德州仪器首席科学家谈DSP 30年简史

今年，是TI DSP走过的第30个年头，这30年是DSP历史的30年，也是德州仪器的30年。值此30周年之际，TI首席科学家Gene Frantz（方进）在IEEE撰文，详细叙述了TI DSP的发展历程与其本人与DSP的不解之缘，这也是DSP技术不断创新的动力源泉。

DSP的理论首次被提出（或者说是被重新提出，这取决于你如何接受）是在20世纪六十年代中期，当时我还在读高中。到了七十年代初，我听说数字信号处理可以在通信方面起到一些神奇的作用。后来我在德州仪器的计算器部门工作，同时攻读我的硕士学位，也正是那时，我在一本名叫《Digital Signal Processing》的教科书中接触到了数字信号处理的理论，那是1977年。

这本书是叫Oppenheim和Schafer的两个人写的。我在此要对那些为DSP理论奠定基础和为数字信号处理取得革命性胜利做出贡献的伟大的教授、科学家和以及工程师们表达最深切的敬意。

玩具"Speak& Spell"
在20世纪70年代，数字信号处理还仅仅是一项受限于计算机的实时操作实现能力和掌握熟练DSP技能的工程师的技术。而我是负责Speak &Spell这个产品的团队中的一员。这款产品是首次搭载DSP技术的儿童玩具，通过合成语音来进行启蒙教育。

这个团队创立之初只有四个人。Paul和我负责产品研发这一块。我们还拉入一个IC架构师Larry Brantingham，和一个语音系统专家Richard Wiggins。能赶上那个时机对我们来说真的很幸运。记得那是1976年的秋天。在为这款产品的可行性研究确立了内部资金之后，我们四个开始了这项工程的可行性研究。1976年的12月，我们用一台内嵌阵列处理机的TI-980电脑来进行演示。我们设计了芯片组并且在1978年成功推出了原型机。在6月份芝加哥举办的CES（美国消费电子展）展会上，我们为这款产品进行了宣传。8月份，Speak& Spell就开始投产了。首次出货进入市场是在9月份。1982年，Speak& Spell出现在了斯蒂芬•斯皮尔伯格的大片ET中，从而成为了流行文化的巅峰之作。

当时，我感觉我们是走在DSP技术革命的最前沿，我们也意识到了半导体技术可以广泛地商业化，而关键要做的就是培养足够多的DSP工程师，同时要让客户能够跨越这个新旧技术交替的鸿沟，让他们肯去冒这个风险，而且我们要打造出一个简单易用的平台。正如我所看到的，数字信号处理技术拥有无限的潜力，它将在手机、成像、医疗电子、安防等领域掀起一场数字革命。

从系统到组件
有了做Speak& Spell的经验之后，我加入到了TI新成立的DSP团队，我们通过这个团队，把这项革新的技术推广给大众。我们从拜访那些数字信号处理领域的权威教授开始，为他们提供TI当时的主流可编程DSP设备的硬件和软件，让他们来进行研究和实施，从而加速这种技术在市场上的扩散。但是这些还不够，TI需要加速那些DSP人才的培养，所以我们赞助了教科书、实验室，捐赠了设备，还游说了全球各地的教授来推动大学中的DSP教育，无论是博士还是学士，都有机会接触到DSP的课程。我还看到了客户对于这项技术的实习培训和应用说明的需求。我们的第一款产品是TMS32010，性能达到了5MIPS，并拥有55000个晶体管。1982年2月4日我们在ISSCC上发布了这款产品，一年以后进入市场。

在客户方面，我们为他们呈现了数字信号处理技术的众多优势。我们知道要说服他们就要展示出产品的易用性和优越性能。我的激情就在于为这项新技术不断开辟新的应用和使用者。早期DSP的应用仅限于一些通信、高速调制解调器和军事领域。我们也尝试着去寻找一些可以嵌入DSP技术的客户产品。但是一个灵感让我们又重新回到了玩具市场。我们与一家名叫Worlds of Wonder的小公司合作推出了一款能够听说的玩具Julie。

我开始思考，我们如果想要改变世界，那么产品必须变得更加便携。这驱使我把功耗当做IC设计的重要部分。低功耗技术的革新是便携领域从模拟转向数字的本质要求。于是我又从头到尾研究了一遍数字信号处理，寻找降低功耗的方法。后来我选择了数字信号处理的一项基本功能---- MAC功能。令我感到意外的是，数字信号处理器件的功率损耗（以Mw/MMACs计）平均每18个月会减掉一半。于是，我拿着一张对比图表来敦促我们的设计团队，让他们将功耗作为一个优先课题。我创造了一个"Gene’s Law"定律，意思是，为了迎合客户的需求，我们平均每两年就要把功耗降低一半，TI也一直很果敢地担当着这个重任。TMS320C54x产品诞生后，我们实现了让手机通话时间持续几个小时，待机时间持续数天。

1992年，世界上首个GSM网络开始部署，并且承诺将要实现低成本、无处不在和便携通讯。十年后，全球手机用户量达到了10亿部，而到了今天，这个数字变成了50多亿。从最初只支持语音通话的简单移动电话，变成了如今一个支持语音与数据的多媒体平台。要在同样的功耗下将手机和基站的性能提升10倍，这对于TI来说又是一个巨大的挑战。随着用户界面和应用程序越来越重要，TI为手机研发了第一套多媒体处理器，运用OMAP应用平台。它其中包含卓越的通用处理器、图形和数字信号处理等功能，应用于高质量相机、高清视频和音乐。