（画像出典：智研産業百科）
DSPとはDigital Signal Processor（デジタル・シグナル・プロセッサ）の略称で、高速な算術演算に特化したマイクロプロセッサである。DSPはデジタル信号を高速かつ正確に処理することができ、同時にプログラマブルで低消費電力という特徴を持ち、現在では様々な分野で重要な役割を果たすようになっている。
DSPチップの開発の歴史から、初期の理論から応用までの最初の数世代では、基本的には外資系大手によって完成されたことがわかった。早期の市場参入と技術蓄積により、外資系企業は世界市場シェアの70％以上を占め、現在もテキサス?インスツルメンツ（TI）、アデノセミコンダクター（ADI）、NXP、STマイクロエレクトロニクス（ST）など、海外の大手半導体企業数社に独占されている。
DSPの開発は比較的閉鎖的で、オープンソースでもライセンスモデルでもなく、知的財産の障壁が高い。各大手企業のDSP命令セットが異なり、かつ外部に授権しないことで、中国の初期のDSPチップは、ほぼ完全に輸入に依存していた。TIを例とすると、TIの世界DSP市場シェアは一度50％に近かく、中国でのシェアは約80％にさえ達した。
中国DSPの国産代替プロセスが加速
中国のDSPチップ産業は遅れて始まったが、同時に中国はDSPチップの世界最大のアプリケーション市場であり、市場シェアが約45％だ。20世紀末から21世紀初頭にかけ、多くの中国企業や機関が独自にDSPチップの研究開発を試み始めたが、一時期は技術封鎖や特許制限、また経験蓄積不足と市場受容性の低さから、進展が遅れていた。
2019年以降、貿易摩擦や地政学的な影響を受け、中国国内ではチップサプライチェーンの安全性を重視する動きが強まっている。
2020年8月、中国国務院は『新時期促進集成電路産業和軟件産業高質量発展的若干政策（新時期に集積回路産業とソフトウェア産業の高品質発展を促進する若干の政策）』を公表し、中国がハイエンドチップの自主研究開発と国産代替のプロセスを加速させ、DSPとCPU（中央演算処理装置）、GPU（グラフィックス・プロセッサ）、FPGA（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）をハイエンドチップで「四大要素」とすることを提案した。DSPの重要性が日々高まっているため、国産化が急務となっていた。
DSPチップの高いリアルタイム性、高い演算性能の特性により、インテリジェント時代の端末製品の高速リアルタイム制御チップの最良の選択となり、市場の需要は急速に拡大しているだけでなく、DSPの国産化プロセスを推進する重要な原動力となっている。BusinessResearchのデータによると、2020年の世界DSPチップ市場規模は33億2,800万ドルで、2027年には53億7,070万ドルに達すると予測され、予測期間中の年平均成長率は6.8%。
（画像出典：華経産業研究院）
公表されている統計によると、中国のDSPチップ生産量は2022年に約4,757.７万個までに増加した。 外資系企業だけに頼っていたのでは中国国内需要の拡大に対応できなくなり、多くのDSPチップ需要のある企業やIC産業チェーン関連企業が中国国内にサプライヤーを求め始めていた。同様に、多くの中国国内DSPチップ企業は、技術革新と絶え間ない努力により、徐々に海外メーカーの技術独占を打ち破った。
その中で、2012年に設立された湖南進芯電子社（Advancechip）は、過去6年間、継続的に技術的な障壁を突破し、2018年に正式に自社開発のDSPを発売して産業用制御市場に参入し、中国国内のギャップを埋めた。現在、湖南進芯電子社は中国で最も豊富なDSP製品ラインを持つメーカーの1つとなっており、同社製品が主に産業制御、新エネルギー、電気自動車、モノのインターネットの分野で使用されている。
中国政府が「ダブルカーボン戦略（カーボンニュートラル、カーボンピーク）」と「新たな質の生産力（NewQualityProductiveForces）」政策を打ち出したことで、湖南進芯電子社のような中国DSPベンダーは、専門的なアプリケーションから電動工具、白物家電、その他の民生用シナリオまで拡大し、顧客から高い評価を得ている。
ここでは、スマート家電、産業用オートメーション、自動車エレクトロニクスの3つの主要分野から、中国国内のDSP国産代替市場の容量だけでなく、海外のDSPベンダーとどのような利点を持っているかを見てみよう。
1．なぜ多くのスマート家電がDSPを採用するか
1990年代以降、DSP技術がさらに成熟になり、チップのコストダウンに加え、処理能力も向上したため、DSPは家電製品にますます多く組み込まれるようになった。
それ以来、家庭用エアコン市場において、より効率的で環境にやさしいインバーターエアコンのシェアが大きく伸びており、これらの製品の多くにDSP制御ソリューションが採用されている。市場調査会社フロスト＆サリバン（Frost&Sullivan）のデータによると、中国のインバーターエアコン生産台数は2021年に1億700万台に達し、前年比28.4%増、2016～2021年の年平均成長率（CAGR）は22.1%だった。
中国のエネルギー効率の高いインバーターエアコンの生産台数が、2030年に3.69億万台に達すると予想されており、DSPにとっては広大な市場となる。
インバーターエアコン用のインバーターは通常、特定のマイクロコントローラー（MCU）やDSPを使って制御され、モーターに供給される電気エネルギーを調整し、モーターの動作を制御する。これらのチップは、FPGA（CPLD）、インテリジェント?パワー?モジュール（IPM）、パワー?マネージメントIC（PMIC）、センサーと組み合わせ、コンプレッサーやその他のコンポーネントの制御を可能にするアルゴリズムを実行し、エネルギーを節約して効率を向上させる役割を担っている。
異なる制御ソリューションに関する限り、MCUソリューションは低コスト、低消費電力、高い汎用性に重点を置いており、コストに敏感な民生用製品に適している。一方、DSPの利点は、複雑な算術演算と高速データ処理を実行するために特別に設計されているという事実にあり、その強力な演算能力は、PID制御、ベクトル制御アルゴリズムなどの複雑な制御アルゴリズムを迅速に処理することができる。簡単に言えば、DSPソリューションによって制御されるインバーターエアコンは、ユニットの内外を問わず、より柔らかく、より静かで、より省エネだ。
エアコン周波数変換が微細な制御に対する需要を満たすために加え、処理能力、アルゴリズム、リアルタイムおよび「ハイエンド」品質の精度でDSP制御ソリューションだけでなく、他のハイエンド家電と一致してより多くの高性能デジタル信号処理とトーンの複雑な制御アルゴリズムを必要とする。 リアルタイム信号処理では、DSPの利点も明らかである。DSPは通常、高速フーリエ変換（FFT）、フィルタリングアルゴリズムや他の特殊な命令セットなど、一般的なノイズフィルタリング、信号の平滑化や他のタスクでモータ制御を扱うのに適した組み込み、ハードウェアレベルでの信号処理タスクのために最適化されている。高速割り込み処理と低レイテンシ特性は、インバータの安定性と動的性能を確保するために重要なモータ状態の変化への即時応答を保証した。例えば、インバーター洗濯機や電動ドリルでは、モーターの状態をタイムリーにフィードバックしたり、運転中に異物が検出された場合に運転を中断したりすることができる。 さらにまれに見られるのは、DSPは通常C/C++などの高級言語プログラミングを対応しているため、開発難易度が下がり、開発サイクルが早まり、ソフトウェアの再利用が可能になることだ。例えば、スマート冷蔵庫やスマート洗濯機など、高度にカスタマイズされ、頻繁なソフトウェア更新を必要とするスマート家電は、ソフトウェアの再利用で開発期間とコストを削減することができる。
２．高精度な産業制御を実現する鍵
フロスト＆サリバンのデータによると、2023年の世界の産業用エレクトロニクス市場規模は4807.3億ドルに達し、2024年には5095.9億ドルに成長すると予想されている。中国市場に関しては、産業オートメーション市場規模は2023年に3,115億人民元に達し、2024年には3,531億人民元に成長すると予想されている。
（画像出典：中商情報網）
DSPはこの大規模な産業市場のごく一部を占めるに過ぎないが、高精度制御の実現には不可欠だ。
DSPチップは複雑な制御アルゴリズムをリアルタイムで処理し、正確な閉ループ制御を実現することができるため、生産効率と製品品質を向上させることができる。
現在の産業オートメーション?アプリケーションでは、DSPチップがより広く使用されている。インバータ、サーボドライブ、その他のアプリケーションでは、従来のMCUプログラムと比較すると、より正確で高速なモータ速度制御、トルク制御、エネルギー最適化を実現することができる。例えば、リフトのドア制御装置や牽引機などの場面で使用され、リフトの安定的かつ効率的な運転を保証することができる。地下鉄のドア制御では、DSPオールデジタル制御技術を搭載した電子ドア制御装置は、ドア制御、監視、診断、自己学習、ネットワーク通信などの機能を統合することができ、車両運行の安全性を保証することができる。
自動化生産ラインとロボット制御において、DSPはセンサーデータの処理を担当し、精密な位置制御と経路計画を実現できる。一般的なロボットアームのピックアップ制御を例にとると、ハードウェア浮動小数点ユニットを搭載したDSPは、浮動小数点演算を効率的に実行することができ、特に多数の乗算や除算を伴う数学演算に有益だ。また、モータ速度などの主要パラメータを正確に制御し、電流変動や機械振動を低減することができるため、動作ノイズを低減し、ジッタの問題を克服することができる。
電力変換や電力管理では、DSPは複雑なアルゴリズムを高速に実行し、パワーエレクトロニクスの変換プロセスを最適化することができる。さらに、効率と信頼性の二重の向上を達成するために、ネットワークを通じて機器の動作状態をリアルタイムで監視するのにも役立つ。現在、デジタル・パワー・テクノロジーは、従来のアナログ・パワー・テクノロジーに徐々に取って代わりつつあり、DSPは、より柔軟なパワーマネージメント戦略と、より正確な電流・電圧制御を実現することができる。
また、再生可能エネルギーアプリケーションでは、DSPは主に太陽光発電インバータで使用され、効果的に太陽光発電パネルが直流電力によって発行され、グリッドに逆流が交流で受け入れることができ、オフグリッドアプリケーションは、ユーザーが「毎日の電気代を節約」するのに役立つ。
産業用モノのインターネット（IIoT）、インダストリー4.0と他の概念の台頭と共に、DSPはエッジコンピューティング、ビッグデータ処理やリアルタイム意思決定などの方面でより顕著な役割を果たしている。中国国産DSPもまた、スマート工場や予知保全など、より高度なアプリケーションの実現を技術的にサポートでき、認知度が高まっている。
３．自動車の電動化は、DSPに多くの機会をもたらす
自動車分野もDSPの「主戦場」である。DSPは、従来の燃料自動車の時代から、エンジン制御ユニット、トランスミッション制御、安全システムで役割を果たしてきた。自動車の電動化、電動化とインテリジェントな変換に伴い、車載電子システムのDSPは、外部信号、複雑なモータの計算と対応する制御のリアルタイム取得することができる。1台の新エネルギー車には、数十個のDSPを搭載できる。
例えば、パワードメイン制御では、モータ制御ユニットのDSPは、車両制御ユニット（VCU）の車両走行制御命令を受けるために使用され、制御電源モータ出力指定されたトルクと速度、車両の運転とブレーキ運動エネルギーフィードバックを駆動する。さらに、メインモーター、直流電圧変換DC-DC、車載充電器OBCの制御を実現するために使用することもできる。
ボディ・ドメイン制御では、DSPは車両のドア、窓、ライト、ワイパー、パワーシート、エアコンなど、車両システムの安全性と快適性を確保するための車内運転に関連するアプリケーションの制御に使用される。例えば、電動シートでは、モーターと減速機構を組み合わせ、前後、高さ、背もたれの角度、背もたれなどの調節を実現する。ガラスの昇降では、モーターと減速機構を組み合わせ、サイドスクリーンとサンルーフの開閉を実現し、ブロック検出、アンチピンチ設計などを採用する。
新エネルギー自動車では、熱管理システムもDSP応用の重要な部分である。熱管理システムは、効率的な熱管理を実現するために、PID制御、モデル予測制御（MPC）などの複雑な制御アルゴリズムを実行する必要がある。DSPは、さまざまなセンサー（温度センサー、圧力センサー、流量センサーなど）から収集したリアルタイムデータを並行して迅速に処理し、このデータに基づいて熱管理システムのさまざまなコンポーネント（冷却ポンプ、ファン、熱交換器、ヒートポンプなど）の動作状態をリアルタイムで調整し、バッテリーパック、モーター、電子制御ユニットなどの主要コンポーネントを最適な動作温度範囲に保つことができる。
上記の重点分野に加え、DSPは、車載充電器（OBC）やDC/DC電源制御、車載トラクション?モーター制御、バッテリー管理システム（BMS）などにも多く応用されている。
（画像：36氪研究院）
研究機関のデータによると、2025年までに、乗用車の車載エレクトロニクスのコストは、自動車全体のコストの60%に達し、純電気モデルのコストは65%に達するとさえ予想されている。新エネルギー車の生産と販売の急成長に伴い、車載エレクトロニクスの需要は増加し続け、特に車載DSPチップは複雑なデジタル信号処理を実現する中核部品として、車載インテリジェンス、ネットワーク・コネクティビティのトレンドにおいて重要な役割を果たすだろう。
４．中国国産DSPの競争力は？
広範囲な新興アプリケーションおよび巨大な市場容量は、DSPをハイエンドチップ「４大要素」の中、最初に中国国産代替を達成させられるか？それは利点と課題が共存していると言うことができる。
まず、部品の長所を見てみよう：
・コストと価格：コスト管理の面で、中国DSPチップは通常、より有利だ。同じ価格では、大規模なアプリケーションで特に重要で、より良い品質の製品を提供することができ、最終製品の競争力を維持するのに役立つ。
・カスタマイズされたサービス：中国メーカーは、アプリケーションのシナリオに応じて迅速にカスタマイズすることができ、家庭、産業制御、自動車分野など、特定の産業や顧客のニーズに合わせて柔軟な設計と最適化で、より迅速な応答と
カスタマイズされたサービスを提供することができる。
・集積化と演算機能強化：90nmや65nmプロセスを採用する海外メーカーに比べ、中国国産DSPチップは40nmプロセスを採用し始め、マルチコアヘテロジニアス設計、メイン周波数の向上、ドライバ、電源、通信インターフェースなどの周辺回路をワンチップに集積化するなどの高集積化を絶えず追求し、システムの複雑性、PCB基板面積、全体コストを削減し、システム性能を向上させている。
・リアルタイム制御と精度：一部の中国国産DSPはすでに独自の「長所」を持っており、例えば湖南進芯電子社はリアルタイム制御と精度に優れた性能を持ち、ロボットアーム制御、自動車パワーシステム、家電インバータ制御など、高速応答と正確な制御を必要とするシナリオに適しており、よりスムーズで低ノイズのユーザー体験を提供できる。
・市場適応性：新エネルギー自動車のバッテリー管理やスマート家電の省エネなど、中国国内市場特有のニーズに対し、国産DSPチップは市場の変化に適応しやすく、急速に発展する業界のニーズに応えることができる。
次に、存在する課題も見てみよう：
・技術格差：中国国産DSPの技術は国際的な先進レベルに比べて急速に進歩しているが、ハイパフォーマンスコンピューティング、最先端科学研究装置など、特定のハイエンド応用分野ではまだ技術格差があり、追いつくためには継続的な研究開発投資が必要である。
・エコシステムの構築：海外のDSPチップは、開発ツール、ソフトウェアライブラリ、技術サポートなどを含む成熟したエコシステムを確立している。中国DSPチップは、開発者とパートナーを引き付け、ソリューション全体の競争力を高めるために、独自のエコシステムを確立し、改善する必要がある。
・市場の認知度：ユーザーの習慣や信頼を変えるのは長期的なプロセスであるため、中国国産DSPチップは、特に高い安定性が求められる産業分野や自動車分野において、長期的な安定性能と成功事例を通じ、市場の信頼性を徐々に確立していく必要がある。
・サプライチェーンの安定性：グローバル化の中で、サプライチェーンの安全性は重要な課題であり、国内代替は原料供給、製造工程などの安定性と信頼性を確保し、外部要因の干渉を減らす必要がある。
・国際競争：国際市場で成熟した強力な競争相手に直面しているため、国産DSPチップは継続的にイノベーションを行い、製品競争力を向上させるだけでなく、国際市場を開拓し、グローバル競争に参加する必要がある。
総合的な観点から見ると、中国国産DSPチップは代替プロセスにおいて、コストとカスタマイズサービスの優位性を明らかに示し、特定分野では性能の優位性さえ達成しているが、技術のキャッチアップ、エコロジー建設、市場認知度の向上などの課題にも直面しており、継続的な技術革新と市場拡大戦略が必要である。