芯片IP到底是什麽?

 資(zī)料中(zhōng)心     |      2023-04-28 14:03:30


近兩年在IC圈,尤其是國内,很多IP企業被中(zhōng)短期看好,理由很簡單,芯片設計和先進工(gōng)藝制造核心技術被少數國際大(dà)廠掌握,短時間很難被追趕。

 

但大(dà)量的國内市場需求催生(shēng)IP解決方案,像處理器IP、接口IP、功能性IP等服務和解決方案可以更高效服務本地芯片市場。

 

那麽問題來了,IC行業說的IP,到底是什麽?

 

一(yī)、芯片IP是什麽?

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在半導體(tǐ)中(zhōng),我(wǒ)們常說的IP,其實是指IP核心(半導體(tǐ)知(zhī)識産權核)。

 

半導體(tǐ)IPIntellectual Property)指在集成電(diàn)路設計中(zhōng),經過驗證的、可重複使用且具備特定功能的集成電(diàn)路模塊,通常由第三方開(kāi)發。

 

IP内核可以許可給另一(yī)方,也可以由一(yī)個單獨方擁有和使用。IP能幫助降低芯片開(kāi)發的難度、縮短芯片的開(kāi)發周期并提升芯片性能,是集成電(diàn)路産業鏈上遊關鍵環節,主要客戶是設計廠商(shāng)。

 

根據不同的設計IP,半導體(tǐ)IP市場可分(fēn)爲處理器IP、接口IP、内存IP以及其他IP(模拟到數字IP和數字到模拟IP);在IP核的基礎上,半導體(tǐ)IP市場主要細分(fēn)爲軟核和硬核。

 

按收費(fèi)方式分(fēn)類,IP 商(shāng)提供許可(license)和版稅(royalty)兩種模式,其中(zhōng)版稅占據較大(dà)份額。在許可(Licensing)模式下(xià),設計商(shāng)按 IP 授權次數付費(fèi),是一(yī)次性産品授權費(fèi)。在版稅(Royalty)模式下(xià),設計商(shāng)按制造的芯片數量付費(fèi),是跟産品銷量挂鈎的授權費(fèi)。

 

IP就是某個設計好的模塊,IP vendor會把IP賣給芯片設計廠商(shāng)。不同vendor可能會以不同形式交付這個模塊,有的隻交rtl代碼,有的會連着一(yī)些後端文件一(yī)起交付以方便芯片設計公司做物(wù)理實現。

 

一(yī)般來說,稍大(dà)一(yī)點的SoC芯片都會包括很多第三方IP,有些IP甚至一(yī)兩家vendor壟斷了,比如USB PHY或者PCIe MAC,很多公司都是用的Synopsys的。

 

ARMSynopsysCadence都是IP vendor,基本上自己不做芯片。很多公司既是IP vendor又(yòu)自己開(kāi)發芯片,比如這兩年比較火(huǒ)的寒武紀。稍大(dà)一(yī)點的公司,比如AMDNV、海思,都有很多有競争力的IP,但是隻自己用,不賣。

 

二、IP 爲什麽重要?

 

絕大(dà)多數SOC 廠商(shāng)都依賴IP 來設計和生(shēng)産一(yī)款SOC 芯片,做SOC 的過程其本質就是尋找,驗證及整合IP 的過程。

 

如果能夠找到滿足需求的,質量可靠的,驗證過的IP 會極大(dà)縮短SOC 的開(kāi)發周期,這個模式在過去(qù)幾十年已經非常成熟。

 

IP 非常重要,對IP 的選擇除了質量因素,價格也是重要的考量。随着用戶數越多,這個價格會被分(fēn)攤掉,相對容易承受。

 

随着芯片複雜(zá)度的提高,定制化需求越來越多,IP 産品也有自己的開(kāi)發和生(shēng)命周期。

 

是否能夠在上市時間和定制化方面更好的滿足客戶需求,也成爲IP 供應商(shāng)和用戶越來越關心的事情。

 

SOC IP 的應用模式随着市場需求,芯片複雜(zá)度,上市時間和成本的壓力一(yī)直在發生(shēng)變化。從SOC 視角看,對IP 的使用可以簡單的分(fēn)爲三種情況:

 

1、隻爲這一(yī)個芯片定制的IP,通常發生(shēng)在企業内部。

 

2IP的選擇來自于IP 平台,成熟的hardening IP。有些企業内部有自己的IP 平台,同時也會選擇第三方IP 平台的産品。這類IP 的開(kāi)發就是爲了被大(dà)量的用戶重複使用以降低成本

 

3IP的選擇來自于IP 平台,但在SOC SPEC 階段就一(yī)起規劃IP 開(kāi)發,爲滿足用戶的schedule,其研發周期幾乎與SOC 同步

 

不同的IP 策略選擇對于驗證和芯片回來後的測試也會有不同的影響。

 

三、滿屏的美國IP廠商(shāng)

 

IP核在芯片設計中(zhōng)的許可和使用在1990年代很普遍。如今,使用最廣泛的IP内核來自ArmSynopsysImaginationCadence。下(xià)圖1是全球前十五的設計IP廠商(shāng)排名,而在這些主要的廠商(shāng)中(zhōng),美國幾乎占據了大(dà)半壁江山,見圖2

 

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1:全球TOP15 半導體(tǐ)IP廠商(shāng)排名

 

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2:半導體(tǐ)IP廠商(shāng)所屬國家


按産品種類分(fēn)類,半導體(tǐ)IP廠商(shāng)主要提供包括處理器IP、有線接口IP、物(wù)理IP等不同産品。處理器IP是一(yī)種數字電(diàn)路,用于完成取指令、執行指令及與外(wài)界存儲器和邏輯部件交換信息等操作,主要包括CPU IPGPU IP、神經網絡處理器IPNPU IP)、視頻(pín)處理器 IPVPU IP)、DSP IP、圖像信号處理器 IPISP IP)六大(dà)類。

 

接口 IP 集成了基于協議的功能,其最大(dà)份額來自于以數據爲中(zhōng)心的應用,主要包括通用串行總線(USB IP)、串行高級技術附件(SATA IP)、高清多媒體(tǐ)接口/顯示端口(HDMI/DP IP)等。物(wù)理 IP 主要用于模拟及混合信号、物(wù)理接口、存儲單元和其他的數字 IP,主要包括數模混合IP、射頻(pín)IP等。

 

在這些不同的IP産品中(zhōng),其中(zhōng)接口IP在市場上的重要性正在增長。接口類IP主要集成了基于協議的功能,如USBPCI Express、以太網、MIPISATADP,以及Die-to-Die (D2D)接口和内存控制器(DDRnLPDDRnHBMGDDR)

 

根據IPnest的統計,20182019年,處理器IP的市場份額從53.5%下(xià)降到51%,而接口類IP的市場份額則從20.3%上升到22.1%。從增長和市場份額來看,接口IP市場是最大(dà)的赢家,2019年的份額爲8.7億美元。而在2009年,接口IP類别僅占了2.2億美元,在10年裏翻了4倍。


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2018-2019IP分(fēn)類的演進(資(zī)料來源:IPnest


反觀國内,大(dà)陸隻有芯原股份上榜全球IP榜單,當前國産 IP 的産業影響力相對較小(xiǎo),但是本土企業已積極布局。

 

目前中(zhōng)國大(dà)陸有平頭哥、芯來、芯原股份、寒武紀、華大(dà)九天、橙科微、IP Goal Actt IP廠商(shāng)。而從其産品布局和市場影響力來看,這些IP廠商(shāng)還有很長的一(yī)段路要走。

 

四、IP爲王,實現更多創新

 

5G時代,新應用、新産品将層出不窮,需求更多且更加個性化,而芯片也要以更快的速度生(shēng)産以保證新産品的上市。

 

比如現今的芯片廠商(shāng)都在開(kāi)發5G SoC,以便快速适應5G技術,并将産品及時投放(fàng)到市場。因此需要考慮采用新工(gōng)藝的芯片成本、功耗、溫度、算力多少,能否快速上市等問題,而IP核的強大(dà)之處就在于這些它都幫你驗證好了。

 

一(yī)直以來,由于技術壁壘和商(shāng)業壁壘較高,先進工(gōng)藝芯片IP産品鮮有國内企業涉獵。作爲集成電(diàn)路産業的關鍵環節,IP産品的全新突破将有利于國内芯片産業生(shēng)态的健全與完善。

 

我(wǒ)們需要通過源頭技術創新,打造先進工(gōng)藝的芯片IP産品,以新技術賦能産業,不斷驅動IC行業的發展和進步。