車載DSP：新應用孕育國產“芯”機遇

數字信號處理器（DSP）是一類專門用于實現數字信號處理算法的半導體器件，其與CPU、GPU、FPGA并稱為“四大通用芯片”；依托豐富的數字信號處理指令、獨立高效的存儲及總線結構、更完備的外設資源以及低功耗特性，DSP可快速完成信號采集、復雜計算處理、控制矢量輸出及通信數據交互，特別適用于實時控制應用場合。當前我國正在持續推動新能源汽車產業高質量發展，加快建設汽車強國。新能源汽車產業上半場的主題為電動化，下半場的主題為智能化，作為實時控制器的DSP，均可在基礎器件層面提供重要支撐。打造持續穩定的新能源汽車產業鏈與供應鏈，發展DSP芯片意義重大，市場前景廣闊。

電動化智能化，汽車漸成DSP新應用市場

在汽車電動化、智能化發展的大趨勢下，一輛汽車安裝使用的芯片數量迅速增加。根據中國汽車工業協會提供的數據顯示，傳統燃油車所需汽車芯片數量為600～700顆，電動車提升至1600顆/輛，更高級的智能汽有望提升至3000顆/輛。而DSP正是其中最主要的芯片類型之一。

從分布式向集中式演進，汽車的電子電器架構日益被分成分為五大功能域——動力域、底盤域、車身域、座艙域和自動駕駛域，各自實現基本功能。在動力域，DSP可以實現對主電機、直流電壓轉換DC-DC、車載充電機OBC的控制等。憑借數據和程序相互獨立的總線結構、獨特指令集和豐富數模外設資源，DSP在同等主頻下能大幅提升算力，實現復雜的控制規律，保證實時性能。

車身域也是汽車電子系統重要的組成部分，包含汽車門窗、燈光、雨刮、電動座椅、空調控制等與車內駕乘體驗息息相關的應用，散熱風扇控制、油泵/水泵控制等混動汽車安全控制相關的電機應用，均需要進行實時的采集外部信號、實現復雜電機計算和相應控制，DSP芯片也非常適合使用在這些場景當中。

較之燃油車，隨著動力形式改變，新能源汽車的諸多系統也隨之發生變化，如動力控制、基礎供電、熱管理、（增加）充電管理等，使其對電機的使用數量遠遠超過燃油車。隨著智能電動汽車產業鏈日趨成熟，燃油車被替代的速度加快，DSP作為兼具精準和實時的控制器，在新能源汽車中的應用將得到進一步增強。

此外，DSP等控制芯片在充電樁中的應用也不容忽視，一款高端的充電樁，需集成多顆DSP、MCU等控制器，才能有效實現對功率器件等的數字控制。充電基礎設施建設正在加快，截止2022年12月全國已累計建成充電樁521.0萬臺。以常見功率120kW左右的直流充電樁為例，含功率器件及控制芯片的充電模塊占比最高達50%。

整體規模攀升，DSP具獨特性能優勢

由于應用場景的增長及單位設備中采用數量的增多，DSP的整體市場規模不斷攀升。統計數據顯示，截至2022年全球DSP市場規模約達129.06億美元。從DSP芯片下游應用結構來看，通信、儀器儀表、消費電子、自動控制、航空航天、汽車等均是DSP的應用領域。特別是在汽車，在電動化、智能化的加持下，電機控制的需求不斷增多。DSP獨特之處在于可以即時處理數據，使其在這一領域擁有先天的優勢。汽車特別是新能源汽車已經成為DSP最新也是最重要的應用市場之一。

一般而言，MCU（MPU）、FPGA與DSP是人們經常談及的車規級控制類芯片，常用于發動機/底盤/車身控制等。MCU主要完成管理相關的任務，可根據外界信號，產生響應，進行一些簡單的人機交互。對于這種需求，通常不需要芯片有太高的主頻，如早期的8051系列MCU主頻約為10M～20MHz。隨著ARM的32位MCU的出現，應用范圍才逐步擴大，但仍以百兆赫茲級別為主。

FPGA的硬件結構可以通過編程修改，這使FPGA在設計和仿真上擁有極大的優勢。通過對FPGA編程，可以實現特定的處理器功能。但是，FPGA片內有大量邏輯門和解發器，規模大、集成度高、可重復編輯，更適用于系統高速取樣、高數據率的場景。

DSP的優勢在于運算及控制，具有強大的數據處理能力和較高的運行速度。部分DSP產品對于控制算法非常擅長，對于處理復雜多算法任務，比如在車載電機控制、電機伺服驅動等方面，正是DSP的好球區。因此，隨著新能源汽車市場的發展，DSP已經快速進入汽車電控單元，成為當前主要發展的車規芯片之一。

值得一提的是，DSP芯片雖然與MCU和FPGA有明顯的區別，但目前他們之間的關系既有競爭也有融合。如DSP核與ARM核融合，德州儀器的一些面向車載的高端產品，在DSP周邊配置更多MCU作為外設，使其控制能力大大提升。在既強調結構靈活、通用性強以及處理復雜算法的需求下，部分廠商也會將DSP和FPGA聯合，采用DSP+FPGA的架構，或者將DSP模塊遷入到FPGA中，也是一種設計思路。

國產DSP上車，機會窗口正在打開

全球第一塊單片DSPTMS32010及其系列產品在1982年誕生。此后，德州儀器、ADI、摩托羅拉等公司不斷推出不同檔次的DSP產品并逐步占領全球市場。目前世界上DSP芯片制造商主要包括德州儀器、ADI和摩托羅拉、恩智浦、杰爾系統等，其中德州儀器的產品線最為豐富，應用領域最為廣泛。

德州儀器生產的C2000系列是目前應用比較廣泛的產品之一。它的優勢在于集成浮點運算內核，既具有DSP的較大處理能力，又具有MCU的集成優勢，使C2000非常適合做實時控制運算。傳統上，C2000被應用于數字電源和電機控制。隨著新能源汽車中電機控制的需求越來越多，如電動助力轉向、防撞等，新能源汽車中的車載充電器 (OBC) 和直流/直流電源、以及汽車牽引電機也成為C2000的用武之地。

汽車市場的高成長性吸引了各大實力廠商，均希望能夠快速搶占汽車等新興領域進行布局。由于國際大廠具有先發優勢，已對下游客戶穩定供貨多年。特別是車企對供應鏈的安全與穩定性極為重視，不會輕易更換供應商，國產DSP打入供應鏈并不容易。

不過，受2020年爆發的缺芯潮以及地緣政治因素影響，車企已經逐漸開始接納國內芯片企業的產品，甚至直接投資進行研發。同時，國內芯片制造廠也有意愿進行車規工藝的投入。這些都為國內車載DSP的發展奠定了基礎。如進芯電子開發的32位浮點DSP芯片AVP32F335系列、32位定點DSP芯片ADP32F035系列、16位定點DSP芯片ADP/ADM16F03系列等，符合IATF16949、AEC-Q100 標準，獲得OEM廠商認可，已實現商用量產。對于國內DSP企業來說，應該抓住這個難得的機會窗口，促進上下游間的合作，多方協同推進產業發展。

集成與異構，新技術提供“彎道超車”新機遇

隨著電動化、智能化的發展，DSP在車用領域必將展現出一些新的技術趨勢。首先就是更高的集成度。車企不斷追求更高的駕駛體驗，對于動力域主控來說，需要更高的算力，持續的性能提升。因此，將多個DSP芯核以及外圍的電路單元集成在一顆芯片上，實現DSP系統級的SoC成為趨勢。

異構也是趨勢之一。從國際DSP大廠的產品結構來看，DSP的應用場景越來越豐富，巨頭們已經形成了更集成、更多核以及更多新架構的產品，同時出現了DSP與ARM、DSP與FPGA的架構設計。

在汽車的應用當中，低功耗的需求也不容忽視。由于系統運算量大且速度要求高，因此DSP內部的部件開關狀態轉換十分頻繁，這使得DSP的功耗在應用系統的功耗中占有相當的比例?？傮w而言，未來的DSP需要滿足各種嵌入式系統集成化、智能化、低功耗的發展趨勢，將朝著數據處理能力越來越強、集成度越來越高、功耗越來越低等方向發展。

這些新的技術趨勢演進過程，為我國DSP產業的發展提供了機遇。近年來，國產DSP雖然在數據處理能力的提升，數字模擬混合電路設計以及系統低功耗設計等方面遇到一些挑戰。但是我國擁有巨大的下游應用市場，新能源汽車產銷已經居于世界首位。這就給國內DSP企業反復琢磨，更新技術提供了空間。國內DSP企業更容易針對國內用戶的痛點進行優化設計，滿足用戶需求。比如在安全性方面，采用國產核心芯片就可以針對安全問題進行強化處理。

由于國產DSP更加貼近汽車客戶，能夠提供更及時、全方位響應支持，這是國際大廠所不具備的。對中國電動汽車供應鏈的支持，需求早期的支持、信息交換也是國際大廠無法比擬的。國際大廠更多是傾向于交付成品。

對于國產DSP來說，新興的汽車應用市場是實現高端突破的一個最佳切入點，不僅應用需求量大，對于實現自主可控的迫切性也很高。一旦在關鍵行業實現突破，就會形成產業帶動效應，加速國產DSP向更多市場領域推廣。