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鳥瞰通訊領域下之DSP前景
 

【作者: 陳瑩欣】   2002年08月05日 星期一

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緣起

後PC時代,低價電腦現象開始衝擊各PC及其相關元件的製造商,但是對於在曾經以數據機與硬碟機為大宗應用的數位訊號處理器(DSP)而言,整體市場狀況卻沒有應聲倒地,反而在技術上不斷往前推衍。及至今年景氣較為復甦的環境下,各DSP廠商之間的明爭暗鬥也逐漸浮上檯面。值得一提的是,雖然PC仍然是DSP的應用主力之一,市場卻也發現了另一個更具競爭性的舞台──通訊領域,而這同時也是後PC時代DSP市場仍然看好的重要原因之一。


先天優勢

由於DSP在數位訊號上的強力優勢,促使許多涉及數位化功能的產品都與其結緣,而該產品在訊號處理上的技術精進,應用面也移往通訊領域。(圖一)顯示出DSP為音訊、視訊市場帶來更大的運用空間。



《圖一 DSP價值分析〈資料來源:Source:德州儀器;TI〉》
《圖一 DSP價值分析〈資料來源:Source:德州儀器;TI〉》

(表一)為各時期的DSP發展狀況,並簡述了每一世代的幾件大事,不難發現除了目前幾大供應商TI、Motorola、ADI、Agere、以及Intel等廠商動作之外,其實專注於DSP晶片製造的廠商也不少;隨著製程技術與時代並進,市場熱鬧非凡。DSP應用範圍相當廣泛,包括PC、視頻和多媒體、音頻、汽車控制及保安等領域,但是促使其發展的主要動力仍是通訊。整體說來,DSP在通訊領域能夠穩步起飛,主要原因有下列三點:


  • 1. 無線通訊大廠協同發展:由前文已知,TI、Agere、Motorola等廠商均對DSP產品著力頗深,同時這些大廠均對通訊市場的發展深具信心,在相互競爭之下也間接帶動了市場潮流;


  • 2.高速處理資料需求漸興:自數位化市場打開之後,高速運算需求便不斷增加,而SoC的帶動更掀起數位與類比之間相互轉換的整合風潮,市場帶動之下再度提升數據資料處理的需求,以手機為例,由於該產品對影音傳輸接收的需求日益加深,間接為DSP的發展舖路;


  • 3.同步控制器重兵:雖然CPU、MCU等產品也能達到同步控制的要求,但是不論在影像、語音的編/解碼處理,或成本與上市時程的考量上,都仍有DSP專美的空間;



表一 各時期DSP發展歷程
時期 特色 大事紀
第一代 (1978~1983) 尚欠缺平行處理( Parallelism ) 能力,完成一個加乘運算,至少要兩步處理循環(process cycle ),晶片內含記憶容量小,必須外接昂貴的記憶晶片方可從事各式應用,此時期多在理論運算階段。 ‧1978年AMI(American Microsystem Inc.)公司將 DSP 技術IC化後為里程碑;
‧隔年貝爾實驗室推出首顆整合型DSP;
第二代(1983~1986) 已擁有乘加器(Multiplier Accumulator)與DMA(Direct memory Access)設計,並且增添串列通訊埠(Serial communication Port )、計時器( Timer)和中斷(Interrupt)能力等,以強化 DSP 在系統產品的控制功能。 ‧1982年TI推出首顆定點式DSP;
‧1984年貝爾實驗室推出首顆32位元定點式DSP;
‧1986年Motorola宣佈首顆24位元可程式DSP;
第三代(1986~1990) 對於重組性的記憶體(Reconfigurable Memory)有了突破性的設計,並且經由 On-Chip 的彈性設計,使得程式的處理和數據的運算更有效率。這個世代中雖然漸有百家爭鳴的意味,但是TI紮根校園、國防工業的做法已開始讓該公司在DSP領域中成為第一大廠。 ‧TI產品成為校園教材;
‧32位元Floating Point DSP分別被 Texas Instruments、AT&T Microelectronics、Zoran 等公司開發出做為執行即時( real-time )影像處理的新產品。
第四代(1990~1994) 進入後PC時代前期,DSP開始尋找新市場生機,仰仗訊號處理之特性,開始將應用範圍鎖定於網路通訊產品中,初期以WLAN、數據機等最為人所知,同時也在IC加工時大量微細化處理的推波助瀾下,DSP 的乘加運算速度持續提高,內含的功能電路亦越形複雜。 ‧ADI 和 Motorola 皆強調其新推出的新晶片含 codec ( coder-decoder)電路;
‧內含記憶體的組成更形多元化, 如快閃記憶體( Flash Memory )、DRAM和 OTP 皆是可供設計 DSP 產品選擇;
第五代(1994~2000) TI市佔率漸增,各家平台陸續推出,不過2000年市場景氣反轉,各項研發消息較為低調。市場策略聯盟縱效展開,即使遇到2001年全球不景氣,但是DSP的研發技術亦不斷向前邁進;在此同時,可程式化邏輯元件如FPGA、PLD等亦在通訊領域爭食。 ‧TI以DSP為核心發表OMAP平台;
‧1999年Agere、Motorla策略聯盟;
‧2000年Intel與ADI結盟,隔年推出Blackfin架構
‧2002年6月,Agere、Motorla與Infineon合資StarCore DSP研發中心;
                  資料來源:Source:各公司、陳瑩欣整理

各大供應商變化

事實上,除了TI之外,每家DSP大廠都有相當深厚的歷史背景與研發資源,並在市場上有一定的佔有率(圖二),例如Infineon(原名億恆科技,七月起改名為英飛凌)就是自通訊大廠西門子獨立出來之公司;而擁有貝爾實驗室資源的Agere System,則是將朗訊(Luccent)時期紮下的基業發揮到極緻等,在在顯示了其立足市場的實力;下文將介紹各大供應商之市場策略:


《圖二 DSP市佔率分析〈資料來源:Source:德州儀器〉》
《圖二 DSP市佔率分析〈資料來源:Source:德州儀器〉》

市場龍頭TI-行銷研發並進

1985年到1986年間,TI分割出原本擁有與國防工業領域相關的部門,將其發展定位聚焦於通訊用DSP及其週邊演算產品,由於定位明確,使該公司的營收斐然;之後TI又採用了併購策略,先後合併了Burr-Brown、Unitrode等Analog廠商,搭配以DSP為核心整合而成的Analog技術,旋即展開行銷,當佈局成熟時,也同時導出系統化架構的解決方案,使其成為新核心價值,因此順利切入市場。組織架構遂發展為以DSP為核心整合而成的Analog技術、行銷運作,不但取得DSP產業的「龍頭」地位,更成為DSP市場的重要推手之一。


「TI是最早研發DSP產品的廠商,1982年時還沒有其他強大的競爭者,再加上它在通訊或消費性電子產品領域的應用廣泛,因此被我們視為最具核心技術也是最有價值的地方,」TI台灣區半導體行銷總經理林信宏指出,由於DSP本身僅在製程中專司演算處理一類的工作,故需發展其週邊的Analog產品配合,使TI的類比研發提升。


推廣深入校園

除了技術整合有利於行銷之外,普及化也同時成為考驗DSP市場的重要因素,這方面TI採取了深入校園的策略,使設計工程師在學期間就接觸到DSP相關產品。林信宏表示,該公司的「校園科技獎」,除了為台灣DSP產業奠基之外,也間接加深TI在台灣的影響力,他指出,「在1998、1999年間台灣手機市場急遽發展,需新血加入時,大部份的學術界、產業界人才為了能立即上手,多半運用在學期間TI所供給的相關資源,市場反應熱絡,成果相當出乎意料。」


開發潛在市場

雖然有歷史優勢,但也必須對整體產業有足夠的規劃,才能站穩腳跟,TI亞洲區市場開發經理李松青指出,手機、數據機、xDSL都是帶動DSP發展的重要產品;目前DSP通訊領域的最大應用主要還是在無線通訊上。


「TI為DSP分出五大產品線,包括了無線通訊領域、Storage、影像音訊、數據機與其他潛在客戶。」李松青說明,現實生活環境皆是類比\數位產品,在完整的解決方案之下,DSP可以揮灑的空間相當大。


李松青進一步指出,「目前TI除了針對既有的大宗應用做服務之外,也積極尋找潛在客戶,讓DSP市場更加普及。」他強調,像電話會議、免持聽筒、Web網路監視系統與數位廣播等應用領域都是TI目前努力追蹤的地方。


過去TI即以OMAP(Open Multimedia Application Platform)為通訊產品提供解決方案,李松青興奮地說:「今年八月,TI將擴大支援面向,連結約600家廠商提供新的DSP平台,為市場加溫。」


「整合為DSP技術發展的自然現象。」李松青指出,發明僅只是開端,如何持續發展才是業界必須思考的地方,「TI目前對DSP產品著力於快速、低耗電量兩大面向努力。」他以DSP在xDSL上的應用為例,說明發展DSP除了晶片本身的性能之外,還包含與MPEG4或與DSP互補的廠商進行3rd Party合作,「晶片設計必須注意整體架構中的軟/硬體配套措施,其中包括了標準化與IP Reuse的考量,因此TI發展了DSP平台架構,因應需求多變的DSP市場。」


資源共享模式

TI從各面向推動DSP的策略,單一競爭者無法順利趕過;近幾年其競爭者紛紛採取策略聯盟的方式互通有無,藉此與TI一爭高下。包括Intel與ADI、Motorola與Agere,以及今年六月間Motorola、Agere與Infineon共同合資開發的StarCore,市場合縱連橫政策不斷地發生,應運而生的各項架構,活化了整個DSP市場。


Agere、Motorola與Infineon

早在1999年,Agere與Motorola就已宣佈合作,雙方互享Motorola的M‧Core、DSP56800與Agere在DSP1600的技術優勢,包含著其中貝爾實驗室技術資源、DSP架構授權等,針對不同需求的產品建立一條完整的解決方案,為下一代DSP做準備。


專攻語音DSP晶片的Motorola與Agere均認為,下一代DSP的發展將要應付許多變化,包括網路加速應用、全球手機市場、進階家用教育系統、手機、手持式產品,以及影音電話等,種種因素迫使DSP必須往前邁進;爾後,Infineon於六月間再加入其中,三方合資成立了StarCore中心,IP交流的模式儼然成形。


新合資企業將開發並收取DSP技術的執照費,它不會生產這種晶片,但將向晶片製造商收取技術使用費用。StarCore執行長蘭特區同時也發表書面聲明說,該公司的中心目標是透過開放執照,使世界級的DSP核心技術更為普及。


Intel與ADI

2000年,Intel與ADI宣佈策略聯盟,並於2001年推出DSP架構──Blackfin,集合DSP與微控制器(MCU)功能於一體,將其應用於無線通訊與各式的行動化電子產品上,並專攻影像為主的網際網路應用產品,例如影像電話、遊戲裝置、上網終端機、智慧型手持式裝置等。除了間接宣示Intel跨入DSP市場之外,也被外界認為在DSP領域中位居第二位的ADI 將會威脅TI。


「ADI很快就與英特爾共同發展的成果應用到新產品中,並用它來支援需要高工作效能及低耗電特性的應用系統。」ADI公司DSP與系統產品部門副總裁暨總經理Brian McAloon表示,「Blackfin的架構提供了一個基礎,讓廠商能利用ADI的通用或特殊應用DSP元件,發展出新一代的解決方案。網際網路正將信號處理技術帶入一個新世紀,它將會支援無線通訊、寬頻連線、影像處理、儀錶量測與控制應用。」


設計語法更迭

摩爾定律顯示,DSP的處理能力將隨著每一代產品的發展而不斷提高,DSP所需的複雜軟體工具也相對面臨極大的挑戰,過去DSP所採用的編譯器漸漸無法負荷新一代DSP的市場要求,新興的周邊配套措施於是成形。


高階語法推波助瀾

「DSP進展相當快,C語言或組合語言成為主流應用僅五年的時間,現在已經無法滿足市場需求。」鈦思科技總經理申強華說明,DSP的設計工具必須能廣泛支援各應用面,並且能配合各種不同體系的平台環境及設計需求;「目前的設計瓶頸在於無法克服複雜、多功能導向,以及頻寬需求量大的問題上,而Time to Market也是各廠競爭力的來源之一,為此必須重新DSP設計語法。」


申強華指出,傳統的設計方式需要至少6個月的時間才能上市,若是在模擬、量產時產生不相容的問題,容易錯過上市時機;為此,鈦思採取「直接與供應商接軌」的方式,與TI以3rd Party的關係進行補強。「直接接軌的好處在於可以瞭解終端使用者的需求,隨機應變。」另外,透過資料庫函數與尋找更多協力廠商,也是簡易DSP人機設計介面的方式之一。


「過去鈦思曾與Motorola、ADI等廠商進行合作,ADI在美國與TI平起平坐。」申強華分析,「現今亞洲市場仍以TI的市佔有率較高,其市場整合性、產品完整度都值得信賴,因此我們目前僅與TI有合作。」他進一步指出,未來DSP在通訊領域上第一大的挑戰就是設計複雜化,包括手機、Mini Note、WLAN與Smart Phone都會是驗證DSP技術終端應用產品。


結語

各大廠汲汲營營地想要問鼎DSP龍頭寶座,無形中帶動技術研發向上邁進,不過策略聯盟並非沒有顧忌。在共同開發的環境下,還有既有品牌成形難以打破、組織文化相容性不高的問題。雖然共同交流IP但分別製造晶片銷售的做法可以加速設計流程,但是否會造成銷售市場重疊與設計重心無法統整等問題,也值得注意。


另一方面,雖然DSP努力在通訊領域中求得發展,甚至以「多功能」的態勢取代其它元件,不過正應驗了「螳螂捕蟬,黃雀在後」的箴言,一些可程式化的邏輯元件如PLD、FPGA等產品也挾其優勢與之競爭。廠商必須進一步思考,如何增加設計工程師對DSP產品的熟稔度,獲得客戶的青睞,以及如何跨出這些產品之間的灰色地帶,擁有更高的競爭力。


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