DSP即數字信號處理技術,DSP芯片即指能夠實現數字信號處理技術的芯片。DSP芯片是一種快速強大的微處理器,獨特之處在于它能即時處理資料。DSP芯片的內部采用程序和數據分開的哈佛結構,具有專門的硬件乘法器,可以用來快速的實現各種數字信號處理算法。
DSP即數字信號處理技術,DSP芯片即指能夠實現數字信號處理技術的芯片。DSP芯片是一種快速強大的微處理器,獨特之處在于它能即時處理資料。DSP芯片的內部采用程序和數據分開的哈佛結構,具有專門的硬件乘法器,可以用來快速的實現各種數字信號處理算法。在當今的數字化時代背景下,DSP己成為通信、計算機、消費類電子產品等領域的基礎器件。
DSP芯片的誕生是時代所需。20世紀60年代以來,隨著計算機和信息技術的飛速發展,數字信號處理技術應運而生并得到迅速的發展。在DSP芯片出現之前數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。因此應用更快更高效的信號處理方式成了日漸迫切的社會需求。
2020年8月國務院印發的《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策》提出,中國芯片自給率要在2025年達到70%。被稱為國產芯片“四大件”的CPU、GPU、FPGA、DSP無論對于國產芯片自給率的提升還是解決高端芯片“卡脖子”問題都意義深遠。
隨著DSP芯片行業下游行業的快速發展,對DSP芯片的需求增長迅速。2020年,我國DSP芯片市場規模達到136.92億元,相比2019年同比增長9.7%。
DSP芯片行業主要應用領域分別是通信領域、計算機領域和消費電子自動控制領域,通信領域2020年DSP芯片市場規模為76.81億元,計算機領域2020年DSP芯片市場規模為28.97億元,消費電子和自動控制領域DSP芯片市場規模為14.64億元,平均年增速為10%。
目前,市場上所銷售的DSP器件中,占據主流產品的依然是16位的定點可編程DSP器件,隨著DSP定點運算器件成本的不斷低,能耗越來越小的優勢日漸明顯,未來定點DSP芯片仍將是市場的主角。
第一節 DSP芯片行業國內市場需求分析
一、DSP芯片行業需求規模
DSP芯片在民用信息領域市場空間巨大。
DSP芯片支持通信、計算機和消費類電子產品的數字化融合。在無線領域DSP遍及無線交換設備、基站和手持終端;在網絡領域,DSP涵蓋從基礎設施到寬帶入戶設備,包括IP網關和IP電話和電纜調制解調器等。隨著中國數字消費類產品需求的大幅增長,以及DSP對數字信號高速運算與同步處理能力的提高,DSP的應用領域將逐漸從移動電話領域擴展到新型數字消費類領域,從而應用領域橫跨3C,且分布將日趨均衡。
DSP芯片在智能手機中扮演重要角色。DSP芯片可以為移動電話帶來更好的語音、音頻、圖像體驗,可以極大提升手機單項功能的能力,讓手機運行速度更快。由于DSP具有強大的計算能力,使得移動通信的蜂窩電話迅速崛起,并創造了一批諸如GSM、CDMA等全數字蜂窩電話網。同時DSP芯片是移動電話等電子產品更新換代的重要決定因素。工信部數據顯示,自2017年起中國電話用戶數量逐年增加,2019年中國電話用戶數量達17.92億戶,較2018年增加了0.44億戶,同比增長2.5%,2020年較2019年有所下滑,2020年中國電話用戶數量為17.76億戶,較2019年增加了0.16億戶,同比減少0.9%。移動電話需求量的穩步上升將引致DSP芯片等集成電路的大量需求。
二、DSP芯片行業需求結構
移動寬帶需求量與DSP需求量呈正向變動?;贒SP的ADSL和HFC作為兩種最常用的寬帶接入技術,同時,基于DSP的通用系統可以實現無線接入點通信系統,具有較好的開放性,配置靈活,可擴展性強,因此移動寬帶需求量與DSP需求量呈正向變動。截至2020年6月末,三家基礎電信企業的移動電話用戶總數達15.95億戶,同比增長0.6%。其中4G用戶數為12.83億戶,同比增長4.2%,在移動電話用戶總數中占比為80.4%,占比較一季度提高0.2個百分點。
固定寬帶接入用戶向高速率遷移,百兆接入用戶占比逐步提升。截至2020年6月末,三家基礎電信企業的固定互聯網寬帶接入用戶總數達4.65億戶,同比增長7%,比2019年末凈增1573萬戶。其中,光纖接入(FTTH/O)用戶4.34億戶,占固定互聯網寬帶接入用戶總數的93.2%。100Mbps及以上接入速率的固定互聯網寬帶接入用戶達4.04億戶,占總用戶數的86.8%,占比較一季度提高1.5個百分點;隨著千兆寬帶服務推廣加快,1000Mbps及以上接入速率的固定互聯網寬帶接入用戶達267萬戶,比上年末(87萬戶)凈增180萬戶。隨著移動寬帶的普及推廣未來DSP市場需求可期。
IPTV等數字消費類產品的需求日益擴張,新型數字消費領域DSP芯片未來市場需求可期?;贒SP+FPGA的網關實現方案可以將數字電視信號轉換為組播信號,實現有線電視業務與電話語音業務、計算機互聯網業務的融合。近年來,國家大力出臺扶持政策、加快培育新興IPTV、物聯網、智慧家庭等業務。2020年IPTV用戶數量已突破3億,用戶滿意度與信任度超90%。
三、DSP芯片行業區域市場
隨著DSP應用市場的不斷拓展,包括通信、醫療、汽車、工業、新能源在內的諸多細分行業都會對DSP芯片提出新的要求。為滿足這些需求,企業在產品規劃上結合自身DSP技術和數字邏輯、模擬電路的優勢,針對相應的細分市場推出合適的產品。
第二節 DSP芯片行業國內市場供給分析
一、DSP芯片行業供給規模
在2020年8月國務院印發的《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策》提出,中國芯片自給率要在2025年達到70%。被稱為國產芯片“四大件”的CPU、GPU、FPGA、DSP無論對于國產芯片自給率的提升還是解決高端芯片“卡脖子”問題都意義深遠。
而RISC-V指令集不僅可以用于CPU,全球首款基于RISC-V指令集的DSP(Digital Signal Processor,數字信號處理器)將在2021年3月底量產,該芯片來自中國初創公司中科昊芯。
圖表:208-2021年中國DSP芯片供給產量(億顆)
資料來源:中研普華
2018年我國DSP芯片產量只有0.59億顆,近些年隨著我國自主研發的突破,中科昊芯研發的DSP芯片在2021年將進行量產,預測2021年DSP芯片產量將達到1.1億顆。
二、DSP芯片行業供給結構
中科昊芯是全球第一家用RISC-V指令集設計DSP的公司。2021年3月底就會量產兩個系列的DSP,都是面向工業自動化市場。
中科昊芯之所以敢率先選擇RISC-V設計DSP,除了其團隊有成功研發多款處理器的經驗,還因為RISC-V是解決國產DSP兩大挑戰的好選擇。DSP是一類嵌入式通用可編程微處理器,最大的優勢是能夠實時高速處理數字信號,且比CPU、GPU、FPGA功耗更低,廣泛應用于通信、計算、消費電子和自動控制等領域。
DSP主要有兩種形式,一種是單芯片,另一種是通過IP或模塊集成到SoC。國產單芯片DSP有一些市占率,在DSPIP領域國產化率幾乎為零。
國產DSP在某些特殊領域的國產化率已經達到80%以上,但這些特殊領域占DSP整體市場的份額不到5%,其它領域國產DSP自給率不足10%。
為了讓用戶比較方便的切換,中科昊芯也做了很多工作,包括開發環境,界面以及接口等,通過編譯器和提供足夠多的庫,用戶基本不用改變習慣就能非常容易地切換到中科昊芯的DSP,而且成本很低。
先以用戶熟悉的方式切換到國產DSP芯片,再逐漸去提升性能,從中低端市場切入,一步步發揮出優勢,實現芯片的高端替代。以中科昊芯為代表的國產DSP芯片公司找到了一條不錯的國產替代路線,但突破挑戰不小,也需要耐心。
三、DSP芯片行業區域分布
圖表:2020年中國DSP芯片行業企業區域格局
資料來源:中研普華
我國DSP芯片行業企業主要分布在華東、華南、華北、東北地區,未來隨著西部開發,產業逐漸向中西部轉移。
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