中國DSP芯片行業(yè)發(fā)展歷程 由于外界的技術封鎖國產芯片的發(fā)展歷程并不順利

• 袁靜美 2023年9月14日 來源：中研網(wǎng) 1014 64
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一、中國DSP芯片行業(yè)發(fā)展歷程

國內對DSP方面的研究起步較晚，但是發(fā)展較快。中電科14所承擔起研發(fā)DSP芯片的任務。10年磨一劍，14所跟龍芯公司、清華大學合作開發(fā)國產DSP芯片華睿1號在2012年通過核高基專項組驗收。

中國電科14所及子公司北京國睿中數(shù)科技股份有限公司、清華大學、龍芯中科聯(lián)合在2009年8月完成“華睿1號”芯片的系統(tǒng)設計，2009年12月完成芯片的物理設計，2010年1月進行芯片流片，2010年6月完成芯片的封裝及成測，于2010年12月正式發(fā)布。在研發(fā)過程中，選擇了基于龍芯3號通用處理器的架構，結合實際應用提取和增加了一些專用指令和運算單元的方式開發(fā)華睿1號DSP芯片。

“華睿1號”是國內首款具有國際先進水平的高端DSP，芯片集成了4個高性能DSP處理器核，支持32/64位浮點運算和8/16/32/64位定點運算，具有4MB分布式共享二級Cache，以及2個64位帶ECC的DDR2/3內存控制器，采用65nmCMOS工藝，工作主頻為550MHz，處理能力32GFMACS，功耗為10W采用了先進的65nmCMO工藝和多核架構實現(xiàn)，并創(chuàng)新性地融合了DSP和CPU設計技術，填補了我國多核DSP領域的空白。

“華睿2號”是國家“十二五”核高基重大專項高端芯片項目，“華睿2號”是在實現(xiàn)華睿1號基本功能的前提下，進一步改進了專用指令和向量運算單元，同時加入了可重構的運算核，更高效地面向專用領域的計算，在通用的基礎上更偏向專通結合。“華睿2號”DSP的處理能力達每秒四千億次運算水平。華睿2號DSP為八核異構架構，采用了超標量結構、SIMD向量處理、可重構加速處理等技術。

下一步，中國電科十四所計劃將在“華睿3號”上采用更為先進的制造工藝，進一步提高主頻，目前規(guī)劃是2G以上，以提高通用性能。在專用性能方面采用流處理器方式，提高專用計算的性能，同時降低功耗。

DSP芯片在民用信息領域市場空間巨大。DSP芯片支持通信、計算機和消費類電子產品的數(shù)字化融合。

目前，進芯電子已具備年產DSP芯片500萬顆以上的能力，成為華為、美的、格力、華中數(shù)控、廣州數(shù)控、長城電源等行業(yè)標桿企業(yè)的戰(zhàn)略合作伙伴。

湖南進芯電子科技有限公司是專業(yè)從事數(shù)字信號處理器芯片(DSP)及嵌入式解決方案研發(fā)的集成電路設計企業(yè)。公司已成功研制并量產出了以ADP32、AVP32、ADP16為代表的32位定點運算、32位浮點運算及16位定點運算數(shù)字信號處理器產品系列。

二、我國DSP芯片行業(yè)發(fā)展特點分析

DSP芯片技術發(fā)展：

1、數(shù)字信號處理器的內核結構進一步改善，多通道結構和單指令多重數(shù)據(jù)(SIMD)特大指令字組(LIM將在新的高性能處理器中將占主導地位，如Analog Devices的ADSP2116x。

2、DSP和微處理器的融合。微處理器是低成本的，主要執(zhí)行智能定向控制任務的通用處理器能很好執(zhí)行智能控制任務，但是數(shù)字信號處理功能很差。而DSP的功能正好與之相反。在許多應用中均需要同時具有智能控制和數(shù)字信號處理兩種功能，如數(shù)字蜂窩電話就需要監(jiān)測和聲音處理功能。

3、DSP和高檔CPU的融合。大多數(shù)高檔GPP如Pentium和Powerpc都是SIMI指令組的超標量結構，速度很快。

4、DSP和SO的融合。SOC(System-On-Chip)是指把一個系統(tǒng)集成在一塊芯片上，這個系統(tǒng)包括DSP和系統(tǒng)接口軟件等。

5、DSP芯核集成度越來越高。縮小DSP芯片尺寸一直是DSP技術的發(fā)展趨勢，當前使用較多的是基于RISC結構，隨著新工藝技術的引入，越來越多的制造商開始改進DSP芯核，并且把多個DSP芯核、MPU芯核以及外圍的電路單元集成在一個芯片上，實現(xiàn)了DSP系統(tǒng)級的集成電路。

6、可編程DSP芯片將是未來主導產品。隨著個性化發(fā)展的需要，DSP的可編程化為生產廠商提供了更多靈活性，滿足廠家在同一個DSP芯片上開發(fā)出更多不同型號特征的系列產品，也使得廣大用戶對于DSP的升級換代。

7、定點DSP占據(jù)主流。目前，市場上所銷售的DSP器件中，占據(jù)主流產品的依然是16位的定點可編程DSP器件，隨著DSP定點運算器件成本的不斷低，能耗越來越小的優(yōu)勢日漸明顯，未來定點DSP芯片仍將是市場的主角。

三、中國DSP芯片行業(yè)發(fā)展面臨問題

自從我國的華為公司被瘋狂打擊和制裁以后，國產科技企業(yè)想要打造自主化的國產芯片，那么也就要避免受到國外芯片架構影響，所以最近這兩年，國內科技企業(yè)也開始采用開源的RISC -V架構來研發(fā)芯片。

(1)國內芯片急需替代掉ARM架構

由于外界的技術封鎖，國產芯片的發(fā)展歷程并不順利。

目前，內地最大的芯片代工企業(yè)中芯國際，最先進的代工技術也只能用于14nm芯片的量產。

不僅在芯片制造技術上受限，在芯片設計架構上，國內企業(yè)同樣存在被壟斷的風險。2020年，英偉達提起了對全球最大架構開發(fā)商ARM的收購，雖然，這次收購事件的最終結果還不得而知，但是，卻引起了人們對芯片架構授權問題的重視。

擁有光刻機和芯片制造設備，沒有芯片架構的授權。國內企業(yè)依舊無法生產芯片，在這樣的局面之下，國內的芯片產業(yè)，急需一款可以替代掉ARM架構的芯片產品出現(xiàn)，以此來打破美國的技術封鎖。

(2)采用RISC -V架構成為突破口

全球任何一家企業(yè)都可以采用RISC -V架構來進行芯片的研發(fā)，且不用受到限制，這讓RISC -V在芯片領域中的影響力也開始日益提高。

基于RISC -V指令集的DSP與巨頭公司的DSP在體系結構上有很大的差異，在相同的主頻下，RISC -V指令集的DSP性能與巨頭公司DSP性能有較大差距。

眾所周知，無論是CPU、GPU還是DSP都需要指令集。而能夠提供指令集的幾乎都是國際大廠，例如ARM、MIPS、英特爾的X86等。

絕大多數(shù)指令集都需要經(jīng)過大廠授權，但很少有巨頭會開放DSP指令集的授權。即便應用他們的授權，那么國產DSP就失去了國產的意義。

故而，中國企業(yè)只能自定義一套指令集，或者采用沒有版權限制的成熟指令集。

中科昊芯就選擇了后者，以RISC -V這個開源指令集為基礎，進行數(shù)字信號處理器的研發(fā)。

其在2016年就開始RISC -V處理器核的研究;2019年1月公司成立，7月份首款RISC -VDSP芯片流片成功。

企查查APP顯示，2021年4月，“中科昊芯”完成數(shù)千萬元的Pre -A+輪融資，此輪融資由紅杉中國領投，原股東九合創(chuàng)投追加投資。

本輪融資主要用于公司現(xiàn)有DSP芯片量產和新一代自主可控產品開發(fā)。下一步，公司還將結合市場反饋進一步豐富產品線和應用生態(tài)。

最近芯片企業(yè)中科昊芯正式宣布采用RISC -V指令集技術所研發(fā)的DSP芯片取得成功，而且面向工業(yè)自動化市場的DSP芯片即將量產。

這一次在DSP芯片領域的技術突破，讓中科昊芯也成為了全球第一家采用的RISC -V指令集設計量產DSP芯片的廠家。

(3)DSP芯片成為國產替代的最大可能

被稱為國產芯片“四大件”的CPU、GPU、FPGA、DSP無論對于國產芯片自給率的提升還是解決高端芯片卡脖子問題都意義深遠。

DSP芯片是專門用戶處理數(shù)據(jù)的芯片，這一芯片被廣泛應用于電子消費、數(shù)統(tǒng)、移動通信和工業(yè)自動化等眾多領域，可以說也是十分重要的一個芯片。

目前在IPDSP芯片領域里我國的自給率為零，而這一次中科昊芯的成功研發(fā)和量產，無疑也就意味著我們在自研IPDSP芯片領域破冰。

DSP主要有兩種形式，一種是單芯片，另一種是通過IP或模塊集成到SoC。國產單芯片DSP有一些市占率，在DSPIP領域國產化率幾乎為零。

DSP相比CPU功能更加專一，相比GPU分屬不同領域，相比FPGA計算效率更高。

已經(jīng)廣泛應用于手機、家電、汽車、高鐵、工業(yè)機器人、無人機等諸多領域，市場需求量很大。

對于RISC -V陣營而言，這是生態(tài)建設中一個值得關注的進展。

對于DSP芯片而言，這是一個大膽的嘗試。對于中國的國產芯片四大件而言，這是一個突破的機會。

(4)RISC -VDSP芯片量產的意義

通過RISC -V架構量產的DSP芯片意義是十分重大的，不僅探索出RISC -V指令集更大的發(fā)展空間，也為國產DSP芯片的未來突破打下基礎。

一旦RISC -VDSP芯片完成量產，并廣泛運用的話，在通信、自動控制、計算等領域將發(fā)揮巨大作用。

中科昊芯研發(fā)的基于RISC -V的指令集解決了至關重要的知識產權問題，為DSP的國產替代開辟了廣闊的空間。

中國需要發(fā)展自己的DSP設計和應用企業(yè)，以打破國外在這個領域的壟斷，保證工業(yè)及消費產業(yè)發(fā)展的自主可控。

先以用戶熟悉的方式切換到國產DSP芯片，再逐漸去提升性能，從中低端市場切入，一步步發(fā)揮出優(yōu)勢，實現(xiàn)芯片的高端替代。

以中科昊芯為代表的國產DSP芯片公司找到了一條不錯的國產替代路線，但突破挑戰(zhàn)不小，也需要耐心。

?欲了解更多行業(yè)的未來發(fā)展前景，可以點擊查看中研普華產業(yè)院研究報告《2023-2028年中國DSP芯片行業(yè)發(fā)展前景及投資戰(zhàn)略分析報告》。

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