如果說1946 年第一臺數(shù)字計算機 ENIAC 的誕生標志著數(shù)字時代的開始，那么1948 年就可以稱為DSP（digital signal processing）的元年。因為在這一年，貝爾實驗室的克勞德·香農(nóng) (Claude Shannon) 發(fā)表了他具有里程碑意義的論文——《通信的數(shù)學理論》（A Mathematical Theory of Communication），該論文明確闡述了可實現(xiàn)的比特率、信道帶寬和信噪比之間的關系。

可以說，香濃的這篇論文開拓了一個新紀元。但具體到硬件方面，此時距離第一顆DSP芯片面世還有很多年。因為哪怕是最基本的IC，也需要10年后才由TI的Jack Kilby發(fā)明。但在后續(xù)亮相以后，DSP風靡市場數(shù)十年。

所謂DSP，按照維基百科所說，這是一種專用微處理器芯片，其架構針對數(shù)字信號處理的操作需求進行了優(yōu)化。在實際應用中，DSP的目標通常是測量、過濾或壓縮連續(xù)的真實模擬信號。雖然大多數(shù)通用微處理器也可以成功執(zhí)行數(shù)字信號處理算法，但可能無法實時連續(xù)地跟上這種處理，這就使得DSP能夠一直成為有此類需求應用的首選。

中國首批從事DSP研究的技術專家更是直言，之所以DSP能夠在多個領域中先拔頭籌，歸根到底是因為“專業(yè)選手永遠好于業(yè)務選手”。要了解這句話，就首先要從處理器架構談起。

當前，雖然最近幾年有一個叫做存內(nèi)計算的架構非?；馃幔覀儽容^熟悉的處理器架構基本都是馮諾依曼架構（von Neumann architecture）和哈佛架構（Harvard architecture）。其中，馮·諾依曼結構的處理器使用同一個存儲器，經(jīng)由同一個總線傳輸；哈佛結構是一種將程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結構。

具體到DSP方面，根據(jù)TI前首席科學家、DSP產(chǎn)品創(chuàng)始人Gene Frantz在2000年發(fā)布的一篇名為《Digital signal processor trends》中所說，最初的 DSP 設計也借鑒了早期計算機研究的另一個想法。例如第一個微處理器，就像之前的計算機中央處理單元一樣，采用了馮·諾依曼架構，具有單一總線和用于數(shù)據(jù)和指令的統(tǒng)一地址空間。

然而DSP 設計者抓住了具有獨立總線的哈佛架構，但他們以一種新穎的方式使用了這個想法。 除了添加指令總線之外，設計人員還為每個乘法累加操作數(shù)提供了單獨的總線。 因此，可以在每個周期期間加載數(shù)據(jù)和指令并執(zhí)行完整的乘法累加。由于設計人員接受了統(tǒng)一地址空間的價值，因此他們沒有將指令與主存儲器中的數(shù)據(jù)分開，盡管后來引入的緩存方案通常將少量數(shù)據(jù)和代碼單獨保存在片上存儲器中。

從那時起，這種改進的哈佛架構就一直是 DSP 不可或缺的一部分，盡管今天的架構可能包含許多最初的計算機研究人員在他們最瘋狂的幻想中無法想象的功能。所以盡管 DSP 在某些方面與 RISC 引擎相似，但它們在其他方面有根本的不同。

總而言之，由于許多數(shù)學函數(shù)對于在數(shù)字領域中轉換和操作模擬信號非常有用，因此能夠高效執(zhí)行這些數(shù)學函數(shù)的機器作為 DSP 將非常有價值。 因此，某些微處理器架構師圍繞專用于執(zhí)行乘法累加功能的硬件設計了處理器，于是DSP 誕生了。

從本質上看，DSP就是為數(shù)字運算而設計的。作為一款血統(tǒng)純正的專用領域處理器，DSP專業(yè)能力出色，在適用領域指令執(zhí)行效率高，功耗低，周邊配套外設資源同樣專業(yè)高效，總體芯片成本競爭力強。得益于這些優(yōu)勢，過去多年里，音頻、視頻信號處理、通訊、實時控制、運動控制、電機控制、新能源、汽車電子和數(shù)字電源等也都成為了DSP的忠實追隨者。

關于誰最先投入到國產(chǎn)DSP的研發(fā)中去，筆者尚未考究到。但據(jù)相關資料顯示，自1985年至今，從國家專用集成電路設計工程技術研究中心開始，就擁有包括中電14所、昆騰微、湖南進芯、江蘇宏云、中科本源和中科昊芯等一眾廠商源于科研和自主裝備的特定功能和性能的定制需求，投入到DSP國產(chǎn)化浪潮中。

雖然經(jīng)過了一輪又一輪的攻關，但國產(chǎn)DSP在市場上仍然沒有得到廠商的廣泛認可，巨頭依然是那些巨頭。在問到為何還會如此的時候，資深DSP研究專家表示：

首先，客觀上講，DSP的應用場景大多數(shù)是工業(yè)客戶，與消費類客戶相比，工業(yè)客戶對產(chǎn)品的可靠性、性能指標的要求明顯高于消費類客戶，工業(yè)市場的準入門檻要高很多，不易進入。

其次，工業(yè)產(chǎn)品的生命周期長，導致DSP產(chǎn)品的導入周期相對長，必須做好打持久戰(zhàn)的準備，受制于公司治理機構和短期業(yè)績的壓力，大多數(shù)公司難以堅持下去。第三，工業(yè)市場對國產(chǎn)芯片的認知轉變需要過程，國產(chǎn)DSP芯片形成品牌和口碑，一樣要需要通過市場的考驗。

在國產(chǎn)DSP產(chǎn)品走向成熟的過程中，如果發(fā)生產(chǎn)品質量批次性問題，或者產(chǎn)品成本過高于對手，或者與MCU跨界競爭中方案缺乏優(yōu)勢的情況，極易導致DSP產(chǎn)品的國產(chǎn)化夭折。

毫無疑問，DSP的國產(chǎn)替代不會是一件很容易的事情。但受到當前國際競爭態(tài)勢的影響，本土開發(fā)者亟需擁有降本優(yōu)勢、供應鏈安全保證以及能協(xié)助打造極高競爭力產(chǎn)品的DSP芯片。也就是說，發(fā)展國產(chǎn)DSP是不二選擇。

于是，國產(chǎn)廠商繼續(xù)死磕DSP。以湖南進芯為例，因為產(chǎn)品國產(chǎn)化起早，公司經(jīng)過工業(yè)和汽車用戶的大批量使用驗證，質量穩(wěn)定，供應鏈保障能力強；最近，新產(chǎn)品推出速度加快、性價比高，產(chǎn)品服務及時，從而建立了良好的客戶口碑。即使這樣，與國外友商的整體實力相比，仍然存在巨大的差距。

除了打造DSP架構外，國產(chǎn)廠商還探索從RISC-V來打破DSP現(xiàn)有的競爭局面。在行業(yè)從業(yè)者看來，這是一種有益的嘗試，不過依然是聚焦在中低端，而且還有大量的軟件移植工作要做。如果未來想要其在DSP市場發(fā)揮更重要的作用，則需要在RISC-V指令集擴展上做更多的工作。

無法否定的是，經(jīng)歷了多年的探索，國產(chǎn)DSP在替代上也取得了一些成績。這一方面受惠于我們從低成本市場導入；另一方面得益于我們擁有豐富的IC工程師資源；再者，能靈活地為客戶定制產(chǎn)品和服務，也是國產(chǎn)DSP廠商攻堅的一個重要手段；更重要的是，近年來國內(nèi)在新能源汽車、儲能等新行業(yè)的主導權，給本土芯片供應商創(chuàng)造了新的國產(chǎn)機會。

但我們遠沒有到慶祝的時候。因為隨著TI等廠商將DSP帶入到多核異構時代，替代難度更大。在硬件方面，除了需要內(nèi)核替代外，還需要在系統(tǒng)架構，外設資源匹配方面做大量兼容性設計；軟件方面，則需要在軟件兼容性上需要投入大量精力，才能達到基本兼容的目標。

至于未來，DSP會從技術、產(chǎn)品和市場這三個方面持續(xù)演進。從技術層面看，DSP會不斷擴散、邊界消失、無處不在；從產(chǎn)品角度看，DSP會不斷演進，推陳出新，融入AI、FPGA GPU等技術到DSP產(chǎn)品中；從市場方面看，在中高端嵌入式應用場合或特定領域，因其芯片的專業(yè)性能， DSP會維持和擴展市場份額。

由此可見，DSP的“國產(chǎn)化”也需要隨著時間而做出改變。國產(chǎn)化是短期的，本土化才是長期的，對DSP芯片的關注點會將從很快從國產(chǎn)化替代向更高性能的DSP inside的客戶定制SOC芯片發(fā)展。

在2012年，TI DSP面世三十周年之際，Gene Frantz在IEEE發(fā)布的一篇文章中說：“也許有人會覺得DSP作為一個產(chǎn)品，從一文不值到創(chuàng)造每年數(shù)十億美元的價值之后又銷聲匿跡很奇怪。但是這確實是一個好消息的開始。因為它并沒有銷聲匿跡，只是融入到了每一部數(shù)字處理系統(tǒng)中而已?！彼瑫r指出：“永遠都會有新的吸引人的信號出現(xiàn)，永遠都會有處理信號的需求?！?

“DSP技術為世界帶來的改變來看，我們現(xiàn)在還僅僅是享受到皮毛而已?！盙ene Frantz在當時如是說。在筆者看來，這句話放在當下，也是適用。

換而言之，國產(chǎn)DSP大有可為。