DSP芯片诞生开始究竟带来了什么？

DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。其独特之处在于它能即时处理资料，正是这项即时能力使得DSP最适合支援无法容忍任何延迟的应用。

其内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。现在DSP产品很多，定点DSP有200多种，浮点DSP有100多种。目前主要供应商有 TI、ADI、Motorola等，其中 TI 占有最大的市场份额主导产品。

TI公司在1982年成功推出了其第一代DSP芯片TMS32010，这是DSP应用历史上的一个里程碑，从此DSP芯片开始得到真正的广泛应用。由于TMS320系列DSP芯片具有价格低廉、简单易用、功能强大等特点，所以逐渐成为目前最有影响、最为成功的DSP系列处理器。

此前，TI首席科学家Gene Frantz（方进）撰文，详细叙述了TI DSP的发展历程与其本人与DSP的不解之缘，这也是DSP技术不断创新的动力源泉：

DSP的理论首次被提出是在20世纪六十年代中期，当时我还在读高中。到了七十年代初，我听说数字信号处理可以在通信方面起到一些神奇的作用。后来我在德州仪器的计算器部门工作，同时攻读我的硕士学位，也正是那时，我在一本名叫《Digital Signal Processing》的教科书中接触到了数字信号处理的理论，那是1977年。

从负责Speak &Spell产品开始

在20世纪70年代，数字信号处理还仅仅是一项受限于计算机的实时操作实现能力和掌握熟练DSP技能的工程师的技术。而我是负责Speak &Spell这个产品的团队中的一员。这款产品是首次搭载DSP技术的儿童玩具，通过合成语音来进行启蒙教育。

这个团队创立之初只有四个人。Paul和我负责产品研发这一块。我们还拉入一个IC架构师Larry Brantingham，和一个语音系统专家Richard Wiggins。能赶上那个时机对我们来说真的很幸运。记得那是1976年的秋天。

图1 拍摄于1978年夏天，正值Speak & Spell最初开发的阶段，从左至右：Gene Frantz， Richard Wiggins， the Speak & Spell， Paul Breedlove and Larry Brantingham

在为这款产品的可行性研究确立了内部资金之后，我们四个开始了这项工程的可行性研究。1976年的12月，我们用一台内嵌阵列处理机的TI-980电脑来进行演示。我们设计了芯片组并且在1978年成功推出了原型机。在6月份芝加哥举办的CES（美国消费电子展）展会上，我们为这款产品进行了宣传。8月份，Speak& Spell就开始投产了。首次出货进入市场是在9月份。1982年，Speak& Spell出现在了斯蒂芬•斯皮尔伯格的大片ET中，从而成为了流行文化的巅峰之作。

当时，我感觉我们是走在DSP技术革命的最前沿，我们也意识到了半导体技术可以广泛地商业化，而关键要做的就是培养足够多的DSP工程师，同时要让客户能够跨越这个新旧技术交替的鸿沟，让他们肯去冒这个风险，而且我们要打造出一个简单易用的平台。正如我所看到的，数字信号处理技术拥有无限的潜力，它将在手机、成像、医疗电子、安防等领域掀起一场数字革命。

加入到TI新成立的DSP团队

有了做Speak& Spell的经验之后，我加入到了TI新成立的DSP团队，我们通过这个团队，把这项革新的技术推广给大众。我们从拜访那些数字信号处理领域的权威教授开始，为他们提供TI当时的主流可编程DSP设备的硬件和软件，让他们来进行研究和实施，从而加速这种技术在市场上的扩散。

但是这些还不够，TI需要加速那些DSP人才的培养，所以我们赞助了教科书、实验室，捐赠了设备，还游说了全球各地的教授来推动大学中的DSP教育，无论是博士还是学士，都有机会接触到DSP的课程。我还看到了客户对于这项技术的实习培训和应用说明的需求。我们的第一款产品是TMS32010，性能达到了5MIPS，并拥有55000个晶体管。1982年2月4日我们在ISSCC上发布了这款产品，一年以后进入市场。图2是TMS32010的裸片图。

图2 TMS32010的裸片图，拥有3-nm NMOS的设计技术以及大约 50，000 逻辑门电路库。