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数字化浪潮下，DSP芯片在智能家居中的应用

来源：电子发烧友 黄山明| 发布日期：2023-10-10 10:04

所谓DSP芯片，即数字信号处理器芯片，它能够对模拟信号进行数字处理，具有高速、低功耗、高精度等特点。随着智能家居向智能化、自动化、数字化的趋势迈进，对DSP的需求也在持续提升。

DSP芯片的演进

20世纪60年代时，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术也开始崭露头角，并得以迅速发展。而在那时，负责数字信号处理的主要依靠微处理器，也就是MPU来完成。但由于那时MPU处理速度较低，无法满足越来越庞大的信息量以及需要高速实时处理的迫切需求。因此，一种更快、更高效的信号处理方式成为当时的重点研究项目，DSP便在这个时代背景下诞生。
到了70年代，DSP芯片的理论与算法基础开始趋于成熟，但这种技术一开始还只存在于课本之上，即便研发出来，也仅限于军事、航空航天部门进行少量使用。
1978年，AMI正式推出了全球第一个单片DSP芯片S2811。一年后，Intel发布了一款商用可编程器件2920，可以认为是DSP芯片的一个里程碑。不过，这段时间发布的产品都没有现代DSP芯片所必备的单周期芯片。
1980年，日本NEC公司推出的MPD7720，算是第一个具有硬件乘法器的商用DSP，也被认为是第一块单片DSP器件。两年后，TI推出了其第一代DSP芯片TMS32010，采用微米工艺NMOS技术制作，尽管功耗稍大，但运算速度比同期的微处理器快了几十倍。并且这款DSP的问世也标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈出了重要一步，可以被看做是DSP芯片的重要里程碑。此后，DSP开始得到真正的广泛应用。
目前，随着以大数据、云计算、物联网、人工智能为代表的信息技术产业规模不断增大，集成电路的需求量在上升，每年从国外进口的总额也在不断攀升。
并且伴随着5G和物联网的普及，DSP的需求也将持续上升，因为该芯片在处理5G通信的基带信号、信号解调、编解码和射频前端等方面发挥着关键作用。
不过受到产品品牌、性能、应用领域等因素的影响，国内DSP芯片产品价格分化明显，其中军工及航空航天领域部分产品价格高达数千元，而部分消费音频领域的DSP芯片售价仅为20元左右。
市场中，DSP芯片国外制造商主要有三家，TI、ADI与摩托罗拉，其中TI占绝大部分国际市场份额，ADI与摩托罗拉也握有部分市场。
而国内的DSP芯片起步较晚，国产DSP芯片市场占比较低，国内主要DSP厂商有昆腾微、湖南进芯、宏云技术、创成微、本原微、毂梁微、中科昊芯、卢米微、无锡芯领域等。

在智能家居中发挥重要作用的DSP

DSP本身最大的应用之一便是音频处理，可以实现各种音效处理、音量控制、降噪、回声消除等功能。在消费电子领域，不少高端TWS耳机已经加入了DSP芯片，以实现更高阶的通话降噪功能。
而在智能家居中，有非常多的产品需要DSP的加入。比如智能音箱、智能电视或其他可以使用语音控制的智能家居产品。
并且不同音频设备在语音功能的需求场景都是不同的，比如有办公需求的会议音响或视频通话等设备，就需要良好的降噪、回声消除、自动增益以及低功耗唤醒等功能。
除了降噪外，低功耗也成为目前DSP芯片的发展重点。比如欧盟及北美的环保法规要求普通智能远场语音电视要实现24小时待机唤醒，待机功耗高达20W以上。解决功耗问题，才能够在这些市场中获得一席之地。
数据显示，2020年我国DSP市场规模约为136.9亿元，2021年收益于人工智能、语音识别、5G基站通信领域等快速发展，规模迅速增长，达到160亿元，2022年市场规模达到167.02亿元。
从全球市场来看，2021年全球DSP芯片市场销售额约为36亿美元，预计2022年到2028年将以6.8%的年复合增长率增长，到2028年达到57亿美元。
并且随着生成式AI的发展，越来越多的厂商开始将自己的语言大模型与智能家居产品进行绑定，让人机交互更加自然、流畅。而DSP的加入，不仅让设备的声音效果提升，同时也能让用户的语音更好的被设备听见、听懂。
如今不少的DSP产品只支持自有的算法或者必须绑定自有算法销售，这对于现如今发展迅速的AI技术而言，是一个痛点。但已经有部分厂商开始建立灵活开放的系统，来为DSP匹配语音唤醒、降噪、通话增强、音效增强、声源定位、声纹识别等一系列的解决方案，以适应当前高速发展的智能设备。
另一方面，或许有人会认为随着FPGA的快速发展，该产品会凭借其性能优势不断入侵并蚕食DSP市场。但在现实市场中，由于受到成本、功耗等因素影响，许多大批量的应用并没有采用FPGA，但可编程的DSP却不可或缺，这在许多智能家居产品中也得以体现。
依靠更低的成本、更低的功耗，DSP似乎在智能家居中已经找到了一条持续增长的道路，并且随着智能家居技术的发展，对DSP也提出了越来越高的要求。


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