過年期間，一則消息沒有引起多數(shù)人注意。MPS宣布收購總部位于荷蘭的初創(chuàng)公司Axign B.V., 該公司專注于可編程多核DSP（數(shù)字信號處理器）研發(fā)，其音頻處理器技術(shù)能夠為汽車和消費類音頻系統(tǒng)提供近乎零失真的信號，同時做到顯著降低功耗。

而在前陣子，炬芯挺進(jìn)汽車音頻DSP芯片領(lǐng)域，布局全資子公司注資上海炬迪，珠海熠芯擬與迪鼎瑞、迪威聲、銳聲泰共同出資來投資上海炬迪，助力上海炬迪公司DSP芯片與技術(shù)的研發(fā)，這也標(biāo)志著炬芯科技正式進(jìn)軍汽車音頻DSP芯片領(lǐng)域。

前一個月，AKM旭化成微電子也推出了全新車載音頻DSP。

隨著汽車智能化需求提升，音頻DSP（Audio DSP，ADSP）作為老兵又一次默默被人所注視，一場暗戰(zhàn)再臨。


音頻DSP，尚能飯否？

不得不說，DSP算是“老東西”了，現(xiàn)在無論是什么領(lǐng)域，都很少提及這種芯片。但老不意味著不重要，也不意味著已經(jīng)被淘汰。

與市面絕大多芯片不同，DSP有著自己的“使命”。

DSP其實個“偏科生”，與什么任務(wù)都能做的CPU不同，DSP是一種應(yīng)時代需求而生的微處理器。雖說“麻雀雖小、五臟俱全”，但由于技能點都點在了架構(gòu)和指令集設(shè)計上，DSP擅長各種與數(shù)字信號相關(guān)的運算。

打個比方來說，CPU就像是廚師的一套刀具，什么都能切削，DSP就像一個削皮刀，只能削皮，但是削皮的效率最高。

造成這樣的分化的原因在于三點：

一是DSP內(nèi)部采用哈佛結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)中，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器采用不同的總線，因而具有更大的存儲器帶寬，數(shù)據(jù)的移動和交換更加方便，非常適合處理數(shù)字信號任務(wù)；

二是DSP能在很低的核心頻率下，能夠在更短時間內(nèi)以更高性能、更低功耗來完成任務(wù)，這樣很省電了；

三是DSP有專門的硬件乘法器，加入了如單周期乘加指令、逆序加減指令，塊重復(fù)指令等，甚至將很多常用的多操作組成的序列專門設(shè)計一個指令最大化每個時鐘周期能完成的工作，極大地提高了數(shù)字信號處理的速度。

那么，再用上述比喻來看，我們有了更好的刀具，就要舍棄削皮刀嗎？答案顯然不是。

這一點從市場數(shù)據(jù)中能夠看出一二——2019年全球音頻DSP市場規(guī)模為110.6億美元，預(yù)計到 2027年將達(dá)到234.3億美元，2020年至2027年的復(fù)合年增長率為9.3%。從終端應(yīng)用來看，手機、智慧家庭、家庭娛樂系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、車載系統(tǒng)將會是DSP成長的主要推動力。


DSP 芯片的誕生是時代所需

20 世紀(jì) 60 年代以來，隨著計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運而生并得到迅速的發(fā)展。在 DSP 芯片出現(xiàn)之前數(shù)字信號處理只能依靠微處理器來完成。但由于微處理器較低的處理速度不快，根本就無法滿足越來越大的信息量的高速實時要求。因此應(yīng)用更快更高效的信號處理方式成了日漸迫切的社會需求。

上世紀(jì) 70 年代， DSP 芯片的理論和算法基礎(chǔ)已成熟。但那時的 DSP 僅僅停留在教科書上，即使是研制出來的 DSP 系統(tǒng)也是由分立元件組成的，其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于軍事、航空航天部門。

1978 年， AMI 公司發(fā)布世界上第一個單片 DSP 芯片 S2811，但沒有現(xiàn)代 DSP芯片所必須有的硬件乘法器；

1979 年， 美國 Intel 公司發(fā)布的商用可編程器件 2920 是 DSP 芯片的一個主要里程碑，但其依然沒有硬件乘法器；

1980 年，日本 NEC 公司推出的 MPD7720 是第一個具有硬件乘法器的商用 DSP芯片，從而被認(rèn)為是第一塊單片 DSP 器件。

1982 年世界上誕生了第一代 DSP 芯片 TMS32010 及其系列產(chǎn)品。這種 DSP 器件采用微米工藝 NMOS 技術(shù)制作，雖功耗和尺寸稍大，但運算速度卻比微處理器快了幾十倍。 DSP 芯片的問世是個里程碑，它標(biāo)志著 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)由大型系統(tǒng)向小型化邁進(jìn)了一大步。至 80 年代中期，隨著 CMOS 工藝的 DSP 芯片應(yīng)運而生，其存儲容量和運算速度都得到成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術(shù)的基礎(chǔ)。

80 年代后期，第三代 DSP 芯片問世。 運算速度進(jìn)一步提高，其應(yīng)用范圍逐步擴大到通信、計算機領(lǐng)域；

90 年代 DSP 發(fā)展最快，相繼出現(xiàn)了第四代和第五代 DSP 芯片。 第五代與第四代相比系統(tǒng)集成度更高，將 DSP 芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上。

進(jìn)入 21 世紀(jì)后，第六代 DSP 芯片橫空出世。第六代芯片在性能上全面碾壓第五代芯片，同時基于商業(yè)目的的不同發(fā)展出了諸多個性化的分支，并開始逐漸拓展新的領(lǐng)域。


MCU和SoC對音頻DSP的圍剿

早年間，由于浮點性能、計算主頻、指令集等限制，除了DSP方案，市面也基本沒有什么更好的音頻算法解決方案。很長一段時間內(nèi)，DSP、XPU、FPGA各司其職。

2010年和2014年，Arm接連推出Cortex-M4和M7，那時起，某些輕量級音頻算法，開始直接放MCU內(nèi)了。而在當(dāng)時，業(yè)界部分開發(fā)者當(dāng)中，也曾經(jīng)有著DSP將要被Arm淘汰的流言。

時間繼續(xù)向前推進(jìn)，單獨音頻DSP芯片愈發(fā)鮮見，廠商們放在手機和各種設(shè)備內(nèi)的SoC芯片非常復(fù)雜，包含了CPU、GPU、NPU、ISP等一系列的核心，外置的DSP芯片也被放在這顆SoC之內(nèi)。廠商們追求的目標(biāo)是，在單顆實現(xiàn)主動降噪、通話降噪、通透模式及調(diào)音等功能。

無論是MCU還是SoC，擠壓了單獨的外置音頻DSP，市場對它們的討論就更少了。

經(jīng)過數(shù)代更迭，DSP目前主要以兩種產(chǎn)品形態(tài)存在：一種是單芯片，也就是外置的獨立DSP芯片，另一種是以IP或處理單元的形式集成在SoC中。

盡管DSP大多數(shù)時間都在默默無聞地計算處理工作，但它仍然擁有出色的片上性能、高效設(shè)計的指令集、豐富的音頻接口/資源、成熟穩(wěn)健的工具鏈及深耕多年的上下游生態(tài)。

就像TI前首席科學(xué)家，DSP產(chǎn)品奠基人方進(jìn)2012年曾說過的：“也許有人會覺得DSP作為一個產(chǎn)品，從一文不值到創(chuàng)造每年數(shù)十億美元的價值之后又銷聲匿跡很奇怪。但是這確實是一個好消息的開始。它并沒有銷聲匿跡，只是融入到了每一個數(shù)字處理系統(tǒng)中而已。為什么這么說呢，因為我們在IC技術(shù)中所做的努力已經(jīng)允許在芯片中嵌入DSP。曾經(jīng)的DSP是非常大的，而如今卻小到幾乎看不見。”

音頻DSP的故事從來沒有完結(jié)，尤其在這兩年，為了增強音質(zhì)，音頻DSP的使用量與日俱增，連同一起的，還有更多順應(yīng)時代的變化：

跟上AI時代的潮流，與AI大模型相結(jié)合，覆蓋更多的音頻場景，就比如CES 2024期間，GreenWaves Technologies推出了最新的AI+DSP音頻創(chuàng)新技術(shù)，提供基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超低延時自適應(yīng)主動降噪（ANC），再比如，最近日本新創(chuàng)AI公司Qosmo旗下設(shè)立了一家新公司Neutone讓你可以在 Plugin 中任意使用AI模型控制DSP；

運行的算法不斷迭代，包括三段動態(tài)范圍控制技術(shù)、動態(tài)均衡器技術(shù)、虛擬低音、音質(zhì)提升技術(shù)、環(huán)繞聲技術(shù)、高清音頻降噪技術(shù)等；

和RISC-V指令集做結(jié)合，比如昊芯在RISC-V DSP方面已經(jīng)推出了多款產(chǎn)品，既有定點DSP，也有浮點DSP。


算法與調(diào)音兩大優(yōu)勢，助力車企搶占競爭高地

當(dāng)然，隨著市場對于音頻的需求往高端化、多功能化方向發(fā)展，AKM的車載音頻DSP也不斷迭代。何斯偉表示，從最初支持藍(lán)牙通話，到語音識別的前處理、調(diào)音、模擬聲浪等，AKM的車載音頻DSP已發(fā)展到第四代、第五代，具備的功能也越來越強大。例如，其DSP 32bit的數(shù)據(jù)位寬保證了運算處理的高精度，可以對聲音進(jìn)行細(xì)致入微的調(diào)整。多核心的總運算能力超過7000MIPS，高算力使得多個復(fù)雜算法的同時運行成為可能。數(shù)字接口豐富，最多可以支持152聲道的數(shù)據(jù)傳輸，能夠靈活地對應(yīng)各種音頻系統(tǒng)設(shè)計，滿足客戶不同的需求。

車載聲學(xué)設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率聲音的再現(xiàn)，可以真正打造出引起情感共鳴的音質(zhì)，兼顧平衡感與重量感、空間感。尤為值得一提的是，AKM加速發(fā)力汽車市場，去年5月，AKM還全新推出車載聲學(xué)設(shè)計方案品牌“VELVET SOUND for Cars”。

每個人對音樂的喜好各不相同，對聲音的感受也是主觀的、感性的。車內(nèi)的聲學(xué)體驗，單靠卷硬件很難獲得音質(zhì)的全面提升。探究其中存在的挑戰(zhàn)，何斯偉談到，“從目前車載音響的發(fā)展現(xiàn)狀來看，難點在于算法和調(diào)校。把調(diào)校和算法的匹配度發(fā)揮到極致，才是最終聲學(xué)效果體現(xiàn)的關(guān)鍵。”

而且，我們已經(jīng)看到，為了搶占車載音響的競爭新高地，把硬件的功能最大化發(fā)揮出來，一些造車新勢力已紛紛開始選擇全球領(lǐng)先的調(diào)音團隊負(fù)責(zé)調(diào)校整套音響。這都充分說明了調(diào)音、算法等在車載音響中的重要性。

除了硬件，調(diào)音、算法也正是AKM的優(yōu)勢所在。基于AKM在音頻硬件領(lǐng)域數(shù)十年的積淀，其軟件算法也在不斷更新。在聲學(xué)設(shè)計中，AKM提供的音頻軟件算法“Real Space Sound (RSS)”可以實現(xiàn)更加舒適的聲音體驗。

RSS由4個技術(shù)要素組成，分別是頻響補償、聲像定位、低音增強、空間增強。在需要考慮玻璃反射和內(nèi)部裝飾等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的車艙內(nèi)，空間增強對駕乘人員感官感受的影響特別明顯。RSS可以提供具有開闊感和澎湃有張力的演唱會聲音、厚重有魄力的重低音、極具通透感和定位感的聲像，此外擁有駕駛模式和乘客模式，可以根據(jù)不同場景設(shè)定適合的聲像。

同時，針對揚聲器數(shù)量多的車型，AKM還提供了匹配高端需求的軟件算法“RSS Pro”。RSS Pro加強了各個技術(shù)要素，目標(biāo)是打造專業(yè)聽音房般的聲音體驗。

何斯偉介紹道，為了追求最高級別的聲學(xué)體驗，AKM打造了專業(yè)的聲學(xué)聽音室，創(chuàng)造了一套完整且嚴(yán)格的聲學(xué)培訓(xùn)體系，音頻專家在聽音室經(jīng)過了長期、嚴(yán)格的訓(xùn)練，因此能對客戶改善音質(zhì)的訴求提供專業(yè)建議。AKM的聽音室在位置布局上與汽車實驗室無縫相接，在聽音室內(nèi)得到的聲音評估結(jié)果可以迅速的反饋給汽車實驗室現(xiàn)場進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計的工程師們。


寫在最后

智能化浪潮下，汽車由傳統(tǒng)的載人工具正在向有溫度的智能移動終端轉(zhuǎn)變。技術(shù)加持，以及用戶需求下，車企紛紛競逐打造“人類生活的第三空間”。