最大宗的應用仍在於通訊,以最慘澹的2001年來看,通訊應用佔DSP的六成五市場,其中無線通訊佔DSP應用市場的53%,有線通訊佔12%,可見無線通訊的發展可左右DSP市場;目前在資訊產品中應用DSP最多的是個人電腦的儲存設備,其中HDD的使用DSP為最大比重。(圖三)


潛在發展環境

或許您會覺得:行動電話市場一趨於飽和,或3 G市場的延宕將會抑制DSP市場的發展。然而DSP技術的其他應用市場也逐漸打開:寬頻網路(Cable Modem/ xDSL, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Etherent)、多媒體應用(MP3, DVD, MP4, 數位相機,數位錄影機,遊戲機),另外結合網路及多媒體的VoD, Video Conference, VoIP等即時影像與語音傳輸處理加速對DSP的需求;而消費應用產品,如語音辨識系統、翻譯器、全球定位系統、依路面情況調整的車用動態懸吊系統等,都是眾多DSP技術應用的一小部份,這些應用產品將不斷使DSP持續成長。(圖四)


《圖三 2001年DSP應用市場〈資料來源:Source:IC Insights,2002〉》
《圖三 2001年DSP應用市場〈資料來源:Source:IC Insights,2002〉》
《圖四 2000-2005全球DSP市場預測〈資料來源:Source:Dataquest(2002/01)〉》
《圖四 2000-2005全球DSP市場預測〈資料來源:Source:Dataquest(2002/01)〉》

然而需要關注的一點是,這麼多的應用,DSP可能不會單獨存在,其主要原因在於:各種領域所需的系統規格不同、所附於的Domain Knowledge也不同,在整體產品降低成本考量和相同應用但不同產品區隔等等因素考量下,業者多以整合其他功能產品的形式出貨,如行動電話中基頻晶片即內含MCU與DSP。而泛用型的DSP多只用在大的系統設備上(如行動通訊的基地台)和新推出的產品上,目前則由德州儀器(TI)為DSP最大的製造商,市場上還包含自Lucent分出的Agere、Motorola等業者與之爭逐。


DSP主要供應商
2001年排名 公司 2001年DSP營業收入 2000年DSP營業收入 成長率(﹪) 市場佔有率(﹪)
1 TI 1,770 2,400 -32 43
2 Agere 865 1,350 -36 21
3 ADI 605 875 -31 15
4 Motorola 425 645 -34 10
資料來源:Source:IC Insight,2002

DSP應用焦點

3G與網路多媒體

雖然行動通訊產品在2001年景氣反轉和庫存因素下,對上游的半導體造成相當的影響。然而在景氣疲軟和市場撲朔離迷之際,技術的進步卻是不停歇的;回顧1999和2000年行動通訊半導體市場規模均達到50﹪以上的成長,更促使還未來得及在2G市場有所發揮的業者積極投入下一代行動通訊。


而DSP主要使用於壓縮多媒體訊號、處理並重組正確的資料,因此儘可能有效運用頻寬、壓縮及解壓縮資料;最大的特點是能夠「即時」處理訊號調變,語音編解碼,頻道等化...等,如此才能夠將大量的數據轉換為語音訊號、影像訊號或音頻訊號,而它的要求在於符合外部頻寬,否則將有資料流失,而資料的擷取關係著DSP的好壞。


DSP發展突破

採用哈佛(Harvard)架構的DSP,其特點是程式與資料使用不同的記憶體區塊,因此一個時脈可抓取的資料比微處理器多,此外還增加乘法累加器(MAC)來增加資料處理的速度。為了滿足低成本、高效能和低耗電的可攜式產品要求,多處理單元、多個MAC和電源管理等方向設計成為必然趨勢。


全球的DSP霸主-TI,因為行動電話的大幅成長而帶來連續兩年(1999年和2000年)營收20﹪以上的成長。為了迎接新一代行動通訊的到來,TI採用以低耗電量為設計重點的DSP/RISC的架構,包含TI的'C55x DSP Core與ARM 9,並提供了軟體供應商一開發軟體平台OMAP (Open Multimedia Applications Platform) 架構,提供更多樣化的應用軟體以支援MPEG4 video, 語音辨識和Audio的應用。目前有Nokia,Ericsson,Sony等公司採用,Symbian和微軟支援該平台。


而Motorola與Agere合作開發DSP的Star Core,已被Motorola將其與M-Core整合為基頻晶片並供Motorola本身的手機使用。


近來最引人側目的就是,ADI與Intel合作開發高效能、動態電源管理、多媒體指令集和支援C/C++程式語言開發應用程式的DSP 核心技術-MSA(Micro Signal Architecture);手機界的新手Intel以推出整合RISC/DSP的PCA(Personal Internet Client Architecture)架構來進入第三代行動通訊市場,Intel鼓勵傳統的PC和PDA軟體業者將他們的程式port到PCA上,與TI互別苗頭。ADI也運用該架構並內建2.4Mb SRAM的高容量,開發名為Blackfin的DSP產品。


DSP Core行情看俏

連續兩年奪得DSP IP 市場佔有率第一的DSP Group,其授權的對象包含LSI Logic, Samsung, Mitsubishi Semiconductor, Philips等手機半導體業者,2000年的營收更是成長43%,根據Forward Concepts的估計2000年約有20﹪的手機含有DSP Group 的DSP IP。近來更與STEPMIND 合作開發 GSM/GPRS/EDGE的Total Solution,完成下一世代行動通訊的佈局。至於歐系半導體業者紛紛將DSP 的技術獨立出來,Philips、ST和Infineon等大廠提供IP為主,如:Philips有意將其R.E.A.L. 的 DSP 技術-獨立出來成立新IP公司,ST則提出ST100的DSP Core,期望在DSP應用市場當中能佔有一席之地。


市場新勢力

Infineon加入 Agere和Motorola合資成立StarCore公司,使其DSP Core 增加Infineon的CARMEL,在市場上直接威脅到DSP Group,一旦Agere、 Motorola和Infineon在行動電話基頻晶片的解決方案均採用StarCore的方案時,真正衝擊的是TI。


另外一樁大事則是DSPG 今年四月與Parthus 的合併。Parthus 是以完整Mobile Internet平台IP授權為主,包含射頻、基頻和軟體的設計,主要的平台包含MP3、GPS、 GPRS、 GSM、 3G和藍芽。雖然同樣是IP的授權,但是目標產品不同,市場區隔也不同,而這樁合併案屬於公司專長互補的形式,提供各完整的IP在不同的平台上,可發揮公司整合的綜效。


結語

前文詳述了市場現況,不難發現通訊領域中,國內尚無明顯的DSP產品,不過現今本土DSP技術的應用有相當不錯的成績,如凌揚、華邦、揚智、聯發科的具語音功能的玩具、MPEG 1、MPEG2和VCD/DVD等產品。近來在DSP Core的開發上有智原、創意和太欣等公司投入,提供國內更多DSP的選擇,也顯示國內IC設計業者對於數位訊號處理技術的需求。


目前國內投入在DSP的應用多在監視器、答錄機、無線電話、GPS等產品上;近來已經將產品線延伸至無線通訊產品和寬頻數據機晶片上,如聯發科和威盛,瑞昱、上元、益勤和勁取等分別開發的行動電話、無線區域網路和ADSL晶片。


國內想在國際大廠中求得生存勢必找出利基產品以為區隔,直接面對通訊產品的市場恐將面臨一場苦戰,但是隨著手機大廠來台下單的趨勢,這也是一種群聚效應產生的利基。況且單純的DSP已不易見到,與RISC微處理器整合擴大應用範疇,清楚的產品定位相信是國內主要的機會。


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