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數字化浪潮下，DSP芯片在智能家居中的應用

來源：電子發燒友 黃山明| 發布日期：2023-10-10 10:04

所謂DSP芯片，即數字信號處理器芯片，它能夠對模擬信號進行數字處理，具有高速、低功耗、高精度等特點。隨著智能家居向智能化、自動化、數字化的趨勢邁進，對DSP的需求也在持續提升。

DSP芯片的演進

20世紀60年代時，隨著計算機和信息技術的飛速發展，數字信號處理技術也開始嶄露頭角，并得以迅速發展。而在那時，負責數字信號處理的主要依靠微處理器，也就是MPU來完成。但由于那時MPU處理速度較低，無法滿足越來越龐大的信息量以及需要高速實時處理的迫切需求。因此，一種更快、更高效的信號處理方式成為當時的重點研究項目，DSP便在這個時代背景下誕生。
到了70年代，DSP芯片的理論與算法基礎開始趨于成熟，但這種技術一開始還只存在于課本之上，即便研發出來，也僅限于軍事、航空航天部門進行少量使用。
1978年，AMI正式推出了全球第一個單片DSP芯片S2811。一年后，Intel發布了一款商用可編程器件2920，可以認為是DSP芯片的一個里程碑。不過，這段時間發布的產品都沒有現代DSP芯片所必備的單周期芯片。
1980年，日本NEC公司推出的MPD7720，算是第一個具有硬件乘法器的商用DSP，也被認為是第一塊單片DSP器件。兩年后，TI推出了其第一代DSP芯片TMS32010，采用微米工藝NMOS技術制作，盡管功耗稍大，但運算速度比同期的微處理器快了幾十倍。并且這款DSP的問世也標志著DSP應用系統由大型系統向小型化邁出了重要一步，可以被看做是DSP芯片的重要里程碑。此后，DSP開始得到真正的廣泛應用。
目前，隨著以大數據、云計算、物聯網、人工智能為代表的信息技術產業規模不斷增大，集成電路的需求量在上升，每年從國外進口的總額也在不斷攀升。
并且伴隨著5G和物聯網的普及，DSP的需求也將持續上升，因為該芯片在處理5G通信的基帶信號、信號解調、編解碼和射頻前端等方面發揮著關鍵作用。
不過受到產品品牌、性能、應用領域等因素的影響，國內DSP芯片產品價格分化明顯，其中軍工及航空航天領域部分產品價格高達數千元，而部分消費音頻領域的DSP芯片售價僅為20元左右。
市場中，DSP芯片國外制造商主要有三家，TI、ADI與摩托羅拉，其中TI占絕大部分國際市場份額，ADI與摩托羅拉也握有部分市場。
而國內的DSP芯片起步較晚，國產DSP芯片市場占比較低，國內主要DSP廠商有昆騰微、湖南進芯、宏云技術、創成微、本原微、轂梁微、中科昊芯、盧米微、無錫芯領域等。

在智能家居中發揮重要作用的DSP

DSP本身最大的應用之一便是音頻處理，可以實現各種音效處理、音量控制、降噪、回聲消除等功能。在消費電子領域，不少高端TWS耳機已經加入了DSP芯片，以實現更高階的通話降噪功能。
而在智能家居中，有非常多的產品需要DSP的加入。比如智能音箱、智能電視或其他可以使用語音控制的智能家居產品。
并且不同音頻設備在語音功能的需求場景都是不同的，比如有辦公需求的會議音響或視頻通話等設備，就需要良好的降噪、回聲消除、自動增益以及低功耗喚醒等功能。
除了降噪外，低功耗也成為目前DSP芯片的發展重點。比如歐盟及北美的環保法規要求普通智能遠場語音電視要實現24小時待機喚醒，待機功耗高達20W以上。解決功耗問題，才能夠在這些市場中獲得一席之地。
數據顯示，2020年我國DSP市場規模約為136.9億元，2021年收益于人工智能、語音識別、5G基站通信領域等快速發展，規模迅速增長，達到160億元，2022年市場規模達到167.02億元。
從全球市場來看，2021年全球DSP芯片市場銷售額約為36億美元，預計2022年到2028年將以6.8%的年復合增長率增長，到2028年達到57億美元。
并且隨著生成式AI的發展，越來越多的廠商開始將自己的語言大模型與智能家居產品進行綁定，讓人機交互更加自然、流暢。而DSP的加入，不僅讓設備的聲音效果提升，同時也能讓用戶的語音更好的被設備聽見、聽懂。
如今不少的DSP產品只支持自有的算法或者必須綁定自有算法銷售，這對于現如今發展迅速的AI技術而言，是一個痛點。但已經有部分廠商開始建立靈活開放的系統，來為DSP匹配語音喚醒、降噪、通話增強、音效增強、聲源定位、聲紋識別等一系列的解決方案，以適應當前高速發展的智能設備。
另一方面，或許有人會認為隨著FPGA的快速發展，該產品會憑借其性能優勢不斷入侵并蠶食DSP市場。但在現實市場中，由于受到成本、功耗等因素影響，許多大批量的應用并沒有采用FPGA，但可編程的DSP卻不可或缺，這在許多智能家居產品中也得以體現。
依靠更低的成本、更低的功耗，DSP似乎在智能家居中已經找到了一條持續增長的道路，并且隨著智能家居技術的發展，對DSP也提出了越來越高的要求。