華睿2號數字信號處理器

　　近日，中國電科14所耗時4年設計的華睿2號數字信號處理器（DSP）順利通過中國 “十二五”核高基重大專項芯片的驗收。華睿2號則採用8核架構，加上基頻提高一倍而達到1GHz，使指令周期提高6倍而達到每秒4000億次浮點運算（400GFLOPS）。

　　從數據上看，華睿2號的性能已經超越了美國的主流DSP芯片。14所是我國殲-20戰機有源相控陣雷達、預警機雷達、中華神盾雷達、反隱身雷達、反導預警雷達的研製單位，華睿2號芯片性能強勁當然是我國重大武器裝備自主化的福音。那麼DSP芯片究竟是什麼？華睿2號出現後我們就高枕無憂麼？今天，北國防務就來說說這事。

　　自從雷達數字化革命以來，其主要核心就是由前端的信號處理器與後端的數據處理器所組成。所謂的 “數據處理器”其實與計算機CPU類似，負責數據的處理與邏輯分析工作，例如計算目標的坐標、記憶/追蹤目標位置、綜合敵我識別器與雷達的情報提供給顯示處理器等等。在商用計算機市場成熟後，常選擇民用CPU來定製成軍用產品。但由於信號處理的專門性，往往需要針對武器的特性設計專門的芯片，也就是所謂的 “專用芯片”（ASIC）。

　　隨着芯片技術的進步，民間也開始有信號運算的需求，例如科學研究、數據分析等等，尤其是通訊產品更是有強大需求。因此開始有廠商製作通用型的數字信號處理器（DSP），也就是將常用的信號運算功能都整合在一個芯片中，客戶透過函數庫進行自己的運算。

　　理論上，通用型DSP的運算效能比不上專用的ASIC，可現實情況是民間對芯片的需求量遠大於軍方訂單，而民用產品的研發節奏也遠快於軍方項目，因此通用型DSP的指令周期很快就提升上去，將軍方專用的ASIC拋到後頭。

　　對軍用ASIC而言，雪上加霜的是隨着芯片製程的尺度越來越小，開發一顆芯片的設計與光罩成本越來越高，以軍方只有幾百到幾萬顆芯片的訂單根本連下給晶圓廠都排不到產能。因此軍方開始向民間訂購商用芯片，但要強化到滿足嚴苛的環境標準，這種產品就稱為 “商用現貨”（COTS）。

　　例如F-35就大量使用COTS電子元器件，在原型機階段是由國防廠商雷神公司向Mercury公司採購RACE++系列計算機，內含的1.06GHz的MPC7448是基於PowerPC e600架構結合Altivec 128位浮點運算技術而成的DSP，總和指令周期達75.6GFLOPS，為F-22全部信號處理器的3.5倍。美國DSP市場領導者德州儀器公司的頂尖產品：C66x系列則是單核速度19.2GFLOPS，8核總和為153.6GFLOPS，而華睿2號的指令周期高達400GFLOPS，可說是將美國DSP都拋到後頭了。

　　那麼DSP芯片領先美國是不是就可以高枕無憂了呢？當然不是，其實美國DSP不只是被華睿2號拋在後頭，而是在近十年內都被另外兩種商用芯片拋到了後頭，即“通用計算圖形處理器”（GPGPU）和“現場可編程門陣列”（FPGA）。

　　GPGPU為遊戲畫面而生，迅速成長為運算巨獸，其浮點指令周期早已突破“兆次運算”大關，並向十兆以上邁進，完全把DSP踩在腳下。但功耗較高及延遲時間較短長，因此被限制在大型飛機、艦船、地面站台等不缺冷卻與供電的平台上，DSP仍可把持戰機、無人機、導彈、個人裝備。。。等對於供電與冷卻供給要求高的小型平台市場。

　　但功耗較高以及延遲時間較短長，因此被限制在大型飛機、艦船、地面站台等不缺冷卻與供電的平台上，而DSP仍可把持戰機、無人機、導彈、個人裝備。。。等對於供電與冷卻供給高度緊繃的小型平台市場。

　　在信號處理的市場，FPGA的指令周期可逼近GPGPU，但功耗卻是接近DSP的水平，上至潛艇聲納信號處理系統，下至無人機的微型雷達，都可用FPGA芯片來滿足信號處理的需求。美國洛馬公司在2013年就為F-35訂購了83169顆FPGA芯片，寫入不同的邏輯電路後可滿足F-35眾多射頻與光電系統的龐大信號處理需求。

　　在GPGPU與FPGA的兩大強敵夾殺下，美國的DSP軍用市場逐漸萎縮。這是美國的DSP芯片讓華睿2號後來居上的一大原因，當然傳統DSP架構還是有軟件定製化成本較低的優點，在進一步壓榨出運算效能後還是能滿足對雷達、電子戰。。。等信號處理的需求。

　　只是美國作為芯片產業的發源地，其軟硬件生態圈既深又廣，破壞性創新的能力仍是無人可及，即便DSP技術出現落後，仍可用GPGPU與FPGA的顛覆性優勢扳回一城。

　　因此，華睿2號出現當然是一項重大成就，有了它我國的眾多國之重器都可以不受國外限制。但我們還要看到當前芯片領域的新動向，意識到差距奮起直追才能保證不落後。