中国DSP芯片行业发展历程 由于外界的技术封锁国产芯片的发展历程并不顺利

一、中国DSP芯片行业发展历程

国内对DSP方面的研究起步较晚，但是发展较快。中电科14所承担起研发DSP芯片的任务。10年磨一剑，14所跟龙芯公司、清华大学合作开发国产DSP芯片华睿1号在2012年通过核高基专项组验收。

中国电科14所及子公司北京国睿中数科技股份有限公司、清华大学、龙芯中科联合在2009年8月完成“华睿1号”芯片的系统设计，2009年12月完成芯片的物理设计，2010年1月进行芯片流片，2010年6月完成芯片的封装及成测，于2010年12月正式发布。在研发过程中，选择了基于龙芯3号通用处理器的架构，结合实际应用提取和增加了一些专用指令和运算单元的方式开发华睿1号DSP芯片。

“华睿1号”是国内首款具有国际先进水平的高端DSP，芯片集成了4个高性能DSP处理器核，支持32/64位浮点运算和8/16/32/64位定点运算，具有4MB分布式共享二级Cache，以及2个64位带ECC的DDR2/3内存控制器，采用65nmCMOS工艺，工作主频为550MHz，处理能力32GFMACS，功耗为10W采用了先进的65nmCMO工艺和多核架构实现，并创新性地融合了DSP和CPU设计技术，填补了我国多核DSP领域的空白。

“华睿2号”是国家“十二五”核高基重大专项高端芯片项目，“华睿2号”是在实现华睿1号基本功能的前提下，进一步改进了专用指令和向量运算单元，同时加入了可重构的运算核，更高效地面向专用领域的计算，在通用的基础上更偏向专通结合。“华睿2号”DSP的处理能力达每秒四千亿次运算水平。华睿2号DSP为八核异构架构，采用了超标量结构、SIMD向量处理、可重构加速处理等技术。

下一步，中国电科十四所计划将在“华睿3号”上采用更为先进的制造工艺，进一步提高主频，目前规划是2G以上，以提高通用性能。在专用性能方面采用流处理器方式，提高专用计算的性能，同时降低功耗。

DSP芯片在民用信息领域市场空间巨大。DSP芯片支持通信、计算机和消费类电子产品的数字化融合。

目前，进芯电子已具备年产DSP芯片500万颗以上的能力，成为华为、美的、格力、华中数控、广州数控、长城电源等行业标杆企业的战略合作伙伴。

湖南进芯电子科技有限公司是专业从事数字信号处理器芯片(DSP)及嵌入式解决方案研发的集成电路设计企业。公司已成功研制并量产出了以ADP32、AVP32、ADP16为代表的32位定点运算、32位浮点运算及16位定点运算数字信号处理器产品系列。

二、我国DSP芯片行业发展特点分析

DSP芯片技术发展：

1、数字信号处理器的内核结构进一步改善，多通道结构和单指令多重数据(SIMD)特大指令字组(LIM将在新的高性能处理器中将占主导地位，如Analog Devices的ADSP2116x。

2、DSP和微处理器的融合。微处理器是低成本的，主要执行智能定向控制任务的通用处理器能很好执行智能控制任务，但是数字信号处理功能很差。而DSP的功能正好与之相反。在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能，如数字蜂窝电话就需要监测和声音处理功能。

3、DSP和高档CPU的融合。大多数高档GPP如Pentium和Powerpc都是SIMI指令组的超标量结构，速度很快。

4、DSP和SO的融合。SOC(System-On-Chip)是指把一个系统集成在一块芯片上，这个系统包括DSP和系统接口软件等。

5、DSP芯核集成度越来越高。缩小DSP芯片尺寸一直是DSP技术的发展趋势，当前使用较多的是基于RISC结构，随着新工艺技术的引入，越来越多的制造商开始改进DSP芯核，并且把多个DSP芯核、MPU芯核以及外围的电路单元集成在一个芯片上，实现了DSP系统级的集成电路。

6、可编程DSP芯片将是未来主导产品。随着个性化发展的需要，DSP的可编程化为生产厂商提供了更多灵活性，满足厂家在同一个DSP芯片上开发出更多不同型号特征的系列产品，也使得广大用户对于DSP的升级换代。

7、定点DSP占据主流。目前，市场上所销售的DSP器件中，占据主流产品的依然是16位的定点可编程DSP器件，随着DSP定点运算器件成本的不断低，能耗越来越小的优势日渐明显，未来定点DSP芯片仍将是市场的主角。

三、中国DSP芯片行业发展面临问题

自从我国的华为公司被疯狂打击和制裁以后，国产科技企业想要打造自主化的国产芯片，那么也就要避免受到国外芯片架构影响，所以最近这两年，国内科技企业也开始采用开源的RISC -V架构来研发芯片。

(1)国内芯片急需替代掉ARM架构

由于外界的技术封锁，国产芯片的发展历程并不顺利。

目前，内地最大的芯片代工企业中芯国际，最先进的代工技术也只能用于14nm芯片的量产。

不仅在芯片制造技术上受限，在芯片设计架构上，国内企业同样存在被垄断的风险。2020年，英伟达提起了对全球最大架构开发商ARM的收购，虽然，这次收购事件的最终结果还不得而知，但是，却引起了人们对芯片架构授权问题的重视。

拥有光刻机和芯片制造设备，没有芯片架构的授权。国内企业依旧无法生产芯片，在这样的局面之下，国内的芯片产业，急需一款可以替代掉ARM架构的芯片产品出现，以此来打破美国的技术封锁。

(2)采用RISC -V架构成为突破口

全球任何一家企业都可以采用RISC -V架构来进行芯片的研发，且不用受到限制，这让RISC -V在芯片领域中的影响力也开始日益提高。

基于RISC -V指令集的DSP与巨头公司的DSP在体系结构上有很大的差异，在相同的主频下，RISC -V指令集的DSP性能与巨头公司DSP性能有较大差距。

众所周知，无论是CPU、GPU还是DSP都需要指令集。而能够提供指令集的几乎都是国际大厂，例如ARM、MIPS、英特尔的X86等。

绝大多数指令集都需要经过大厂授权，但很少有巨头会开放DSP指令集的授权。即便应用他们的授权，那么国产DSP就失去了国产的意义。

故而，中国企业只能自定义一套指令集，或者采用没有版权限制的成熟指令集。

中科昊芯就选择了后者，以RISC -V这个开源指令集为基础，进行数字信号处理器的研发。

其在2016年就开始RISC -V处理器核的研究;2019年1月公司成立，7月份首款RISC -VDSP芯片流片成功。

企查查APP显示，2021年4月，“中科昊芯”完成数千万元的Pre -A+轮融资，此轮融资由红杉中国领投，原股东九合创投追加投资。

本轮融资主要用于公司现有DSP芯片量产和新一代自主可控产品开发。下一步，公司还将结合市场反馈进一步丰富产品线和应用生态。

最近芯片企业中科昊芯正式宣布采用RISC -V指令集技术所研发的DSP芯片取得成功，而且面向工业自动化市场的DSP芯片即将量产。

这一次在DSP芯片领域的技术突破，让中科昊芯也成为了全球第一家采用的RISC -V指令集设计量产DSP芯片的厂家。

(3)DSP芯片成为国产替代的最大可能

被称为国产芯片“四大件”的CPU、GPU、FPGA、DSP无论对于国产芯片自给率的提升还是解决高端芯片卡脖子问题都意义深远。

DSP芯片是专门用户处理数据的芯片，这一芯片被广泛应用于电子消费、数统、移动通信和工业自动化等众多领域，可以说也是十分重要的一个芯片。

目前在IPDSP芯片领域里我国的自给率为零，而这一次中科昊芯的成功研发和量产，无疑也就意味着我们在自研IPDSP芯片领域破冰。

DSP主要有两种形式，一种是单芯片，另一种是通过IP或模块集成到SoC。国产单芯片DSP有一些市占率，在DSPIP领域国产化率几乎为零。

DSP相比CPU功能更加专一，相比GPU分属不同领域，相比FPGA计算效率更高。

已经广泛应用于手机、家电、汽车、高铁、工业机器人、无人机等诸多领域，市场需求量很大。

对于RISC -V阵营而言，这是生态建设中一个值得关注的进展。

对于DSP芯片而言，这是一个大胆的尝试。对于中国的国产芯片四大件而言，这是一个突破的机会。

(4)RISC -VDSP芯片量产的意义

通过RISC -V架构量产的DSP芯片意义是十分重大的，不仅探索出RISC -V指令集更大的发展空间，也为国产DSP芯片的未来突破打下基础。

一旦RISC -VDSP芯片完成量产，并广泛运用的话，在通信、自动控制、计算等领域将发挥巨大作用。

中科昊芯研发的基于RISC -V的指令集解决了至关重要的知识产权问题，为DSP的国产替代开辟了广阔的空间。

中国需要发展自己的DSP设计和应用企业，以打破国外在这个领域的垄断，保证工业及消费产业发展的自主可控。

先以用户熟悉的方式切换到国产DSP芯片，再逐渐去提升性能，从中低端市场切入，一步步发挥出优势，实现芯片的高端替代。

以中科昊芯为代表的国产DSP芯片公司找到了一条不错的国产替代路线，但突破挑战不小，也需要耐心。

 欲了解更多行业的未来发展前景，可以点击查看中研普华产业院研究报告《2023-2028年中国DSP芯片行业发展前景及投资战略分析报告》。