1980年,NEC电子(当时还是NEC公司的一部分)推出uPD7720首次进入DSP市场。该产品是世界上最先获得商业成功的DSP之一,它采用2.4um NMOS技术设计,数据字宽16位,指令字宽24位,可以支持高度并行的运算。在4位及8位微电脑大行其道的当年,NEC电子是最先将超长指令字(VLIW)概念引入DSP架构的供应商之一。
市场演变
uPD7720在20世纪80年代早期赢得市场认可的时候,DSP的主要应用是电信领域,如调制解调器和交换系统。之后向CMOS技术的转移使市场得以拓宽,进入其它消费类产品。到了90年代后期,DSP的市场环境发生了一个巨大的变化:蜂窝电话出现了。
如下表所示,当今超过60%的DSP是用在无线通信当中,尤其是蜂窝电话。无线通信领域的强劲需求正在推动整个DSP市场增长,导致2002年全球年增长率达到22%。
技术趋势
因此,蜂窝电话的一项关键要求——低功率成了目前DSP最关键的技术。早期的DSP低功率技术开发仅涉及一些基本电路技术,包括“门控时钟”(gated clock),但如今需要一些更有效的方法,如将电源电压保持在1V以下。
众所周知,CMOS电路的功率与电源电压平方成正比,因此电压变化对它影响很大。由于降低了电源电压,当今最先进的DSP可以实现超低功耗,从而扩大了DSP的应用范围,能完成一些传统上由定制固定连接逻辑IC所实现的功能,如纯软件视频编解码器甚至都可以无需硬件加速器就在某些最新的DSP上工作。
让我们来仔细看一下低电压是如何影响功耗的。在150纳米工艺时代,0.9V超低电压与1.5V标准电源电压相比,可以将功耗降低一半。到了130纳米时代,我们可以更精确地控制电压。这时电源电压每降0.3V,工作速度就可减慢几乎一半。根据这一特性,我们可以对功耗与工作频率进行很好的均衡和优化。如表1所示,功耗最低可降至最高工作频率时的6.3%。
不过,在生成这些可变电压的同时优化电路设计不是一件容易的事,只有资深的DSP与处理器设计师可以做到。NEC电子在开发最近发布的SPXK5 DSP内核时就充分利用了设计经验方面的优势。SPXK5技术为用户提供超高效功率管理,其产品形式包括ASIC内核,即SPXK5超级內核,配有144KB高速SRAM与高速缓存以及AMBA AHB总线接口;另外还有独立式产品,即uPD77050,一种可变电压DSP,可用作3G蜂窝应用处理器。