Estado de desarrollo y tendencias del procesamiento de señales digitales.
El concepto de DSP apareció por primera vez en la década de 1960 y se convirtió en parte del procesamiento en tiempo real de las computadoras en la década de 1970. En ese momento, se usaba principalmente en campos de alta precisión. Dado que la tecnología DSP está asociada a una gran cantidad de operaciones, una nueva unidad de operaciones es MIPS (millones de instrucciones por segundo). En la década de 1980, algunas empresas diseñaron procesadores adecuados para la tecnología de procesamiento DSP y DSP comenzó a convertirse en el nombre de los procesadores de alto rendimiento. TI lanzó su primer chip DSP llamado TMS32010 en 1982, que tenía una velocidad de procesamiento de 5 MHz. Este es un procesador capaz de procesar velocidades de 5 MIPS.
Cheng Xiaolong, un talento de la Universidad de Tsinghua que ha trabajado en TI durante 12 años, ha sido responsable de las ventas de DSP en China desde un ingeniero de aplicaciones técnicas y conoce bien el campo de DSP. Habló sobre la historia del nacimiento de DSP:
En ese momento, solo había dos tipos de procesadores, uno era la CPU como núcleo de la PC y el otro era el microcontrolador MCU. Ambos procesadores enfrentan cuellos de botella técnicos al realizar grandes cantidades de cálculos, y la industria considera "si es necesario un dispositivo de procesamiento de señales digitales de alta velocidad". En aquel momento, la teoría del procesamiento de señales digitales no estaba clara. En ese momento, la teoría del procesamiento de señales digitales siempre ha sido que los filtros, la codificación y la decodificación tienen requisitos muy altos para las estructuras de multiplicación y acumulación. Si se usa una CPU para procesarlo, habrá muchas instrucciones y la eficiencia será mayor. relativamente bajo; y si existe tal La estructura de multiplicación-acumulación puede realizar los resultados del procesamiento en tiempo real de los filtros digitales.
Cuando apareció DSP por primera vez, utilizó el proceso NMOS. Más tarde, debido a problemas de consumo de energía, cambió rápidamente a CMOS. Por ejemplo, los modelos como C54 y C55 están hechos de CMOS en "C". . El costo en ese momento todavía era relativamente alto, con un costo por MIPS de entre 10 y 100 dólares, lo que se convirtió en un obstáculo para la comercialización. Esto se convierte en una barrera para la comercialización.
Trayectoria de desarrollo: tres etapas de la historia de DSP
Hace un año, Gene Frantz, científico jefe de TI y gerente de desarrollo comercial de DSP, fue entrevistado por "Electronic Engineering Album" y dijo: "En Durante aproximadamente 40 años, la industria DSP ha pasado por tres fases: en la primera fase, DSP, que significa procesamiento de señales digitales, se introdujo como una nueva tecnología y como un nuevo sistema teórico se ha popularizado en esta era; Al madurar, DSP ha entrado en la segunda etapa de desarrollo. En esta etapa, DSP significa procesador de señal digital. Estos dispositivos DSP han jugado un papel muy importante en muchos aspectos de nuestras vidas. Esto dio origen a la tercera etapa, que es la habilitación. etapa Veremos que la teoría DSP y la arquitectura DSP están integradas en productos similares a SoC "
La segunda etapa comenzó en la década de 1980 con DSP. Desde el concepto hasta el producto, el excelente rendimiento y funciones de TMS32010. atrajo una amplia atención en la industria. El Sr. Fang Jin mencionó en un artículo que el negocio emergente de DSP también conlleva enormes riesgos y dónde expandirse es una cuestión de vida o muerte. Los DSP continúan teniendo éxito en aplicaciones militares, industriales y comerciales a medida que los diseñadores trabajan para reducir el costo por MIPS de los procesadores DSP a menos de $10. En 1991, TI introdujo un chip DSP que tenía un precio competitivo con los microprocesadores de 16 bits, logrando por primera vez un precio unitario por volumen de menos de 5 dólares, pero con un rendimiento de 5 a 10 veces mayor que el de los microprocesadores de 16 bits.
En la década de 1990, muchas empresas en el campo DSP comenzaron a competir con TI en el mercado.
TI fue el primero en proporcionar un DSP - cDSP personalizable. El diseño del DSP basado en el núcleo del cDSP permite que el DSP tenga un mayor nivel de integración del sistema, lo que acelera enormemente el tiempo de comercialización. Al mismo tiempo, TI apunta al segmento de más rápido crecimiento del mercado de electrónica DSP. A mediados de la década de 1990, este dispositivo DSP programable se había utilizado ampliamente en comunicaciones de datos, almacenamiento de gran capacidad, procesamiento de voz, electrónica automotriz, productos de audio y video de consumo y otros campos. El logro más glorioso fue el éxito de los teléfonos celulares digitales. En este momento, el negocio de DSP también se ha convertido en el negocio más grande de TI. En esta etapa, el precio de DSP por MIPS ha caído a entre 10 centavos y 1 dólar estadounidense.
El desarrollo de DSP en el siglo XXI ha entrado en la tercera etapa y la competencia en el mercado se ha vuelto más intensa. TI ha ajustado rápidamente la planificación global de la estrategia de desarrollo de DSP y ha llevado a cabo una planificación integral y perfecta del producto. soluciones, además de nuevos conceptos de desarrollo, profundizando el proceso de industrialización. Lograr este progreso se basa en objetivos de precios de DSP por MIPS que se han fijado en unos pocos centavos o menos.
Gráfico de evolución de DSP: Rendimiento, precio y consumo de energía son búsquedas constantes
No hay duda de que los cambios en los procesos CMOS han reducido considerablemente el consumo de energía al pasar de 3 nodos de proceso. Desde micrones hasta 0,8 micrones, 0,1 micrones y la futura nanotecnología, el bajo consumo de energía es la característica constante del DSP. Al mismo tiempo, la frecuencia principal de DSP también aumenta constantemente, de 5MHz al principio a 100MHz y 200MHz.
"A mediados de la década de 1990 se produjo un punto de inflexión clave. TI desarrolló una estructura de procesamiento multiparalelo. El DSP C6000 lanzado en 1997 tenía 8 unidades informáticas paralelas. El rendimiento de cada unidad podía ser de hasta 200 MPS , que de repente aumentó 8 veces a 1600MIPS "Estas unidades informáticas se pueden combinar de diferentes maneras, divididas en 2 grupos de 4 unidades, incluido procesamiento lógico, procesamiento digital, multiplicación y procesamiento de turnos, respectivamente adecuados para diferentes aplicaciones. Durante este período, DSP se ha utilizado ampliamente en comunicaciones de datos, almacenamiento de gran capacidad, procesamiento de voz, productos de audio y vídeo de consumo y otros campos, y ha logrado un gran éxito en el campo de los teléfonos móviles. Cheng dijo: "La frecuencia principal del C6?16 utilizado en aplicaciones de estaciones base hoy en día alcanza los 1,1 GHz y la potencia de procesamiento supera los 8000 MIPS".
El rendimiento, el precio y el consumo de energía siempre han sido los objetivos perseguidos por DSP . Impulsados por este objetivo, el rendimiento, el tamaño, el proceso y el precio de los DSP avanzarán cada década. Como se muestra en la Tabla 1, el desarrollo de DSP también sigue la Ley de Moore. Con la mejora continua de la integración, el rendimiento aumenta y el precio disminuye.
Tabla 1: Cambios en el rendimiento, tamaño, proceso y precio de DSP por década.
La Ley de Gene también existe en la tendencia del consumo de energía de DSP. Como se muestra en la Figura 1, el consumo de energía por MIPS fue de 250 mW en 1982, cayó a 12,5 mW en 1992, sólo 0,1 mW en 2000, 0,01 mW en 2004 y se espera que supere los 0,001 mW en 2010.
La Ley de Gene establece que la relación potencia-rendimiento de los DSP disminuirá en un factor de 10 cada 5 años.