在現今的半導體產業中，數位訊號處理器(DSP)是眾所矚目的焦點之一。它的應用主要是在即時、高速的資訊處理與運算，如收音機、影像和聲音訊號等。簡而言之，人機介面的效益增加它的需求，現今通訊產品的應用市場更加對DSP技術的殷切需求。

在1960年代，DSP還僅侷限在校園裡發展，到了1978年左右，德州儀器(TI)這位將DSP帶入商業化的拓荒者，首先開發以數位訊號處理技術的Speak & Spell玩具語音合成晶片，這也使得TI推出第一個DSP產品：TMS32010，於1982年正式商品化，從此也進入了DSP的時代。(表一)

《表一　數位訊號處理器的演進》

何謂數位訊號處理器？

試想想看！電腦處理大量的資料，而這些資料的Input/Output的介面，也就是與外部接觸的介面，如鍵盤、滑鼠、網路連接等，這些都與DSP技術相關，大量資料的傳輸和連線裝置的增加都大大影響電腦間的溝通。而DSP主要使用於壓縮多媒體訊號、處理並重組正確的二位元的資料，因此儘可能有效運用頻寬、壓縮及解壓縮資料；換言之，DSP在人與機器溝通間扮演重要角色。那麼，DSP與CPU/MPU/MCU(General Purpose Processor;GPP)差異點有哪些？

‧GPP的功能在儘速執行或中斷指令，而DSP功能在於接受、處理顯示或重組一連串的資料，而它的要求在於符合外部頻寬，否則將有資料流失。因此指令的擷取關係著GPP的表現，而資料的擷取關係著DSP的好壞。

‧多單元處理功能：礙於程式的長度和操作的限制，GPP的資料和工作量很難去分數個單元去執行。而DSP可重複的處理大量的資料，因此很容易將工作量分由數個DSP單元執行。

‧應用程式：一般GPP所使用較高階的程式語言來編寫應用程式，如C、C++、Java等，相對來說，DSP則使用組合語言來編寫。

‧效能：對GPP與DSP來說，增加工作頻率相對的增加其效能，但是實體環境是效能所受到的最大限制，如POTS的頻寬和緩慢的印表機等。

‧架構：DSP為了處理大量即時的資料，因此在建立一個或多個累加器(MAC)、內部多重記憶體存取匯流排、內建週邊介面(DMA、GPIO...等)。

‧定點(Fixed Point)或浮點(Floating Point)運算架構：選擇發展的主要依據是根據資料的動態範圍與表現的型態為考量。處理不同型態資料所需要的精確度不同，所以會需要不同的運算架構，例如以8-bit定點運算架構來處理圖像，呈現的品質雖然不夠好，但是仍是人眼可辨識的範圍(256色階)，當然使用8-bit以上的DSP能夠使圖像的呈現更加細緻；而目前絕大部份的語音通訊都是使用16-bit定點運算架構。

雖然使用更高頻寬架構的DSP可加強訊號處理的品質，但是價格也是一項發展的關鍵因素，DSP採用何種位元以及定點或浮點運算架構的選擇，其實是在功能表現與價格上作取捨。定點運算架構是目前較普遍被採用而且價格較低，相較之下，浮點運算架構的市場定位便在追提供高品質的功能表現。

各種位元DSP的應用市場：

1.8 bits使用在影像與圖像

2.16 bits使用在語音和數據通訊上

3.32 bits, 24bits, 20bits使用在聲音、音頻的表現

4.32和64浮點運算技術使用在特殊的需求上

不可程式化與可程式化的DSP，端賴其所應用的產品性，不可程式化的DSP通常運用在某特定標準的產品上，相對而言，內部架構都達到最佳化設計；而可程式化DSP可利用內部記憶體增修一些功能外，也可增加新的資料型態標準或通訊協定等。

市場規模與應用產品

在21世紀消費性產品增加了許多功能，使得DSP成為必備的元件或技術，如語音辨識系統、翻譯器、全球定位系統、MP3、依路面情況調整的車用動態懸吊系統和數位相機等，是眾多DSP技術應用的一小部份。自1993年後，DSP市場超過整體IC市場，未來ADSL/Cable Modem、數位電視、行動電話、多媒體影像和MP3等新一代通訊應用產品亦將使得DSP持續成長。

在1980年代，DSP供應商專注於特定應用DSP的開發，但到了1990年初，在設計高效能的產品的同時卻忽略了耗電量的問題，因此到了1990年中，行動電話－DSP的Killer Application導致耗電量成為重要的議題，突然間，效能不再是重要的角色，「夠用就好」。而未來高效能、超低耗電、混和訊號和低成本問題等皆挑戰著DSP的技術。

根據資料顯示，2000~2004年DSP營收年複合成長率(CAGR)達23.1%，預估2004年達163億美元的規模；其中通訊領域約維持六成比重，2004年達9,300佰萬美元，而新興應用市場如消費性產品、汽車用和工業用相對成長幅度更為驚人，分別為38.4%，26.7%和29.1%的年複合成長率(圖一)。而以下則依DSP在各類產品應用市場，做簡單的介紹：

《圖一　1999-2004全球DSP市場規模》

1.資訊產品：

目前在此領域中應用DSP最多的是個人電腦的儲存設備，其中HDD使用DSP的技術最多，因此成為此類別產品中最大比重。而其他的光儲存設備，如PC用的CD、DVD、CD-RW、DVD-RW等，對DSP技術的需求也有逐漸增加的趨勢。

2.通訊產品：

無線通訊中行動電話是DSP使用量最大的一項，不論是手機或基地台都必須要運用如對訊號調變、語音編碼、頻道等化等DSP技術，而未來2.5G和3G行動通訊，將使含大量圖形、聲音及影像的資料透過無線傳輸進行傳遞，因此也更需要高效能、低耗電的DSP元件。寬頻網路加速網際網路傳輸的應用，因此各式數據機(V.90、Cable Modem、xDSL Modem等)對DSP的需求也愈來愈高，其中VoD、Video Conference、VoIP等即時影像與語音傳輸處理對DSP的需求更為迫切。

3.消費性產品：

處理與壓縮複雜的聲音、圖片與影像資料的消費性電子產品與網際網路技術的結合，加速了消費性產品的市場，恰巧這些都使得DSP由通訊產品推向民生消費性娛樂產品的動力。主要的DSP技術應用產品包含無線電話、數位攝影機、Set-top Box、數位電視等，都將帶動DSP技術與市場的成長。

4.其他：

工業中便以DSP技術來作馬達控制，特別是如步進馬達等精密的設備；而在車用產品中，DSP技術也廣泛應用於引擎與傳動系統、煞車與安全氣囊的控制。此外，醫療器材也因為高速處理資訊與有效降低雜訊比的能力，以改善醫療設備的精確性，而逐漸增加對DSP的使用。

全球DSP的主要供應商

無庸置疑地，TI是目前DSP的全球霸主，TI為了專注於DSP的開發，將所屬的DRAM、軍用系統、工程軟體、膝上型電腦等非DSP業務部門轉出或出售。2000年市場佔有率達40﹪(表二)，而佔有率如此高的主要因素，是因為高達七成以上的DSP工程師使用TI的DSP軟體，並且有900所大學以TI的DSP為教材。

《表二　DSP主要供應商》

除了TI之外，Agere(之前為Lucent公司的半導體事業部門)、ADI和Motorola也都佔有相當大的佔有率；以往各家公司都與TI單打獨鬥，分別在1999年和2000年，Agere與Motorola和ADI與Intel合作開發DSP技術，大家剛好應用上「聯合次要的敵人打擊主要的敵人的策略」。(表二)

1.開發下一代高效能DSP：

由於DSP具有即時處理語音影像編解碼的功能，因此近來廣泛使用在通訊產品上，特別是在第三代行動通訊上，大量的語音、影像處理，效能上的要求和低耗電的需求使得主要通訊半導體業者紛紛開發DSP Core技術；

■ TI

TI為了在第三代行動電話佈局，推出了以低耗電量為設計重點的DSP/RISC整合方案(圖二)--開放多媒體平台(OMAP；Open Multimedia Applications Platform)架構，包含TI的DSP核心、ARM 9、DMA及LCD Controller，並提供了軟體供應商依據此一平台開發的軟體。目前有Nokia、Ericsson、Sony和微軟等國際大廠使用該平台，預料將又是一波數位行動通訊半導體霸主之爭。

《圖二　TI的DSP/RISC架構》

■ Agere & Motorola

為了持續在第三代行動通訊保有競爭優勢，Motorola與Agere(由Lucent微電子部門獨立出來)雙方聯盟，以合作開發高效能、價格優勢與低耗電的DSP Core(稱StarCore)，其中SC110以資訊家電應用和低階手機應用為主(圖三)，SC140則以第三代行動通訊與寬頻網路應用為主；另外，目前Motorola也正以SC140 Core發展MSC8100基頻晶片。

《圖三　StarCore Roadmap及應用產品》

■ ADI & Intel

ADI與Intel合作開發名為MSA(Micro Signal Architecture)的DSP核心技術於2000年12月發表，應用在高效能、動態電源管理、加入多媒體指令集及以C/C++程式語言開發應用程式。手機界的新手Intel將會運用此MSA搭配XScale進入第三代行動通訊市場(圖四)。

《圖四　Intel提出以MSA的行動通訊架構》

2.國內機會：

國內似乎也嗅到DSP的應用需求，最近在DSP的開發上有智原、創意等公司。目前國內投入在DSP的應用多為玩具中語音功能的產品、監視器、答錄機、無線電話、GPS等產品上。國內想在國際大廠中求得生存勢必找出利基產品以為區隔，直接面對行動通訊產品的市場恐將面臨一場苦戰，但是隨著手機大廠來台下單的趨勢，這也是一種群聚效應產生的利基。況且單純的DSP已不易見到，與RISC微處理器整合擴大應用範疇，將產品延伸到消費性產品上也是另一機會。