数字化浪潮下,DSP在智能家居中焕发生机

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。
小结
在ai、iot、5g等新兴技术的快速发展下,智能家居强交互的属性也在愈发凸显,而交互的关键在于让机器听懂人话,让人也能听懂机器的话。并且随着生成式ai与智能家居的紧密结合,未来人与智能家居的语言交互预计将有爆发式增长,这也为dsp提供了广阔的增长空间。

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