DSP應用市場井噴，國產替代大幕拉開

據公開資料統計，2022年中國DSP晶片產量增長至約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晶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晶片企業也憑藉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，於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產品線最為豐富的廠商之一，主要用於工業控制、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廠商正從從專業應用領域向電動工具、白色家電等民用場景拓展，並贏得客戶認可。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年代後，隨著DSP技術進一步成熟，晶片成本下降、處理能力增強，DSP開始越來越多被整合進家電產品中。多家知名空調製造商如三菱電機、松下、大金、美的等，都在不同時間點引入了基於DSP的先進控制方案。

此後，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，而這部分產品很多採用了DSP控制方案。根據諮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1.07億台，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3.69億台，這對於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。這些晶片負責執行算法，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）、電源管理晶片（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的優勢則在於專為執行複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複雜的控制算法，如PID控制、矢量控制算法等，這對於實現精確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、實時性和精準性上的「高端」特質，也令其更符合其他高端家電需要高性能數位訊號處理和複雜控制算法的調性。

由於採用哈佛架構（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，加之其多級流水線並行操作，可以在每個時鐘周期內並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通過軟體編程即可實現多種複雜功能，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，易於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，關鍵點就在於靈活的控制。

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體層面的優化，內置如快速傅立葉變換（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，這對於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、電鑽在運作過程中檢測到異物，可以及時反饋電機狀況並進行中斷操作。

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

實現精確工業控制的關鍵

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，但它對於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晶片能夠實時處理複雜的控制算法，實現精準的閉環控制，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晶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方案能實現更精確、更快的電機速度控制、轉矩控制及能量優化。例如用於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，採用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，實現精確的定位控制和路徑規劃。以常見的機械臂拿取控制為例，具有硬體浮點單元的DSP可以高效執行浮點運算，對於涉及大量乘法和除法的數學運算尤為有利，能夠精確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能夠迅速執行複雜的算法，優化電力電子變換過程。此外，它還助力於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精確的電流、電壓控制。

此外在可再生能源應用中，DSP主要用於光伏逆變器，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」，併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，為實現更高級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採集外部信號、實現複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於接收車輛控制單元（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，驅動車輛行駛並實現制動動能回饋。此外還可以用於實現對主電機、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用於控制汽車門窗、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後、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複雜的控制算法，如PID控制、模型預測控制（MPC）等，來實現高效的熱能管理。DSP能夠快速並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最佳工作溫度範圍內。

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晶片作為實現複雜數位訊號處理的核心部件，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成為高端晶片「四大件」中率先實現國產替代的？可以說優勢與挑戰並存。

先看優勢部分：

- 成本與價格：國產DSP晶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。

-定製化服務：國內廠家能夠提供更為快速的響應和定製化服務，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製。

-集成度和算力提升：相比國外廠商採用90或65nm工藝，國產DSP晶片已經開始採用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晶片上，減少了系統複雜度、PCB占板面積和總體成本，提高了系統性能。

-實時控制與精確性：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精確性方面表現突出，適用於需要快速反應和精確控制的場景，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：針對國內市場的特定需求，如新能源汽車的電池管理、智能家電的節能化等，國產DSP晶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：儘管國產DSP技術在快速進步，但與國際領先水平相比，在某些高端應用領域，如高性能計算、尖端科研設備等，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晶片已建立了成熟的生態系統，包括開發工具、軟體庫、技術支持等，國產DSP晶片需要建立和完善自己的生態系統，吸引開發者和合作夥伴，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晶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、製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晶片需要不斷創新，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晶片在替代進程中展現出明顯的成本、定製化服務優勢，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，我們常常聽到各類晶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晶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，還關係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。

上遊方面，DSP晶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。下遊方面，國內終端廠商要更主動地優先採用國產晶片，他們反饋的實際應用需求將直接推動晶片廠商進行技術疊代和產品優化。

無論對於DSP還是其他晶片類別，這種基於實際應用場景的疊代，能夠更精準地解決行業痛點，促進國產技術快速成熟。這不但能打破國外晶片巨頭的市場壟斷，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。

以體量最大的家電行業為例，對於格力、美的、海信、海爾等本土家電巨頭來說，提高國產晶片的使用比例，不但可以減少對外部晶片的依賴，還能實現成本的降低。更重要的是，這些龍頭企業的實踐還能激發其他家電廠商對國產晶片的信任和採用意願，形成了良好的示範效應。

相關數據顯示，全球DSP晶片市場規模約為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供應被國外晶片巨頭壟斷；如今，大量國產替代方案正湧現出來。進芯電子等本土企業依託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晶片產業，會像中國的航天、核電、高鐵產業一樣，一步步走到國際化舞台的更前列，釋放出熠熠光輝。