原创 TI：激发DSP潜能 瞄准融合性SoC

作者：丛秋波 EDN China副主编 

发表时间：2005-07-01

Gene Frantz
TI首席战略科学家

　　“ 我认为，SoC定义应该是将系统或子系统集成到具有多种知识产权的单芯片上，同时还必须适用于模拟、数字与ＲＦ的通用工艺，有连接组件的简单接口，同时具备终端设备系统技术。”

　　不久前，德州仪器（TI）迎来了公司成立75周年的庆典，继创造了辉煌的历史之后，TI董事会主席汤姆·安吉伯指出：“TI 的目标是将技术发展的潜力发挥至顶点并超越极限。我们要做的不仅是让梦想成为可能，最重要的是让梦想变得切实可行。”TI长期以来一直致力于提供业界领先的数字信号处理器（DSP）和高性能的模拟器件技术。TI认为，DSP是电子领域中数字革命的核心，与高性能模拟产品的高附加价值整合，将会创造无限的商机。本刊记者最近与TI首席战略科学家、DSP半导体集团业务发展经理Gene Frantz 面对面的对话，能令你感受到，最让TI感到振奋的是客户利用TI的产品开发出创新性的应用。

　　性能、价格和功耗仍是DSP三大要素

　　EDN China：DSP已成为数字信息时代的主流产品，但是人们还是非常关注DSP的三大要素，即性能、价格和功耗的问题，TI是如何来解决DSP三大要素的最优化问题？

　　Gene Frantz：我曾在一篇《如何使TI风险业务变成其最大的业务》文章中提到，DSP最初是指一项数字信号处理技术，直到八十年代初，TI推出了业界第一颗商用DSP以来，DSP才开始成为一种全新高速处理器的名称。20多年来，DSP的制造工艺不断得到改进，产品系列不断扩充。TI旨在实现DSP速度、功耗以及成本之间的完美平衡。目前，TI能够根据单独的DSP应用领域需求而量身定制CMOS工艺。例如，TI可以利用其0.13微米工艺，在降低系统成本的同时将更高的性能、更低的功耗等优势集成于一体，或者把所有这些特性融合到任何DSP产品中。随着工艺标准继续向90纳米及以下延伸，与提高小型晶体管速度相同的物理规律，同样可以用于降低功耗、芯片尺寸和成本。实际上，我们通过有关数据也可以看到，在各个不同年代，DSP性能随着集成度的增加而提高，而价格却一直在下降。DSP突出的性能价格比趋势似乎也在很好地演绎着摩尔（Moore）定律。同样，也不难看到，DSP每MIPS的功耗在1982年为250mW，而到了1992年就迅速下降为12.5mW，到了2000年仅为0.1mW。2005年将挑战0.01mW的极限，预计到了2010年DSP每MIPS功耗将达到0.001mW。概括起来就是DSP功耗性能比每隔５年将会降低10倍。

　　EDN China：您作为TI首席战略科学家，请谈谈未来DSP的应用前景？

　　Gene Frantz：进入数字信息时代，DSP可以在嵌入式应用方面取代微处理器CPU ,在数字控制方面可挑战单片机ＭＣＵ。目前的DSP已经摆脱早期所处的协处理器地位，并在实时操作系统DSP/BIOS、协议栈等的支持下发挥出主处理器的作用，可独立完成大量的高速数字信号处理工作。同时，DSP结构体系也实现了多样化，DSP中不仅可以集成大容量的闪存、数据转换器和多种接口，还可集成音/视频接口、以太网、PCI接口和其它丰富的I/O接口，如TI的DM64X系列，就是一个完备的数字媒体处理单片系统（SoC）。为满足大量高密集度运算，更多的DSP芯核被集成到一个芯片，并集成有大容量的存储器。如TI的C5561就包含有6个C55X芯核，可以处理上千个VoIP通道。日前，DSP已在无线基站、宽带通信、数字控制、数字音／视频、消费类电子等领域不断开拓新的应用。TI提供高性能的DSP技术平台，就是希望客户能在这平台上去发挥他们的想象力，去创造新的应用世界。例如，Lotus汽车公司在其获奖的赛车中就采用了TI基于TMS320 DSP的主动减振系统，就是一个很好的实例。这也恰恰是我们不曾预料到的一个新的应用。这种例子还很多，我们为这些新的应用市场的增长而感到欣喜和振奋。将技术发展的潜力发挥至顶点，并超越极限是TI永远追求的目标。不过，我可以告诉大家的是，也许最好的DSP应用还没有出现。

　　DSP市场面临其他器件的挑战

　　EDN China：那么DSP又如何来避免来自于其它器件和应用市场的挑战呢？

　　Gene Frantz：作为一种通用处理器，DSP不可避免要受到来自其它多种器件的挑战。例如专用集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA），以及同样是软件可编程的传统处理器MPU。虽然目前ASIC和ＦPGA适合于某些特定应用，但ASIC灵活性较差且前期投入大，而FPGA又不适于批量生产。相比之下，DSP高性能、低功耗、灵活性强等特点仍将在较长的时间里占绝对优势，DSP软件也有极强可维护性和再利用性，既可以更新已有产品，也可以轻松地升级到新的产品。事实上，我们从Forward Concepts的调研报告中也可看到，2005年全球DSP销量将达到140亿美元，比去年增长约三分之一，并预测未来几年DSP都将以非常高的速度增长。实际上，以上技术它们相互之间也并不排斥，在很多应用中，往往是它们之间的一种融合。Xilinx、Altera等公司现在也都是TI长期的战略合作伙伴。我现在感到最大的挑战却是有时会很难预测到那些富有创造性的设计人员将为高性能DSP探索到什么更新的应用领域。我必须要前瞻性的看到DSP的发展趋势。未来的市场需要什么，如何运用SoC 把握未来，这就是我当前的任务。

　　诠释SoC的含义

　　EDN China：现今，SoC成为人们谈论的热门话题，但据了解，业界对SoC的概念的理解并未达成共识，请您谈谈对SoC的理解和如何来满足SoC要求？

　　Gene Frantz：目前的SoC的概念未必是业界大家公认所谓的定义，我自己理解的SoC定义应该是将系统或子系统集成到具有多种知识产权的单芯片上，同时还必须适用于模拟、数字与RF的通用工艺、有连接组件的简单接口同时具备终端设备系统技术。SoC不单单是一个器件，它必须与系统实现全面协调。传统的SoC只有硬件芯片这部分，而我认为，电子系统是由制造、硬件组件、操作系统、专用软件以及开发环境五大部分构成，其中每个构成部分都对实现 SoC 提出了一些程度不同的难题。为了满足SoC设计要求，需要重新定义SoC，使之适用于包括DSP内核、GPP内核等在内的模拟、数字与RF通用工艺。在连接组件方面，可采用更强大的ASIC设计方法，以及IP再利用标准和通用总线的支持，以获得连接组件的简单接口。TI推出的一些著名的DSP系列平台，C2000、C5000以及C6000等都是这种全面技术融合的SoC。例如，2004年，TI用于移动电话的单芯片（SoC）解决方案中就包括了数字基带、内存、逻辑、RF、电源管理和模拟基带等技术。为了实现SoC产业化，业界应该开阔思路，锐意创新。对于适用于特定市场的SoC,生产商需要取消若干IC设计，减少材料清单，同时缩减制造成本和上市时间。

　　实现SoC并非轻而易举

　　EDN China： SoC技术的融合会带来哪里新挑战？SoC是否集成度越高越好？SoC如何把握未来？

　　Gene Frantz：从现实的角度来看，SoC面临着这样一些挑战。首先是在开发设计和制造加工成本上需要投入数百万美元，这比原先各个单独的晶片来讲是非常大的资金投入。第二是在生产方面需要非常长的时间才能实现SoC晶片。第三，由于数字、模拟的制成工艺不同，制式不同的工艺统一集成在一个单芯片上，这对设计和制造都会带来更大的挑战。针对这些问题，我们需要有一些折衷的办法来满足客户不同的需求和拓展SoC 市场。例如，针对特定客户的SoC、专用市场的SoC 以及大众市场的SoC，会针对不同客户对研发成本、单位成本、应用程序以及单位数量的要求，提供不同的解决方案。至于集成到什么程度是最好的，这要从成本、性能、功耗的角度来考虑，取决于对市场的选择。比如说应用量非常大，研发成本低是最有效的。但是对于市场规模不是很大做这样的集成未必是最好的，这要看客户的需求，你要及时地看到市场上对等差别，这不仅仅是这个技术上的问题。

　　现代科学技术应用的重要特点，就是技术多样性和知识多变性。所谓技术多样性，就是实现同一个应用电子系统可以有许多不同的设计方案供选择；而不同的设计方案就意味着必须使用不同的设计和生产技术。所谓知识多变性，是指在现代电子技术应用系统中，实现系统目标的基础理论和方法随着新知识的出现不断地在变化。这种变化不仅使应用电子系统技术指标发生变化，甚至改变了系统的整体结构。

　　SoC正是成为满足现代科学和工程技术发展的要求而产生的现代应用电子技术。传统的观念认为，只有大批量的产品才有集成的可能，才具有价格竞争优势。因此，到目前为止，大多数小批量产品，特别是研究性质的应用电子系统，一般还都在采用HW，HW+SW或FW技术实现。但随着SoC的出现、发展和成熟，这种现状已经发生了极大的变化。SoC为现代电子工程师提供了一个快捷经济的系统设计方法，使传统观念上认为高性能、高复杂度、高成本的嵌入式结构，能够通过低成本的单片芯片来实现。

　　SoC成为新一代应用电子技术的核心已经成为不争的事实，这不仅是电子技术本身的革命性标志，也是电子技术应用的重大历史变化。SoC并不是凭空产生的；而是几十年应用技术积累和电子技术发展的必然结果。TI对此将进行不懈的努力。