伺服驅動 1762-OW8 抗干擾能力強

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DSP是數字信號處理器（Digital Signal Processor）的簡稱，是一種專門用于高速數學運算的微處理器。DSP能夠快速且準確地處理數字信號，同時具備可編程和低功耗等特點，如今在各個領域發揮著越來越重要的作用。

（圖自：智研產業baike）

從DSP芯片的發展歷程不難發現，從早期理論到前幾代DSP產品應用，均由國外巨頭完成。由于早期的市場進入和技術積累，國外企業占據了全球超過70%的市場份額，目前仍由德州儀器（TI）、亞德諾半導體（ADI）、恩智浦（NXP）、意法半導體（ST）等幾家海外大型半導體公司主導。

DSP的發展相對封閉，既不開源也不采用授權模式，有著很高的知識產權壁壘。加上巨頭們的DSP指令集都各不相同且不對外授權，中國早期DSP芯片幾乎完全依賴進口。以TI為例，在全球DSP市場的份額一度接近 50％，在中國的市場份額更是達到80%左右。

DSP國產替代大幕拉開

中國的DSP芯片產業起步較晚，但同時中國也是全球DSP芯片大的應用市場，市場份額大約為45%。 20世紀末至21世紀初，中國多家企事業單位開始嘗試自主研發DSP芯片，但因面臨著技術封鎖和專利限制，以及積累不足、市場接受度低等原因，一度進展緩慢。

2019年以來，隨著貿易摩擦和地緣政治影響，國內對于芯片供應鏈安全的重視程度不斷提升。

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，中國要加快高端芯片的自主研發與國產替代，而DSP與CPU（中央處理器）、GPU（圖形處理器）、FPGA（現場可編程門陣列）同屬高端芯片“四大件”，其重要性與日俱增，早日國產化刻不容緩。

由于DSP芯片高實時性、高運算性能的特性，成為智能化時代終端產品進行高速實時控制芯片的佳選擇，市場需求呈快速增長態勢，也成為推動DSP國產化進程的關鍵動力。根據Business Research數據，2020年全球DSP芯片市場規模為33.28億美元，預計到2027年將達到53.707億美元，預測期內復合年增長率為6.8%。

據公開資料統計，2022年中國DSP芯片產量增長至約4755.7萬顆（圖自：華經產業研究院）

單純依靠國外企業，已經不能滿足國內日益增長的需求，不少DSP芯片需求企業和集成電路產業鏈相關企業開始在國內尋求供應商。同樣，國內一批DSP芯片企業也憑借技術創新和堅持不懈的努力，逐步打破國外廠商的技術壟斷。

其中2012年成立的湖南進芯電子，6年間不斷突破技術壁壘，于2018年正式推出自研DSP進入工控市場，填補了國內空白。如今進芯電子已成為國內DSP產品線為豐富的廠商之一，主要用于工業控制、新能源、電動汽車以及物聯網等領域。

在國家提出雙碳戰略（碳中和、碳達峰）以及新質生產力的政策號召下，更多像進芯電子這樣的國產DSP廠商正從從應用領域向電動工具、白色家電等民用場景拓展，并贏得客戶認可。他們的崛起，代表著DSP國產替代的大幕已經拉開。

下面我們就從智能家電、工業自動化和汽車電子這三大領域，看看國產DSP替代的市場容量，以及與國外DSP廠商相比具備哪些優勢。

智能家電為何青睞DSP？

90年代后，隨著DSP技術進一步成熟，芯片成本下降、處理能力增強，DSP開始越來越多被整合進家電產品中。多家空調制造商如三菱電機、松下、大金、美的等，都在不同時間點引入了基于DSP的先進控制方案。

此后，更高效、更環保的變頻空調在家用空調市場中的占比增長明顯，而這部分產品很多采用了DSP控制方案。根據咨詢機構弗若斯特沙利文（Frost & Sullivan）數據，2021年中國變頻空調的產量達到了1.07億臺，同比增長28.4%，2016-2021年間的復合年增長率（CAGR）為22.1%。

預計到2030年，中國節能變頻空調的產量將達到3.69億臺，這對于DSP來說是一個廣闊的市場。

變頻空調的變頻器通常使用特定的微控制器（MCU）或DSP來進行控制，再由變頻器調節供給電機電能，進而控制電機運行。這些芯片負責執行算法，以實現對壓縮機和其他部件的控制，搭配FPGA（CPLD）、智能功率模塊（IPM）、電源管理芯片（PMIC）和傳感器等，以達到節能和提高效率的目的。

就不同的控制方案而言，MCU方案主打一個成本低、功耗低、通用性強，更適合成本敏感的消費級產品。DSP的優勢則在于專為執行復雜的數學運算和高速數據處理而設計，強大算力能夠快速處理復雜的控制算法，如PID控制、矢量控制算法等，這對于實現jingque的電機控制至關重要。簡單來說，DSP方案控制的變頻空調無論內外機都更柔和、安靜、節能。

除了滿足空調變頻化對精細控制的需求，DSP控制方案在處理能力、算法、實時性和性上的“高端”特質，也令其更符合其他高端家電需要高性能數字信號處理和復雜控制算法的調性。

由于采用哈佛架構（Havard Structure），DSP還擁有獨立的程序和數據總線，能夠同時讀取指令和數據，加之其多級流水線并行操作，可以在每個時鐘周期內并行處理完成多個操作。ASIC控制方案雖然在特定應用中效率極高，但其功能固定，而DSP通過軟件編程即可實現多種復雜功能，為系統設計提供了高度的靈活性和可擴展性，如PID控制、自適應控制、模糊控制等，易于適應控制策略的變化和升級。例如高速吹風筒的0速閉環啟動方式更加可靠平順，快速啟停運行平穩噪聲小，關鍵點就在于靈活的控制。

在信號實時處理上，DSP優勢也很明顯。它們通常針對信號處理任務進行硬件層面的優化，內置如快速傅里葉變換（FFT）、濾波算法等專用指令集，適合處理電機控制中常見的噪聲過濾、信號平滑等任務。快速中斷處理和低延遲的特性，確保了對電機狀態變化的即時響應，這對于保證變頻器的穩定性和動態性能非常關鍵。例如變頻洗衣機、電鉆在運作過程中檢測到異物，可以及時反饋電機狀況并進行中斷操作。

更為難得的是DSP通常支持C/C++等語言編程，降低了開發難度，加快了開發周期，并且使得軟件復用成為可能。比如高度定制化且需要頻繁更新軟件的智能家電，如智能冰箱、智能洗衣機等，可以利用軟件復用減少開發時間和成本。

實現jingque工業控制的關鍵

根據Frost & Sullivan數據，2023年全球工業電子市場規模在達4807.3億美元340；預計到2024年將增長至5095.9億美元。中國市場方面，2023年工業自動化市場規模達3115億元人民幣；預計2024年將增長至3531億元人民幣。

（圖自：中商情報網）

雖然DSP在這個龐大的工業市場中僅占一小部分，但它對于實現高精度控制至關重要。

早期DSP在工業中的應用，主要集中在提高工業設備的控制精度和響應速度，例如在電機控制、電力電子變換、運動控制、過程控制等領域。DSP芯片能夠實時處理復雜的控制算法，實現的閉環控制，從而提高生產效率和產品質量。

在現在工業自動化應用中，DSP芯片的應用更加廣泛了。在變頻器、伺服驅動器等應用中，相比傳統MCU方案能實現更jingque、更快的電機速度控制、轉矩控制及能量優化。例如用于電梯門控器和曳引機等場景，可以保障電梯穩定、高效運行；在地鐵門控制中，采用DSP全數字控制技術的電子門控器，可集成車門的控制、監測、診斷、自學習和網絡通訊等功能，保障車輛運營安全。

在自動化生產線、機器人控制中，DSP負責處理傳感器數據，實現jingque的定位控制和路徑規劃。以常見的機械臂拿取控制為例，具有硬件浮點單元的DSP可以高效執行浮點運算，對于涉及大量乘法和除法的數學運算尤為有利，能夠jingque控制電機轉速等關鍵參數，減少電流波動和機械振動，從而降低運行噪音、克服抖動問題。

在電力轉換和電源管理領域，DSP能夠迅速執行復雜的算法，優化電力電子變換過程。此外，它還助力于設備運營狀態的實時監控，通過組網實現效率和可靠性的雙重提升。當下，數字電源技術正逐漸取代傳統的模擬電源技術，DSP可以實現更靈活的電源管理策略和更jingque的電流、電壓控制。

此外在可再生能源應用中，DSP主要用于光伏逆變器，有效將光伏板發出的直流電，逆變成電網可接受的交流電，離網應用助力用戶“節省日常電費”，并網應用助力電網用電深層用電結構調整。

隨著工業物聯網(IIoT)、工業4.0等概念的興起，DSP在邊緣計算、大數據處理和實時決策支持等方面的作用更加凸顯，國產DSP也越來越多得到業界的認可，為實現更別的智能工廠和預測性維護等應用提供了技術支撐。

汽車電氣化為DSP帶來大量機會

汽車領域也是DSP的主戰場，從傳統燃油車時代起，DSP就在發動機控制單元、變速箱控制、安全系統等方面發揮作用。隨著汽車的電動化、電氣化和智能化轉型，DSP在汽車電子系統中可以進行實時的采集外部信號、實現復雜電機計算和相應控制，一輛新能源車中的DSP“含量”可高達幾十顆。

例如在動力域控制方面，DSP在電機控制單元中用于接收車輛控制單元（VCU）的車輛行駛控制指令，控制動力電機輸出指定的扭矩和轉速，驅動車輛行駛并實現制動動能回饋。此外還可以用于實現對主電機、直流電壓轉換DC-DC、車載充電機OBC的控制。

車身域控制方面，DSP用于控制汽車門窗、燈光、雨刮、電動座椅、空調等，以及與車內駕乘體驗相關的應用，確保汽車系統的安全與舒適。例如在電動座椅上，通過電機結合減速機構實現前后、高度、靠背角度、背托等調整；在玻璃升降上，通過電機結合減速機構實現側擋、天窗的開合，擁有堵轉檢測、防夾設計等。

在新能源汽車上，熱管理系統也是DSP應用的重要一環。熱管理系統往往需要執行復雜的控制算法，如PID控制、模型預測控制（MPC）等，來實現高效的熱能管理。DSP能夠快速并行處理從各種傳感器（如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等）收集到的實時數據，根據這些數據實時調整熱管理系統中的各種組件（如冷卻泵、風扇、熱交換器、熱泵等）的工作狀態，以保持電池包、電機、電控單元等關鍵部件在佳工作溫度范圍內。

隨著熱管理系統向集成化、智能化發展，DSP還參與到系統整體的優化中，例如通過算法優化熱泵的工作模式，提高能效比；或是在熱管理系統與車輛其他子系統之間進行協調，如根據車輛行駛狀態、環境條件動態調整熱管理策略。

除了上述幾個重點領域，DSP在車載充電器(OBC)和直流/直流電源控制、汽車牽引電機控制、電池管理系統（BMS）上都有大量應用。

（圖自：36氪研究院）

根據調研機構數據，預計到2025年，乘用車汽車電子成本在整車成本中的占比將達到60%，在純電動車型成本占比甚至有望達到65%。隨著新能源汽車產銷量的快速增長，對汽車電子的需求也將持續增加，特別是車用DSP芯片作為實現復雜數字信號處理的核心部件，將在汽車智能化、網聯化的趨勢中發揮關鍵作用。

國產DSP的競爭力如何？

廣闊的新興應用領域，和巨大的市場容量，能否讓DSP成為高端芯片“四大件”中率先實現國產替代的？可以說優勢與挑戰并存。

先看優勢部分：

- 成本與價格：國產DSP芯片在成本控制上通常更具優勢，在同等價格下能提供更優質的產品，這在大規模應用中尤為重要，能夠幫助終端產品保持競爭力。

- 定制化服務：國內廠家能夠提供更為快速的響應和定制化服務，針對特定行業或客戶需求，進行靈活的設計與優化，比如在家居、工控和汽車領域，可以根據應用場景進行深度定制。

- 集成度和算力提升：相比國外廠商采用90或65nm工藝，國產DSP芯片已經開始采用40nm工藝，不斷追求多核異構設計、更高主頻和更高集成度，如將驅動器、電源、通訊接口等外設集成在單一芯片上，減少了系統復雜度、PCB占板面積和總體成本，提高了系統性能。

- 實時控制與jingque性：部分國產DSP已擁有自己的“長板”，例如湖南進芯在實時控制和jingque性方面表現突出，適用于需要快速反應和jingque控制的場景，如機械臂控制、汽車動力系統和家電的變頻控制，能夠提供更平滑、低噪聲的用戶體驗。

- 市場適應性：針對的特定需求，如新能源汽車的電池管理、智能家電的節能化等，國產DSP芯片能夠更好地適應市場變化，滿足快速發展的行業需求。

再看存在的挑戰：

- 技術差距：盡管國產DSP技術在快速進步，但與國際水平相比，在某些高端應用領域，如高性能計算、科研設備等，仍存在技術差距，需要持續研發投入追趕。

- 生態系統構建：國外DSP芯片已建立了成熟的生態系統，包括開發工具、軟件庫、技術支持等，國產DSP芯片需要建立和完善自己的生態系統，吸引開發者和合作伙伴，提升整體解決方案的競爭力。

- 市場認可度：改變用戶習慣和信任度是一個長期過程，國產DSP芯片需要通過長期穩定的性能表現和成功案例來逐步建立市場信譽，尤其是在對穩定性要求極高的工業和汽車領域。

- 供應鏈穩定性：在全球化背景下，供應鏈安全是重要挑戰，國產化替代需要保障原材料供應、制造工藝等環節的穩定可靠，減少外部因素的干擾。

- 國際競爭：面對國際市場上成熟且強大的競爭對手，國產DSP芯片需要不斷創新，提升產品競爭力，同時開拓國際市場，參與全球化競爭。

綜合來看，國產DSP芯片在替代進程中展現出明顯的成本、定制化服務優勢，在特定領域甚至實現了性能上的優勢，但同時也面臨著技術追趕、生態建設、市場認可度提升等挑戰，需要持續的技術創新和市場拓展策略。

產業鏈共促DSP國產化

近年來，我們常常聽到各類芯片要實現國產替代的口號，但其實國產替代從不來都不是只靠芯片行業本身就能實現的。國產化進程更大程度上需要依賴產業鏈上所有參與者的共同努力，因為這不僅涉及到單個環節的成本和性能優化，還關系到整個國家在全球半導體產業中的競爭力和自主可控能力。

上游方面，DSP芯片設計企業需要與原材料供應商、晶圓代工廠、封裝測試企業等協同工作，共同提升產品的性能和可靠性。下游方面，國內終端廠商要更主動地優先采用國產芯片，他們反饋的實際應用需求將直接推動芯片廠商進行技術迭代和產品優化。

無論對于DSP還是其他芯片類別，這種基于實際應用場景的迭代，能夠更地解決行業痛點，促進國產技術快速成熟。這不但能打破國外芯片巨頭的市場壟斷，增強產業鏈的自主可控能力，還能提高國內半導體企業的議價能力和市場地位。

以體量大的家電行業為例，對于格力、美的、海信、海爾等本土家電巨頭來說，提高國產芯片的使用比例，不但可以減少對外部芯片的依賴，還能實現成本的降低。更重要的是，這些企業的實踐還能激發其他家電廠商對國產芯片的信任和采用意愿，形成了良好的示范效應。

相關數據顯示，全球DSP芯片市場規模約為1000億美金，而在中國市場規模約為160到170億人民幣，在國內的通信、音視頻和實時電機控制應用領域保持高速增長。

曾經，工業、消費、汽車等領域的DSP供應被國外芯片巨頭壟斷；如今，大量國產替代方案正涌現出來。進芯電子等本土企業依托新興市場容量的擴大，在技術上積極突破和創新，增強了國內相關供應鏈的自主可控能力，大大提升了本土DSP產品競爭力和市場份額。相信未來中國的DSP芯片產業，會像中國的航天、核電、高鐵產業一樣，一步步走到國際化舞臺的更前列，釋放出熠熠光輝。

伺服驅動 1762-OW8 抗干擾能力強