過(guò)年期間，一則消息沒(méi)有引起多數(shù)人注意。MPS宣布收購(gòu)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(hào)處理器）研發(fā)，其音頻處理器技術(shù)能夠?yàn)槠嚭拖M(fèi)類音頻系統(tǒng)提供近乎零失真的信號(hào)，同時(shí)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(lái)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(gè)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(chǎng)暗戰(zhàn)再臨。


音頻DSP，尚能飯否？

不得不說(shuō)，DSP算是“老東西”了，現(xiàn)在無(wú)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(shí)個(gè)“偏科生”，與什么任務(wù)都能做的CPU不同，DSP是一種應(yīng)時(shí)代需求而生的微處理器。雖說(shuō)“麻雀雖小、五臟俱全”，但由于技能點(diǎn)都點(diǎn)在了架構(gòu)和指令集設(shè)計(jì)上，DSP擅長(zhǎng)各種與數(shù)字信號(hào)相關(guān)的運(yùn)算。

打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，CPU就像是廚師的一套刀具，什么都能切削，DSP就像一個(gè)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(diǎn)：

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(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用不同的總線，因而具有更大的存儲(chǔ)器帶寬，數(shù)據(jù)的移動(dòng)和交換更加方便，非常適合處理數(shù)字信號(hào)任務(wù)；

二是DSP能在很低的核心頻率下，能夠在更短時(shí)間內(nèi)以更高性能、更低功耗來(lái)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(jì)一個(gè)指令最大化每個(gè)時(shí)鐘周期能完成的工作，極大地提高了數(shù)字信號(hào)處理的速度。

那么，再用上述比喻來(lái)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(diǎn)從市場(chǎng)數(shù)據(jù)中能夠看出一二——2019年全球音頻DSP市場(chǎng)規(guī)模為110.6億美元，預(yù)計(jì)到 2027年將達(dá)到234.3億美元，2020年至2027年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為9.3%。從終端應(yīng)用來(lái)看，手機(jī)、智慧家庭、家庭娛樂(lè)系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、車載系統(tǒng)將會(huì)是DSP成長(zhǎng)的主要推動(dòng)力。


DSP 芯片的誕生是時(shí)代所需

20 世紀(jì) 60 年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)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(hào)處理只能依靠微處理器來(lái)完成。但由于微處理器較低的處理速度不快，根本就無(wú)法滿足越來(lái)越大的信息量的高速實(shí)時(shí)要求。因此應(yīng)用更快更高效的信號(hào)處理方式成了日漸迫切的社會(huì)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(shí)的 DSP 僅僅停留在教科書(shū)上，即使是研制出來(lái)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(gè)單片 DSP 芯片 S2811，但沒(méi)有現(xiàn)代 DSP芯片所必須有的硬件乘法器；

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

1980 年，日本 NEC 公司推出的 MPD7720 是第一個(gè)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(yùn)算速度卻比微處理器快了幾十倍。 DSP 芯片的問(wèn)世是個(gè)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(yùn)而生，其存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度都得到成倍提高，成為語(yǔ)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(wèn)世。 運(yùn)算速度進(jìn)一步提高，其應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大到通信、計(jì)算機(jī)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(shí)基于商業(yè)目的的不同發(fā)展出了諸多個(gè)性化的分支，并開(kāi)始逐漸拓展新的領(lǐng)域。


MCU和SoC對(duì)音頻DSP的圍剿

早年間，由于浮點(diǎn)性能、計(jì)算主頻、指令集等限制，除了DSP方案，市面也基本沒(méi)有什么更好的音頻算法解決方案。很長(zhǎng)一段時(shí)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(shí)起，某些輕量級(jí)音頻算法，開(kāi)始直接放MCU內(nèi)了。而在當(dāng)時(shí)，業(yè)界部分開(kāi)發(fā)者當(dāng)中，也曾經(jīng)有著DSP將要被Arm淘汰的流言。

時(shí)間繼續(xù)向前推進(jìn)，單獨(dú)音頻DSP芯片愈發(fā)鮮見(jiàn)，廠商們放在手機(jī)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(shí)現(xiàn)主動(dòng)降噪、通話降噪、通透模式及調(diào)音等功能。

無(wú)論是MCU還是SoC，擠壓了單獨(dú)的外置音頻DSP，市場(chǎng)對(duì)它們的討論就更少了。

經(jīng)過(guò)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(dú)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(shí)間都在默默無(wú)聞地計(jì)算處理工作，但它仍然擁有出色的片上性能、高效設(shè)計(jì)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(shuō)過(guò)的：“也許有人會(huì)覺(jué)得DSP作為一個(gè)產(chǎn)品，從一文不值到創(chuàng)造每年數(shù)十億美元的價(jià)值之后又銷聲匿跡很奇怪。但是這確實(shí)是一個(gè)好消息的開(kāi)始。它并沒(méi)有銷聲匿跡，只是融入到了每一個(gè)數(shù)字處理系統(tǒng)中而已。為什么這么說(shuō)呢，因?yàn)槲覀冊(cè)贗C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(jiàn)。”

音頻DSP的故事從來(lái)沒(méi)有完結(jié)，尤其在這兩年，為了增強(qiáng)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(shí)代的變化：

跟上AI時(shí)代的潮流，與AI大模型相結(jié)合，覆蓋更多的音頻場(chǎng)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(shí)自適應(yīng)主動(dòng)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(yùn)行的算法不斷迭代，包括三段動(dòng)態(tài)范圍控制技術(shù)、動(dòng)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(diǎn)DSP，也有浮點(diǎn)DSP。


算法與調(diào)音兩大優(yōu)勢(shì)，助力車企搶占競(jìng)爭(zhēng)高地

當(dāng)然，隨著市場(chǎng)對(duì)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(yǔ)音識(shí)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(lái)越強(qiáng)大。例如，其DSP 32bit的數(shù)據(jù)位寬保證了運(yùn)算處理的高精度，可以對(duì)聲音進(jìn)行細(xì)致入微的調(diào)整。多核心的總運(yùn)算能力超過(guò)7000MIPS，高算力使得多個(gè)復(fù)雜算法的同時(shí)運(yùn)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(duì)應(yīng)各種音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足客戶不同的需求。

車載聲學(xué)設(shè)計(jì)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(chǎng)，去年5月，AKM還全新推出車載聲學(xué)設(shè)計(jì)方案品牌“VELVET SOUND for Cars”。

每個(gè)人對(duì)音樂(lè)的喜好各不相同，對(duì)聲音的感受也是主觀的、感性的。車內(nèi)的聲學(xué)體驗(yàn)，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(lái)看，難點(diǎn)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(jìng)爭(zhēng)新高地，把硬件的功能最大化發(fā)揮出來(lái)，一些造車新勢(shì)力已紛紛開(kāi)始選擇全球領(lǐng)先的調(diào)音團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)調(diào)校整套音響。這都充分說(shuō)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(shì)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(jì)中，AKM提供的音頻軟件算法“Real Space Sound (RSS)”可以實(shí)現(xiàn)更加舒適的聲音體驗(yàn)。

RSS由4個(gè)技術(shù)要素組成，分別是頻響補(bǔ)償、聲像定位、低音增強(qiáng)、空間增強(qiáng)。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(qiáng)對(duì)駕乘人員感官感受的影響特別明顯。RSS可以提供具有開(kāi)闊感和澎湃有張力的演唱會(huì)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(chǎng)景設(shè)定適合的聲像。

同時(shí)，針對(duì)揚(yáng)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(qiáng)了各個(gè)技術(shù)要素，目標(biāo)是打造專業(yè)聽(tīng)音房般的聲音體驗(yàn)。

何斯偉介紹道，為了追求最高級(jí)別的聲學(xué)體驗(yàn)，AKM打造了專業(yè)的聲學(xué)聽(tīng)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(tīng)音室經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期、嚴(yán)格的訓(xùn)練，因此能對(duì)客戶改善音質(zhì)的訴求提供專業(yè)建議。AKM的聽(tīng)音室在位置布局上與汽車實(shí)驗(yàn)室無(wú)縫相接，在聽(tīng)音室內(nèi)得到的聲音評(píng)估結(jié)果可以迅速的反饋給汽車實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)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(dòng)終端轉(zhuǎn)變。技術(shù)加持，以及用戶需求下，車企紛紛競(jìng)逐打造“人類生活的第三空間”。