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處理器/DSP  

‘數位分身’概念啟動新一波數位家庭革新

上網時間: 2007年10月09日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:digital self  數位家庭  DSP 

直到不久前,數位家庭技術還只能單純的將外界資訊帶進家中。然而隨著DSP技術的進步,這種現象已開始轉變,數位家庭的熱潮正逐漸被‘數位分身’的概念(digital self)取代,亦即在消費者享受數位家庭帶來的豐富資訊同時,也能同樣地透過科技和外界分享這些資訊。

目前多數家庭都具備網際網路、寬頻連線、無線和有線通訊、家用網路、有線電視、網路電視、以及其他以DSP為基礎的設備。透過這些設備,消費者可以直接在家中接收外界資訊,然而目前逐漸興起的數位分身卻全然不同,新興的數位分身概念是以家庭為中心向外輻射,無論消費者在任何時間或地點,數位分身都會以數位的形式伴隨他出現。

自從德州儀器(TI)在25年前推出首顆DSP,全球科技開始了出現突破性的演變,其中也包括DSP科技許多效能參數的進化。但在過去15年裡,DSP技術有一項特點未曾改變,亦即把真實類比世界轉換為數位實境(digital reality)的神奇能力。從現在開始,消費者將能透過許多數位產品自我展現,例如可攜式音樂和視訊播放器、無線智慧型手機和多媒體手機、行動遊戲主機、掌上型電腦和其他新裝置或家電,其中許多產品都能在DSP支援下隨時隨地連接到網際網路。毫無疑問地,DSP技術不僅將數位生活的應用範圍擴大到世界各個角落,它的未來發展空間更是無可限量。

不斷進步的DSP技術

DSP技術過去幾年來進步很大,因此才能融入現代生活的各個層面。儘管DSP最初只應用於發聲玩具等簡單的產品,隨後卻發展出驚人處理能力、超低耗電、超高成本效益、絕佳整合能力和其它各種優異性能。這些特性讓DSP技術能被廣泛使用在目前最先進的電子產品及消費應用;事實上,倘若沒有DSP,許多目前常見的產品都不可能出現。

過去25年裡有各種力量推動著DSP技術發展,因此造就目前DSP技術的驚人進步,例如DSP的即時處理效能就遠比過去大幅提高。當TI首次推出DSP時,這些元件的頻率約在10~30MHz範圍,但隨著製程技術進步、CMOS整合與封裝的創新與超低耗電,以及即時資料處理技術和其它技術的突破,這類晶片的操作頻率已大幅提高,例如目前速度最快的單核心DSP已能以1GHz以上的速度工作。

DSP技術的即時處理速度大幅提高,電子產品的應用範圍也更廣泛普及,進而對消費者的日常生活產生深遠影響。隨著發聲玩具和數字型手錶等創新產品的出現,DSP在1980和90年代開始帶動全新類型的消費應用發展。舉例來說,行動電話的快速流行就證明DSP的獨特功能組合不但改變了人們的溝通方式,還會進一步影響他們的生活風格。

除了處理速度大幅增加外,不斷進步的製程技術也是導致DSP興起的另一重要因素。首批DSP是採用毫米級製程技術,但很快就縮小到微米級大小。到了1990年代末期,業界已將製程技術微縮到1微米以下,進入次微米製程的全新領域(圖1)。新世紀來臨後,DSP製程不但跨進了奈米級,還從130奈米縮小為90和65奈米。隨著45奈米製程技術出現,業界正朝向次奈米技術的目標快速前進。

不斷微縮的製程技術已對DSP功能造成極大影響,進而對DSP應用系統的功能產生衝擊。製程越小就表示同樣的材料可以製造出更多晶片,因此能提高產品的經濟規模和成本效益,讓DSP應用系統的成本下降並擴大市場。更精密的DSP製程技術還能減少耗電,讓靠電池提供有限電力的可攜式產品具備更強大的DSP處理能力。沒有DSP技術的低耗電特性,許多現在最受歡迎的行動消費電子產品就不可能出現。體積更小的晶片和超低耗電還能提高電路板的零件密度,因為晶片產生的熱量較少,零件的位置可以更靠近。舉例來說,在採用DSP晶片的基礎通訊系統裡,電路板的DSP數目不但從一個增加到十個以上,還能在更小的空間內提供至少十倍以上的功能。

就在DSP增強處理能力和縮小製程技術的同時,設計人員也開始將新功能整合到DSP晶片中,這項做法同樣對DSP的發展產生深遠影響。DSP剛出現時只是I/O功能有限的單純運算引擎,因此在1970和1980年代,DSP應用系統都會提供一個微處理器或微控制器做為主處理器,由DSP執行運算量通常很大的特殊作業,主處理器則負責系統管理。但到了90年代,DSP已成為內建多個處理核心和各種週邊介面的高整合元件,而且此趨勢還隨著系統單晶片DSP元件的發展而不斷延續,這類元件會把RISC與DSP處理核心、週邊介面和其它功能全部整合到一顆晶片。

以DSP為基礎的高整合晶片和系統單晶片持續發展,不僅可降低電子產品成本,也為消費者帶來更多最新的DSP應用。高整合度可減少系統設計所需的電路板面積和晶片數目,使產品價格有更大的下降空間。另外,晶片級整合還讓行動應用更普及,這是因為需要電源的晶片變得更少,因此系統的耗電量更低。

過去25年有許多因素推動DSP技術的發展,這些因素都與數位分身的出現直接相關,例如個人家電與電子產品的多元化和彈性,就能讓每個消費者都能透過擁有的數位裝置隨意展現自我。DSP技術將更強大的即時處理能力整合到更小空間,同時減少耗電量,這些特性讓行動系統擺脫技術的枷鎖,並解除了通訊所受的時間與地點束縛。

圖1:DSP的製造製程的不斷演進促進了行動電子設備的發展。
圖1:DSP的製造製程的不斷演進促進了行動電子設備的發展。

圖2:將DSP與其他類型的處理器核心整合在同一SoC晶片中。
圖2:將DSP與其他類型的處理器核心整合在同一SoC晶片中。

以數位方式表現自我

每個人都有一個數位分身,這個分身不但是數位裝置或相關應用的綜合體,更是人們個性中想要透過數位裝置、內容和應用等創造性方式表達自我的那個部份。事實上,DSP的驚人進步已能讓數位分身以25年前、10年前、甚至5年前都無法想像的方式表達自我(圖3)。

圖3:實際上,無論什麼地方和什麼時間,‘digital self’透過DSP主導的應用和設備來展現自我的機會都是無限的。
圖3:實際上,無論什麼地方和什麼時間,‘digital self’透過DSP主導的應用和設備來展現自我的機會都是無限的。

消費者當然可以在數位家庭中找到自我表達的方式,而DSP則讓這些表達方式變得更多采多姿。許多創新的家庭應用必然會繼續發展,高畫質視訊就是很好的例子,這個應用將是自我表達的重要管道。其實新型媒體編碼解碼器早就能透過網路以更低的位元速率,讓消費者在家中享受電影般栩栩如生的視訊畫面。許多最新的多通道高畫質家電也逐漸出現,可支援藍光DVD電影、高畫質視訊會議、高畫質視訊監控和其他創新的高畫質媒體技術。

DSP技術使任何類型的自我表達都不會受時間或地點的限制,同時能讓數位分身獲得家庭數位環境的充份支援。現在,DSP正將數位分身從數位家庭四週圍繞的高牆解放出來。

無論媒體的形式為何,網路連線都必須變得更快速、普及,才能讓數位分身的應用更廣泛。DSP對頻寬和使用率的影響已無庸置疑,例如資料數據機的速度在20年中就增加了7,000倍,從1985年的數百個Kbps成長到GPON和DOCSIS目前所提供的數百個Mbps連線速率。除此之外,區域網路和行動通訊資料技術的產出也大幅成長。

除了原始效能數據外,DSP對系統成本的下降也有極大貢獻。DSP的經濟規模、更大整合度和其他進步不但讓系統總成本更低,還能加速基礎設施線路的佈建。大幅增加了數位分身所能選擇的連線方式,不再侷限於原來的一個或少數幾個地點。

許多以‘自我’為中心(self-centered)的創新應用正陸續出現,這些應用利用DSP提供的網路功能和即時處理能力,將應用的個人化與行動性帶到更高境界。MySpace和YouTube之類的現象充份顯示社會網絡(social networking)在網際網路上的吸引力不斷增加。隨著這些社會網絡的入口網站開始進行市場區隔,並將訴求對象集中在定義更精細的地理與社會群體,使用者在虛擬空間裡搜尋、學習、表達和分享自我的機會將越來越多。

透過個人行動裝置表達自我的做法已相當流行,譬如行動媒體播放器就有各種造型與大小,並且具備不同的音訊、視訊、通訊和儲存能力。另外,DSP技術創新也是讓播放器從基本的單通道、單格式媒體處理功能,進步到同時處理多通道音訊、視訊、網路和其他媒體的驅動力,而且這些播放內容還能是MPEG、JPEG或MP3等不同的格式。

就算將數位分身從集中式媒體內容資料庫裡移除,他仍能輕易取得歌曲、視訊、遊戲或其他有創意的娛樂內容。使用者過去只能在特定地點和固定式遊戲機上玩多人互動遊戲,現在則能透過藉由DSP執行通訊、媒體與繪圖處理的行動平台玩這些遊戲,幾乎沒有任何地點限制。

語音應用大反攻

數位分身的用途就在於表達自我,因此任何會中斷、延誤或讓這個過程更複雜的問題都會防礙富有創意性的自我表達。只有命令列介面當然是不夠的,但就算採用圖形操作介面也不見得簡單。幸好以寬頻編碼解碼器為基礎的DSP語音處理與辨識引擎正在演進,而且很快就會成為語音啟動式控制層功能的基礎元件。

高清晰語音處理將取代目前的電信等級或標準語音,讓數位分身透過一套簡易的方法與數位內容及應用互動。高清晰語音能輕易掌握日常對話所有的微妙語調轉變,不僅有助於提升DSP語音辨識引擎的字彙辨識能力,還能瞭解對話中所帶的情緒和當時的情境。

可靠性與互通性也是影響數位分身如何與技術互動的重要因素。普及式的監控系統必須依賴裝設在多數數位基礎設施和終端裝置的DSP,這些內建於網路和用戶系統端的DSP所蒐集的資料將統籌回報給系統進行智慧處理。系統會找出運作效能不佳的部份,並執行自我修復程序以確保數位分身技術的可靠性。

立足家庭 放眼世界

DSP技術在數位分身走出家庭的過程中扮演重要角色。就實際層面而言,DSP技術已經演化出一套運作方式來支援數位分身的自我表達:除了提供技術,DSP更持續被整合到數位分身相關的各種生活應用中,而不僅只是被動等待這些應用配合DSP技術。最終而言,DSP技術的強大支援可以讓數位分身持續立足於家庭,但又不被束縛在任何一個特定地點。

作者:Pradeep Bardia

全球行銷經理

Michael Stich

服務供應商策略總監

數位訊號處理系統部

TI公司




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