半導(dǎo)體IP行業(yè)發(fā)展情況如何?

全球前十IP供應(yīng)商主要來自美國(guó)和英國(guó)，還有少量來自以色列和中國(guó)臺(tái)灣，為了更好地認(rèn)知半導(dǎo)體IP行業(yè)未來發(fā)展空間和行業(yè)壁壘，我們有必要對(duì)全球業(yè)內(nèi)公司和行業(yè)整體情況進(jìn)行研究。

隨著芯片復(fù)雜度以及芯片設(shè)計(jì)成本的提高，IP采用量進(jìn)一步增大，單個(gè)芯片采用的IP數(shù)量將超過200個(gè)，全球IP行業(yè)具備一定的市場(chǎng)空間。同時(shí)隨著全球集成電路產(chǎn)業(yè)鏈向中國(guó)大陸轉(zhuǎn)移，中國(guó)大陸地區(qū)新設(shè)立的芯片設(shè)計(jì)公司五年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到24.7%，規(guī)劃中的芯片設(shè)計(jì)項(xiàng)目大幅增加，綜合增速遠(yuǎn)超全球，給中國(guó)半導(dǎo)體IP行業(yè)帶來了增長(zhǎng)空間，芯原作為行業(yè)龍頭，發(fā)展空間良好。

經(jīng)過三十余年發(fā)展，半導(dǎo)體IP行業(yè)市場(chǎng)份額相對(duì)集中，行業(yè)前兩大企業(yè)ARM和Synopsys占據(jù)了接近六成市場(chǎng)份額，該格局已經(jīng)保持多年。行業(yè)前十中還有cadence、CEVA、Rambus等公司位臵相對(duì)穩(wěn)定，各自占據(jù)一部分市場(chǎng)，芯原和Achronix是為數(shù)不多新進(jìn)入前十的公司。

本文將從半導(dǎo)體IP行業(yè)發(fā)展歷史、行業(yè)的重要性與競(jìng)爭(zhēng)壁壘、未來發(fā)展空間、全球競(jìng)爭(zhēng)格局四個(gè)角度進(jìn)行展開，深入分析半導(dǎo)體IP行業(yè)。

半導(dǎo)體IP行業(yè)發(fā)展情況如何

半導(dǎo)體IP通常也稱作IP核（IP core），此處IP也就是指知識(shí)產(chǎn)權(quán)（Intellectual Property）。 IP核就是一些可重復(fù)利用的、具有特定功能的集成電路模塊。IP由于性能高、功耗優(yōu)、成本適中、技術(shù)密集度高、知識(shí)產(chǎn)權(quán)集中、商業(yè)價(jià)值昂貴，已經(jīng)逐漸成為集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的核心產(chǎn)業(yè)要素和競(jìng)爭(zhēng)力體現(xiàn)。當(dāng)今時(shí)代，芯片設(shè)計(jì)公司如果沒有IP，將難以完成芯片設(shè)計(jì)，可以說半導(dǎo)體IP的誕生是半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的必然。從市場(chǎng)的角度來理解，IP行業(yè)是半導(dǎo)體行業(yè)分工精細(xì)化的結(jié)果，降低了芯片設(shè)計(jì)的難度與成本；從技術(shù)的角度來理解，IP是EDA發(fā)展和芯片復(fù)雜化的結(jié)果，沒有電子化的芯片設(shè)計(jì)就沒有可以復(fù)用的芯片IP。

市場(chǎng)視角：半導(dǎo)體行業(yè)分工精細(xì)化，IP降低設(shè)計(jì)成本

在如今這個(gè)時(shí)代，各個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都伴隨著全球產(chǎn)業(yè)鏈的分工合作，以降低綜合成本，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也是如此。半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展伴隨著不斷的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、技術(shù)升級(jí)與分工精細(xì)化。這三個(gè)過程是同步進(jìn)行且高度相關(guān)的，技術(shù)的升級(jí)使得芯片產(chǎn)品和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不斷復(fù)雜化，因而分工也不斷細(xì)化，分工的細(xì)化使得半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)更多，這也為不同環(huán)節(jié)的全球轉(zhuǎn)移和降低成本提供了條件。 從歷史發(fā)展進(jìn)程來看，自20世紀(jì)60年代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在美國(guó)發(fā)源以來，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)因產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步細(xì)化和應(yīng)用市場(chǎng)需求變化，經(jīng)歷了兩次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，并正在進(jìn)行第三次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。

20世紀(jì)70年代起，美國(guó)將半導(dǎo)體系統(tǒng)裝配、封裝測(cè)試等利潤(rùn)含量較低的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到日本等地區(qū)。日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由此開始積累，并借助家用電子市場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)及產(chǎn)量的需求不斷完善產(chǎn)業(yè)鏈，最終在家電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，由此產(chǎn)生了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的第一次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。該次轉(zhuǎn)移成就了索尼、東芝、日立等知名企業(yè)。這期間，擁有芯片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力的IDM（Integrated Device Manufacturer，設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)一體化垂直整合型公司）得到快速發(fā)展。

20世紀(jì)80年代至90年代，因日本經(jīng)濟(jì)泡沫破滅、投資乏力等原因，日本的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開始沒落。中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)積電和聯(lián)電兩家晶圓廠的誕生，推動(dòng)美國(guó)、日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由IDM模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镕abless模式（Fabless是Fabrication（制造）和less（無）的組合，指沒有制造業(yè)務(wù)，只專注于設(shè)計(jì)的模式）。在半導(dǎo)體應(yīng)用從家電到個(gè)人計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)型過程中，中國(guó)臺(tái)灣著重發(fā)展半導(dǎo)體制造技術(shù)，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)了關(guān)鍵地位，韓國(guó)則聚焦存儲(chǔ)技術(shù)，由此產(chǎn)生了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的第二次轉(zhuǎn)移。該次轉(zhuǎn)移成就了中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)積電和聯(lián)電，韓國(guó)的三星、海力士等企業(yè)。與此同時(shí)，芯片設(shè)計(jì)公司和晶圓廠之間的技術(shù)銜接與匹配的需求，首次催生了芯片設(shè)計(jì)服務(wù)行業(yè)的誕生。

21世紀(jì)起，隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)向手機(jī)產(chǎn)業(yè)邁進(jìn)，終端產(chǎn)品更加復(fù)雜多樣，芯片設(shè)計(jì)難度快速提升，研發(fā)資源和成本持續(xù)增加，促使全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)分工繼續(xù)細(xì)化，芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步拆分出半導(dǎo)體IP產(chǎn)業(yè)，而芯片設(shè)計(jì)服務(wù)產(chǎn)業(yè)的服務(wù)范圍也進(jìn)一步擴(kuò)大。同時(shí)，中國(guó)大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了低端組裝和制造承接、長(zhǎng)期的技術(shù)引進(jìn)和消化吸收、高端人才培育等較長(zhǎng)的時(shí)間周期，逐步完成了原始積累，并以國(guó)家戰(zhàn)略及政策為驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)了全產(chǎn)業(yè)鏈的高速發(fā)展。

隨著智慧物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境完善、人才回流、政策支持、資本青睞等眾多因素，中國(guó)大陸的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得以在眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速與全面布局，正逐步驅(qū)使全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣向中國(guó)大陸轉(zhuǎn)移，即第三次轉(zhuǎn)移。該次轉(zhuǎn)移促進(jìn)了以ARM、新思科技、鏗騰電子、芯原、創(chuàng)意電子、智原等為代表的半導(dǎo)體IP供應(yīng)商和芯片設(shè)計(jì)服務(wù)提供商的快速發(fā)展，也推動(dòng)了中國(guó)大陸集成電路產(chǎn)業(yè)相關(guān)企業(yè)的成長(zhǎng)，包括以中芯國(guó)際、長(zhǎng)電科技等為代表的晶圓廠和封測(cè)廠，以及以華為海思、紫光展銳等為代表的芯片設(shè)計(jì)公司。

隨著產(chǎn)業(yè)分工精細(xì)化與不斷轉(zhuǎn)移的過程，如今半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的分工已經(jīng)高度明確，上中下游明晰。如今，集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的參與者可以細(xì)分為集成電路設(shè)計(jì)公司，以及其上游的EDA工具供應(yīng)商、半導(dǎo)體IP供應(yīng)商和設(shè)計(jì)服務(wù)供應(yīng)商等。本報(bào)告主要研究的IP行業(yè)就處在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的上游。產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括EDA工具與IP、設(shè)計(jì)服務(wù)、半導(dǎo)體加工設(shè)備和材料等；中游是狹義上的半導(dǎo)體行業(yè)，即芯片設(shè)計(jì)、制造和封裝測(cè)試環(huán)節(jié)；下游則是終端系統(tǒng)廠商，負(fù)責(zé)系統(tǒng)集成，利用芯片產(chǎn)品生產(chǎn)出電子設(shè)備。

根據(jù)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)三次轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，芯片設(shè)計(jì)公司需要快速響應(yīng)市場(chǎng)，并滿足其芯片產(chǎn)品的低成本、低風(fēng)險(xiǎn)、敏捷設(shè)計(jì)的需求。 目前集成電路產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展期，智慧物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G等新興產(chǎn)業(yè)的涌現(xiàn)推動(dòng)著先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的快速發(fā)展，同時(shí)也驅(qū)使著芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的快速升級(jí)。產(chǎn)業(yè)升級(jí)帶來成本、風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)計(jì)難度等的提升，促使產(chǎn)業(yè)鏈按專業(yè)來分工細(xì)化，推動(dòng)了輕設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)模式的發(fā)展。集成電路產(chǎn)業(yè)具有從Fabless模式向輕設(shè)計(jì)模式轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)。

輕設(shè)計(jì)（Design-Lite）是芯原通過觀察全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)第三次轉(zhuǎn)移以及集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)的歷程，總結(jié)出來的芯片設(shè)計(jì)公司的新運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)。與目前相對(duì)“重設(shè)計(jì)”的Fabless模式不同， 在輕設(shè)計(jì)模式下，芯片設(shè)計(jì)公司將專注于芯片定義、芯片架構(gòu)、軟件/算法，以及市場(chǎng)營(yíng)銷等，將芯片前端和后端設(shè)計(jì)，量產(chǎn)管理等全部或部分外包給設(shè)計(jì)服務(wù)公司，以及更多地采用半導(dǎo)體IP，減少運(yùn)營(yíng)支出，實(shí)現(xiàn)輕量化運(yùn)營(yíng)。輕設(shè)計(jì)時(shí)代，半導(dǎo)體IP成為新的核心要素。

技術(shù)視角：EDA軟件與硬件相互促進(jìn)，電子化使IP復(fù)用成為可能

半導(dǎo)體IP是EDA發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，沒有電子化的芯片設(shè)計(jì)就沒有可復(fù)用的IP。先進(jìn)EDA工具輔助工程師設(shè)計(jì)更復(fù)雜、更強(qiáng)大的IC芯片，而更復(fù)雜的芯片又可以支持運(yùn)行更先進(jìn)的EDA軟件，芯片設(shè)計(jì)行業(yè)就在這樣的正向反饋中不斷發(fā)展。而要設(shè)計(jì)足夠復(fù)雜的芯片，就必須要有足夠的IP儲(chǔ)備，沒有可利用的IP會(huì)讓芯片設(shè)計(jì)任務(wù)難以完成。為了直觀感受芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜度以及EDA和IP的重要性，并且了解EDA/IP與集成電路相互促進(jìn)的發(fā)展關(guān)系，我們不妨選取集成電路發(fā)展史上幾個(gè)典型案例來進(jìn)行觀察。

1958年，Jack Kilby發(fā)明了世界上第一個(gè)集成電路，這是一個(gè)基于鍺的移相振蕩器，其原理也十分簡(jiǎn)單，1959年獲得了名為“Method of Making Miniaturized Electronic Circuits”的美國(guó)專利，專利號(hào)US3261081。這個(gè)集成電路大小只有5*1.8*2.5cm（來源：National Museum of American History：Jack Kilby’s Integrated Circuit），利用當(dāng)時(shí)貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出的擴(kuò)散技術(shù)和物理氣相沉積（PVD）技術(shù)制作完成（手工涂上黑蠟作為掩模，從而形成電路圖案）。此后一段時(shí)間內(nèi)的集成電路不僅是手工設(shè)計(jì)，甚至制作也可以通過手工（借助非自動(dòng)設(shè)備）完成，因?yàn)?a target="_blank">晶體管數(shù)量少，設(shè)計(jì)并不復(fù)雜。顯而易見，此時(shí)并不存在也并不需要EDA和IP。

1971年，Intel發(fā)布了世界第一款商用微處理器4004。比4004稍早，Intel還發(fā)布了4001型DRAM、4002型ROM和4003型寄存器。4001、4002、4003再加上4004就可以組成一個(gè)初等的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。4004芯片最初是為Busicom公司設(shè)計(jì)，用于生產(chǎn)其141-PF型計(jì)算器。其封裝外部只有16個(gè)針腳，硅片大小只有3mm*4mm，包含約2250個(gè)晶體管，晶體管間距約10微米，主頻只有108kHz，能夠處理4bit數(shù)據(jù)運(yùn)算，支持8位指令集以及12位地址。

從原理圖中我們可以清晰地看出其邏輯門、SRAM單元等結(jié)構(gòu)，這意味著電路結(jié)構(gòu)仍然較為簡(jiǎn)單。而盡管還是如此原始的芯片，僅僅包含數(shù)千個(gè)晶體管，我們已經(jīng)可以從其Die Shot（集成電路內(nèi)核照片）、掩膜、電路原理圖中感受到其復(fù)雜性。在這一階段，電路雖然比原始時(shí)期更加復(fù)雜，但仍然在人手工設(shè)計(jì)能力范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)時(shí)通常采用人工設(shè)計(jì)集成電路圖形，完成布線。此時(shí)已出現(xiàn)了光刻機(jī)，但掩模刻畫還需要手工完成。

20世紀(jì)80年代則出現(xiàn)了CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程），除了制圖以外，還假如了電路功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能，能夠繪制電路原理圖，并進(jìn)行自動(dòng)布線和邏輯仿真。同時(shí)，這十年中較為重要的變化是出現(xiàn)了HDL（硬件描述語言），工程師可以用代碼對(duì)集成電路功能進(jìn)行描述，由軟件將電路的邏輯自動(dòng)轉(zhuǎn)換成邏輯門和晶體管的結(jié)構(gòu)，而不必完全依賴圖形?，F(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的Verilog HDL和VHDL分別出現(xiàn)在1983和1982年。（來源：立鼎產(chǎn)業(yè)研究中心）。同時(shí)許多重要的EDA公司也在這十年間成立，例如1986年成立的Synopsys、1988年由兩家公司合并而成的Cadence、1981年成立的Mentor Graphics等。

20世紀(jì)90年代，EDA工具進(jìn)入成熟期，功能基本完善，從前端的代碼綜合到后端的布局布線、邏輯分析再到掩膜版圖形的生成都可以完成。這十年中，隨著EDA工具的成熟，IP核產(chǎn)業(yè)也初步形成。1990年，ARM處理器設(shè)計(jì)部門從ARM公司中獨(dú)立出來，獨(dú)立后的ARM不再生產(chǎn)處理器，而是進(jìn)行IP授權(quán)，這種模式來自于對(duì)MOS Technology的學(xué)習(xí)。1994年Motorola發(fā)布的Flex Core系統(tǒng)（用來制作基于68000和PowerPC的定制微處理器）和1995年LSILogic公司為Sony公司設(shè)計(jì)的SoC，可能是基于IP（Intellectual Property）核完成SoC設(shè)計(jì)的最早報(bào)導(dǎo)（來源：電子工程世界）。1996年，世界上最早的IP核標(biāo)準(zhǔn)組織VSIA成立，隨后日本IPTC、韓國(guó)SIPAC等類似組織也先后成立。

這一階段推出的芯片晶體管數(shù)量已經(jīng)大大增加，例如1993年Intel推出的初代Pentium處理器使用的P5微架構(gòu)已經(jīng)使用了0.6微米制程，晶體管數(shù)量310萬個(gè)，是4004的1378倍；2000年P(guān)entium 4處理器使用的Willamette微架構(gòu)進(jìn)化到180nm制程，有4200萬個(gè)晶體管，是P5的13.55倍；2006年的雙核core處理器則使用了65nm制程，2.91億個(gè)晶體管；而如今第十代酷睿架構(gòu)ice lake已經(jīng)采用了10nm制程，一個(gè)4核+64EU（核芯顯卡處理單元）的芯片里具有46億個(gè)晶體管，相當(dāng)于P5的1484倍。到了這一階段，芯片復(fù)雜度已經(jīng)遠(yuǎn)超人腦的掌控范圍，沒有高效的EDA工具以及經(jīng)過驗(yàn)證的IP核，芯片設(shè)計(jì)工作幾乎不可能完成。

行業(yè)知名公司：IP行業(yè)ARM、Synopsys領(lǐng)頭，其他設(shè)計(jì)公司也提供IP

半導(dǎo)體與芯片設(shè)計(jì)與IP行業(yè)經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展，已經(jīng)產(chǎn)生大量代表性公司，根據(jù)公司主營(yíng)業(yè)務(wù)的不同大致可以分為幾類。這些主營(yíng)業(yè)務(wù)不同的公司IP來源往往也有所不同。IP的來源主要有四大類，分別是芯片設(shè)計(jì)公司自身積累、代工廠的積累、專業(yè)的IP公司和EDA廠商。目前業(yè)內(nèi)公司基本覆蓋了四大類型，其中代工廠提供的IP較少，其他三類較多。

主營(yíng)IP業(yè)務(wù)且比較知名的包括ARM、Synopsys、Cadence、CEVA等公司，ARM占據(jù)移動(dòng)端處理器IP市場(chǎng)90%以上，占據(jù)整個(gè)IP市場(chǎng)40%以上；Synopsys在各類接口芯片IP市場(chǎng)排名第一，例如USB、PCIe接口等；Cadence經(jīng)過數(shù)次并購，并結(jié)合自家EDA軟件，也成為IP領(lǐng)域一個(gè)主要玩家；CEVA則是DSP IP領(lǐng)域強(qiáng)勢(shì)廠商，從1991年開始研發(fā)DSP IP，2010年DSP IP市場(chǎng)占有率達(dá)到78%。其他還有諸如GPU領(lǐng)域的Imagination、提供DRAM接口IP的Rambus、主營(yíng)非易失性存儲(chǔ)IP的eMemory和SST等公司。

其他諸如智原等公司雖然也有IP，但主業(yè)是芯片設(shè)計(jì)服務(wù)，與芯原的一站式芯片定制服務(wù)較為類似。此外一些半導(dǎo)體領(lǐng)域成熟芯片設(shè)計(jì)公司也提供IP，例如Xilinx、Broadcom、Microchip、聯(lián)發(fā)科等。具體產(chǎn)品比如Xilinx的MicroBlaze軟核處理器等。

半導(dǎo)體IP行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈壁壘到底在哪

IP的必要性：構(gòu)建芯片大廈的磚瓦，加速芯片設(shè)計(jì)的合作方式

雖然隨著工藝的進(jìn)步，單個(gè)晶體管的生產(chǎn)成本不斷下降，但涉及復(fù)雜度的增加還是使得芯片設(shè)計(jì)成本逐漸提高。根據(jù)IBS報(bào)告，以先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)處于主流應(yīng)用時(shí)期的設(shè)計(jì)成本為例，工藝節(jié)點(diǎn)為28nm時(shí)，單顆芯片設(shè)計(jì)成本約為0.41億美元，而工藝節(jié)點(diǎn)為7nm時(shí)，設(shè)計(jì)成本則快速升至約2.22億美元。即使工藝節(jié)點(diǎn)達(dá)到成熟應(yīng)用時(shí)期，設(shè)計(jì)成本大幅度下降的前提下，相較同一應(yīng)用時(shí)期的上一代先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)，仍存在顯著提升。較高的設(shè)計(jì)成本，給芯片設(shè)計(jì)公司帶來了較大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

自上世紀(jì)90年代起，晶圓廠如臺(tái)積電、聯(lián)電等的發(fā)展，帶動(dòng)了整個(gè)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)的發(fā)展。晶圓廠專業(yè)化和規(guī)模化的生產(chǎn)代工服務(wù)能力，可大幅降低芯片設(shè)計(jì)公司的固定成本開支，這種輕資產(chǎn)的模式降低了企業(yè)進(jìn)入的門檻，并增加了企業(yè)設(shè)計(jì)的靈活性和市場(chǎng)反應(yīng)速度。

近幾年，全球排名前十的芯片設(shè)計(jì)公司的研發(fā)費(fèi)用占營(yíng)業(yè)收入比例大多維持在20%-30%。 隨著產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，集成電路設(shè)計(jì)的成本和難度還將不斷加大，要求企業(yè)具有更高的利潤(rùn)以支撐研發(fā)。輕設(shè)計(jì)的模式可大幅降低芯片設(shè)計(jì)公司的運(yùn)營(yíng)成本，使其得以專注于自身核心競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展，如市場(chǎng)需求挖掘、產(chǎn)品定義、差異化實(shí)現(xiàn)、精準(zhǔn)營(yíng)銷等。

同時(shí)，隨著芯片復(fù)雜度的逐漸增加，同樣大小的芯片內(nèi)部容納的晶體管數(shù)量越來越多，芯片內(nèi)部包含的功能也越來越多。以最常見的手機(jī)SoC為例，其中包含了CPU、GPU、RAM、基帶、射頻前端模塊、調(diào)制解調(diào)器、ISP、NPU、DSP等諸多模塊。這些模塊如果都從頭開發(fā)，將耗費(fèi)巨量的時(shí)間和資金，使得產(chǎn)品開發(fā)變得不現(xiàn)實(shí)。

綜上所述，先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)在提高芯片單位面積性能、降低單位成本的同時(shí)，也提升了芯片的設(shè)計(jì)成本和設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。高成本、高風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)投入使芯片設(shè)計(jì)公司在研發(fā)先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的芯片產(chǎn)品時(shí)，需要有大規(guī)模的產(chǎn)銷量支撐來平攤生產(chǎn)成本。芯片設(shè)計(jì)公司面臨生產(chǎn)制造協(xié)同能力以及運(yùn)營(yíng)和市場(chǎng)管理能力的更高挑戰(zhàn)，其設(shè)計(jì)工程師也將需要具備更多更廣的專業(yè)技能、先進(jìn)且扎實(shí)的設(shè)計(jì)實(shí)施能力。 由于具備上述完備能力的企業(yè)較少，為降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和成本，芯片設(shè)計(jì)公司越來越多地尋求專業(yè)化的一站式芯片定制服務(wù)和使用經(jīng)過驗(yàn)證的半導(dǎo)體IP。

半導(dǎo)體IP就像建筑行業(yè)中的磚瓦和預(yù)制板，有了這些已經(jīng)制作好的材料，就可以很快搭建起一棟建筑；或者可以認(rèn)為IP是建筑設(shè)計(jì)圖，設(shè)計(jì)者利用這些現(xiàn)有的建筑設(shè)計(jì)圖稍作修改，再加上自行設(shè)計(jì)的地下管線等結(jié)構(gòu)，就可以迅速設(shè)計(jì)出一座城市。這種站在巨人肩膀上的思維在各行各業(yè)都有應(yīng)用，比如游戲中場(chǎng)景的搭建往往也需要用到第三方供應(yīng)商提供的素材，游戲開發(fā)商只需在現(xiàn)有素材的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整與修改即可，如此可以大大加快游戲開發(fā)節(jié)奏。

半導(dǎo)體行業(yè)最佳案例就是移動(dòng)端SoC。用在前代華為旗艦Mate 20系列上的麒麟980芯片就是IP必要性的體現(xiàn)。麒麟980芯片中利用了4個(gè)ARM提供的Cortex-A76作為CPU大核，負(fù)責(zé)高性能計(jì)算，還有4個(gè)Cortex-A55小核用于低功耗日常任務(wù)計(jì)算，此外還有10個(gè)同樣由ARM提供的Mali GPU核心，對(duì)于視頻、游戲等應(yīng)用至關(guān)重要。從Die Shot中我們可以看到，ARM提供的IP核占據(jù)了麒麟980芯片相當(dāng)大的面積，也為其提供了核心功能。此處完全體現(xiàn)了IP對(duì)于芯片設(shè)計(jì)的作用。此外，Die Shot顯示，麒麟980芯片中的Mali GPU核具有兩種不同的布局形式，分為L(zhǎng)ayout1和Layout2，這是因?yàn)镮P核具有靈活性，可以適應(yīng)芯片設(shè)計(jì)廠商的不同需求。

IP核通?？梢苑譃檐浐?、硬核和固核，其中軟核是用硬件描述語言（HDL）形式提供給用戶的代碼文件，通常經(jīng)過一定的設(shè)計(jì)優(yōu)化和功能驗(yàn)證，但不包含任何關(guān)于芯片的物理信息（例如使用特定代工廠的工藝、制程等），客戶可以靈活調(diào)整進(jìn)行二次開發(fā)設(shè)計(jì)；硬核則是已經(jīng)完成物理層面設(shè)計(jì)的IP核，幾乎每個(gè)晶體管的布局和工藝參數(shù)都已經(jīng)確定，并且已經(jīng)經(jīng)過工藝驗(yàn)證，其提供給客戶的形式是電路掩模版圖和全套工藝文件，客戶不必進(jìn)行任何改動(dòng)就可以直接使用，但靈活性較差，如客戶需要升級(jí)到新的先進(jìn)制程往往需要進(jìn)行大規(guī)模調(diào)校；固核則介于軟核和硬核之間，在軟核的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行了門級(jí)電路綜合和時(shí)序仿真等環(huán)節(jié)，通常以網(wǎng)表文件（一種描述了器件間連接關(guān)系的文本文件）的形式提供給用戶?？蛻暨x用不同類型的IP核，就可以進(jìn)行不同程度的調(diào)整，從而可以靈活而又快捷地進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)。

深度嵌入軟硬件生態(tài)，產(chǎn)品體系構(gòu)建護(hù)城河

IP行業(yè)通常存在兩大類壁壘，其中在消費(fèi)者相關(guān)的市場(chǎng)，軟硬件生態(tài)起到?jīng)Q定性作用，兼容現(xiàn)有生態(tài)是先決條件，而后才是性能等因素的比拼；而在諸多消費(fèi)者不直接可見的領(lǐng)域，軟硬件生態(tài)提供的壁壘就十分有限，更多考量IP本身的性能、易用性、產(chǎn)品線全面性、服務(wù)質(zhì)量等因素。

IP行業(yè)最大的壁壘就是軟硬件生態(tài)規(guī)模壁壘，當(dāng)一套軟硬件生態(tài)體系占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位后，后來者往往無法在同一領(lǐng)域?qū)ζ錁?gòu)成挑戰(zhàn) 。IT行業(yè)普遍存在贏者通吃的現(xiàn)象，不論軟件領(lǐng)域還是硬件領(lǐng)域都是如此。應(yīng)用軟件行業(yè)的贏者通吃通常有網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)等原因，具有明顯的規(guī)模效應(yīng)，導(dǎo)致領(lǐng)先者形成正反饋，最終壟斷市場(chǎng)，后進(jìn)入者由于難以突破用戶規(guī)模的壁壘，通常難以在同一領(lǐng)域形成競(jìng)爭(zhēng)，所以應(yīng)用軟件領(lǐng)域往往同一類型的軟件只有少量巨頭，除非有政治壁壘等不可控因素，除了龍頭玩家以外，其他企業(yè)往往處境艱難。操作系統(tǒng)軟件通常形成的壟斷格局則主要是因?yàn)樾纬闪藨?yīng)用軟件生態(tài)。

而硬件行業(yè)形成該現(xiàn)象這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因通常是高額研發(fā)投入與技術(shù)領(lǐng)先性相互作用形成正反饋，因此半導(dǎo)體代工等行業(yè)往往只有少數(shù)寡頭。同時(shí)，由于硬件指令集與軟件存在兼容性問題，因此硬件壟斷特性又受到軟件壟斷效應(yīng)的強(qiáng)化，形成了牢不可破的軟硬件生態(tài)。例如Intel在2001年推出的Itanium處理器由于使用了IA-64指令集，與x86軟硬件生態(tài)不兼容，因而盡管在拋棄x86歷史包袱后性能大幅提升，最終銷量還是十分有限。IP行業(yè)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的上游，同樣適用這一規(guī)律，例如ARM IP與Android、iOS操作系統(tǒng)共同形成的軟硬件生態(tài)已經(jīng)占據(jù)壟斷地位，龐大的應(yīng)用軟件體系及其用戶群構(gòu)成了這一生態(tài)體系的護(hù)城河。

但同時(shí)也并非所有領(lǐng)域都受到軟硬件生態(tài)系統(tǒng)的影響，在一些零散且并非必須與全球用戶兼容的領(lǐng)域，IP產(chǎn)品線的全面性、易用性、及服務(wù)的周到便捷性、產(chǎn)品性能與穩(wěn)定性等都將成為影響勝負(fù)的因素。 這類市場(chǎng)通常分布在to B領(lǐng)域，其共同特征是不與廣大用戶或應(yīng)用軟件直接接觸，例如工控用到的MCU芯片、消費(fèi)電子中的電源管理芯片、指紋識(shí)別芯片、各類軍用與民用場(chǎng)景中的DSP芯片、各類接口芯片等。舉例來說，在這一領(lǐng)域，Synopsys提供的接口芯片十分具有競(jìng)爭(zhēng)力，例如USB、PCIe、HDMI、以太網(wǎng)接口等。Synopsys由于占據(jù)EDA工具供應(yīng)商的便利，并且提供的IP種類十分全面，可以為客戶提供一站式解決服務(wù)，因而具有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。

半導(dǎo)體 IP 行業(yè)的市場(chǎng)空間怎么看

IP行業(yè)的市場(chǎng)空間與芯片設(shè)計(jì)行業(yè)高度相關(guān)，而芯片設(shè)計(jì)行業(yè)又與整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)高度相關(guān)。因此，可以從集成電路產(chǎn)業(yè)入手，逐級(jí)細(xì)化，分別分析全球與中國(guó)IP行業(yè)的市場(chǎng)空間。

全球IP市場(chǎng)：IC設(shè)計(jì)市場(chǎng)十年復(fù)合增長(zhǎng)率10.03%，處理器IP占比過半

IC及其設(shè)計(jì)行業(yè)：IC市場(chǎng)規(guī)模超過3000億美元，IC設(shè)計(jì)市場(chǎng)突破千億美元

隨著超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的發(fā)展，集成電路設(shè)計(jì)步入SoC時(shí)代，設(shè)計(jì)變得日益復(fù)雜。為了加快產(chǎn)品上市時(shí)間，以IP復(fù)用、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)和超深亞微米/納米級(jí)設(shè)計(jì)為技術(shù)支撐的SoC已成為當(dāng)今超大規(guī)模集成電路的主流方向，當(dāng)前國(guó)際上絕大部分SoC都是基于多種不同IP組合進(jìn)行設(shè)計(jì)的，IP在集成電路設(shè)計(jì)與開發(fā)工作中已是不可或缺的要素。

與此同時(shí)，隨著先進(jìn)制程的演進(jìn)，線寬的縮小使得芯片中晶體管數(shù)量大幅提升，使得單顆芯片中可集成的IP數(shù)量也大幅增加。 根據(jù)IBS報(bào)告，以28nm工藝節(jié)點(diǎn)為例，單顆芯片中已可集成的IP數(shù)量為87個(gè)。當(dāng)工藝節(jié)點(diǎn)演進(jìn)至7nm時(shí)，可集成的IP數(shù)量達(dá)到178個(gè)。單顆芯片可集成IP數(shù)量增多為更多IP在SoC中實(shí)現(xiàn)可復(fù)用提供新的空間，從而推動(dòng)半導(dǎo)體IP市場(chǎng)進(jìn)一步發(fā)展。

目前，IP行業(yè)規(guī)模雖然并不大，但其居于產(chǎn)業(yè)鏈上游，對(duì)全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新具有重要作用，能夠帶動(dòng)大量下游行業(yè)發(fā)展。根據(jù)Synopsys援引ESD Alliance、IPnest等組織的數(shù)據(jù)，2019年EDA與IP行業(yè)規(guī)模合計(jì)108億美元，而其下游包括嵌入式軟件、半導(dǎo)體代工、電子系統(tǒng)等產(chǎn)業(yè)，規(guī)模在萬億美元級(jí)別。

IBS數(shù)據(jù)顯示，半導(dǎo)體IP市場(chǎng)將從2018年的46億美元增長(zhǎng)至2027年的101億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為9.13%。其中處理器IP市場(chǎng)預(yù)計(jì)在2027年達(dá)到62.55億美元，2018年為26.20億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為10.15%；數(shù)?；旌螴P市場(chǎng)預(yù)計(jì)在2027年達(dá)到13.32億美元，2018年為7.25億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為6.99%；射頻IP市場(chǎng)預(yù)計(jì)在2027年達(dá)到11.24億美元，2018年為5.42億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為8.44%。

按照2018全球IP行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模與芯片設(shè)計(jì)行業(yè)規(guī)模的比例來看，IP在芯片設(shè)計(jì)整體營(yíng)收中占比4.04%。未來隨著IP使用量的提高，該比例可能有所提高。

未來發(fā)展方面，目前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入繼個(gè)人電腦和智能手機(jī)后的下一個(gè)發(fā)展周期，其最主要的變革力量源自于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)和5G通信等新應(yīng)用的興起。根據(jù)IBS報(bào)告，這些應(yīng)用驅(qū)動(dòng)著半導(dǎo)體市場(chǎng)將在2030年達(dá)到10，527.20億美元，而2019年為4，008.81億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為9.17％。就具體終端應(yīng)用而言，無線通信為最大市場(chǎng)，其中智能手機(jī)是關(guān)鍵產(chǎn)品；而包括電視、視聽設(shè)備和虛擬家庭助理在內(nèi)的消費(fèi)類應(yīng)用，為智能家居物聯(lián)網(wǎng)提供了主要發(fā)展機(jī)會(huì)；此外，汽車電子市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)，并以自動(dòng)駕駛、下一代信息娛樂系統(tǒng)為主要發(fā)展方向。

規(guī)劃方面，根據(jù)IBS統(tǒng)計(jì)，全球規(guī)劃中的芯片設(shè)計(jì)項(xiàng)目涵蓋有從250nm及以上到5nm及以下的各個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)，因此晶圓廠的各產(chǎn)線都仍存在一定的市場(chǎng)需求，使得相關(guān)設(shè)計(jì)資源如半導(dǎo)體IP可復(fù)用性持續(xù)存在。28nm以上的成熟工藝占據(jù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的主要份額，含28nm在內(nèi)的更先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)占比雖小但呈現(xiàn)出了穩(wěn)步增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

中國(guó)在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模中占比超過 50%，自給率穩(wěn)步提升

中國(guó)擁有全球最大的電子產(chǎn)品生產(chǎn)及消費(fèi)市場(chǎng)，因此對(duì)集成電路產(chǎn)生了巨大的需求。IC Insights的數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)集成電路市場(chǎng)規(guī)模由2008年的510億美元增長(zhǎng)至2018年的1，570億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為11.90%。未來中國(guó)的集成電路消費(fèi)將隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G等新興產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展而持續(xù)增加。面對(duì)集成電路的巨大需求，國(guó)產(chǎn)集成電路的供給嚴(yán)重不足。2018年國(guó)產(chǎn)集成電路規(guī)模僅占中國(guó)集成電路市場(chǎng)規(guī)模的15.40%。由此表明，中國(guó)集成電路市場(chǎng)自給率偏低，對(duì)于進(jìn)口的依賴程度較高。

根據(jù)IBS報(bào)告，中國(guó)在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模中占比超過50%，并呈持續(xù)擴(kuò)大趨勢(shì)。2019年中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模為2，121.86億美元，占全球市場(chǎng)的52.93％；預(yù)計(jì)到2030年，中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到6，212.10億美元，占全球市場(chǎng)高達(dá)59.01％，其中中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)的年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)10.26%。這不僅因?yàn)橹袊?guó)是全球最大的電子設(shè)備生產(chǎn)基地，還因?yàn)橹袊?guó)的半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)環(huán)境正在快速升級(jí)，并在5G、自動(dòng)駕駛、人工智能和智慧物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域先發(fā)布局。2018年中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)自給率12.2%，預(yù)計(jì)2027年有望達(dá)到31.2%，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有較大發(fā)展空間。

芯片設(shè)計(jì)市場(chǎng)方面，我國(guó)的集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起點(diǎn)較低，但依靠著巨大的市場(chǎng)需求和良好的產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境等有利因素，已成為全球集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的新生力量。從產(chǎn)業(yè)規(guī)模來看，我國(guó)大陸集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)銷售規(guī)模從2013年的809億元增長(zhǎng)至2018年的2，519億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為25.50%。

從全球地域分布分析，集成電路設(shè)計(jì)市場(chǎng)供應(yīng)集中度非常高。根據(jù)IC Insights的報(bào)告顯示，2018年美國(guó)集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)銷售額占全球集成電路設(shè)計(jì)業(yè)的68%，排名全球第一；中國(guó)臺(tái)灣、中國(guó)大陸的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)的銷售額占比分別為16%和13%，分列二、三位。與2010年時(shí)中國(guó)大陸本土的芯片設(shè)計(jì)公司的銷售額僅占全球的5%的情況相比，中國(guó)大陸的集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)已取得較大進(jìn)步，并正在逐步發(fā)展壯大。

從產(chǎn)業(yè)鏈分工角度分析，隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，芯片設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)三個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中游環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)也在不斷變化。2015年以前，芯片封測(cè)環(huán)節(jié)一直是產(chǎn)業(yè)鏈中規(guī)模占比最高的子行業(yè)，從2016年起，我國(guó)集成電路芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)規(guī)模占比超過芯片封測(cè)環(huán)節(jié)，成為三大環(huán)節(jié)中占比最高的子行業(yè)。

中國(guó)大陸已是全球最大的電子設(shè)備生產(chǎn)基地，因此也成為了集成電路器件最大的消費(fèi)市場(chǎng)，而且其需求增速持續(xù)旺盛。根據(jù)IBS統(tǒng)計(jì)，2018年中國(guó)消費(fèi)了全球53.27%的半導(dǎo)體元器件，預(yù)計(jì)到2027年中國(guó)將消費(fèi)全球62.85%的半導(dǎo)體元器件。強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求促使全球產(chǎn)能中心逐漸轉(zhuǎn)移到中國(guó)大陸，進(jìn)而擴(kuò)大了大陸集成電路整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模。根據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，2017~2020年，62座新晶圓廠將投入運(yùn)營(yíng)，其中26座在中國(guó)大陸，占比42%。

隨著中國(guó)芯片制造及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，本土產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，為中國(guó)的初創(chuàng)芯片設(shè)計(jì)公司提供了國(guó)內(nèi)晶圓制造支持，加上產(chǎn)業(yè)資金和政策的支持，以及人才的回流，中國(guó)的芯片設(shè)計(jì)公司數(shù)量快速增加。ICCAD公布的數(shù)據(jù)顯示，自2016年以來，我國(guó)芯片設(shè)計(jì)公司數(shù)量大幅提升，2015年僅為736家，2019年則增長(zhǎng)至1，780家，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為24.71%。

由于中國(guó)大陸芯片設(shè)計(jì)公司的不斷崛起，本土設(shè)計(jì)項(xiàng)目在全球設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的占比不斷增高。根據(jù)IBS報(bào)告，2018年中國(guó)芯片設(shè)計(jì)公司規(guī)劃中的設(shè)計(jì)項(xiàng)目數(shù)為1，797項(xiàng)，該數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)將于2027年達(dá)到3，232項(xiàng)，年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為6.74%，而同期全球規(guī)劃項(xiàng)目總數(shù)年均復(fù)合增長(zhǎng)率僅為1.28%，甚至在去掉中國(guó)后，將從2018年的7502項(xiàng)減少到2027年的7184項(xiàng)。

綜合各方面來看，中國(guó)IP行業(yè)發(fā)展速度與成長(zhǎng)空間都比較良好。中國(guó)IC設(shè)計(jì)行業(yè)過去十年復(fù)合增長(zhǎng)率25.5%遠(yuǎn)高于世界平均水平10.03%，并且中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中芯片設(shè)計(jì)收入占比不斷提高，公司數(shù)量近五年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)24.71%，規(guī)劃中的設(shè)計(jì)項(xiàng)目數(shù)量增速也顯著高于全球其他地區(qū)。此外結(jié)合芯片設(shè)計(jì)行業(yè)IP運(yùn)用量越來越大的情況，中國(guó)半導(dǎo)體IP行業(yè)成長(zhǎng)空間更加廣闊。

FinFET和FD-SOI齊頭并進(jìn)，Chiplet和開放指令集促進(jìn)革新

技術(shù)趨勢(shì)與市場(chǎng)空間同樣重要，企業(yè)能否跟隨甚至引領(lǐng)技術(shù)趨勢(shì)決定了其未來發(fā)展。而近年來，對(duì)IP行業(yè)影響最大的三個(gè)技術(shù)趨勢(shì)分別是新晶體管結(jié)構(gòu)（FinFET/FD-SOI）、Chiplet和開放指令集。

新晶體管結(jié)構(gòu)：FinFET小巧快速，F(xiàn)D-SOI穩(wěn)定節(jié)能

當(dāng)晶體管尺寸縮小到一定程度，短溝道效應(yīng)變得十分明顯，柵極對(duì)晶體管開關(guān)狀態(tài)的控制力不足，漏電流變得難以控制，晶體管的進(jìn)一步微縮遇到了障礙，傳統(tǒng)的平面晶體管結(jié)構(gòu)與體硅工藝技術(shù)（Bulk Si）無法進(jìn)一步突破，持續(xù)幾十年的摩爾定律有失效的風(fēng)險(xiǎn)。

為繼續(xù)延續(xù)摩爾定律的演進(jìn)，兩種集成電路新工藝節(jié)點(diǎn)技術(shù)的誕生打破了技術(shù)瓶頸，分別是FinFET和FD-SOI。這兩種技術(shù)都是晶體管進(jìn)一步縮小所需要發(fā)展的核心手段。FinFET稱為鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，因其外觀凸起，類似魚類的背鰭。FinFET又稱為三柵極晶體管，柵極從三面把導(dǎo)電溝道包圍起來，如同有三個(gè)柵極同步控制溝道，因而得名。這一技術(shù)大大增強(qiáng)了柵極對(duì)溝道的控制力，已成為如今先進(jìn)數(shù)字電路的首選設(shè)計(jì)。FD-SOI全稱Fully Depleted Silicon On Insulator，全耗盡型絕緣體上硅，導(dǎo)電溝道極薄，下層為絕緣體，能夠抑制漏電流。

兩種技術(shù)相比較而言，F(xiàn)inFET相對(duì)具有更高的集成度和較快的速度，適合高性能以及大規(guī)模計(jì)算的產(chǎn)品；FD-SOI相對(duì)具有更好的模擬和射頻性能，更低的軟錯(cuò)誤率，更優(yōu)的能耗比，適合高性能射頻芯片、物聯(lián)網(wǎng)以及可穿戴設(shè)備等對(duì)功耗要求較高的產(chǎn)品。

Chiplet技術(shù)：預(yù)期2024年市場(chǎng)規(guī)模58億美元，多核處理器成本可降低50%

隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜度不斷提升。Chiplet（小芯片組）是一種可平衡計(jì)算性能與成本，提高設(shè)計(jì)靈活度，且提升IP模塊經(jīng)濟(jì)性和復(fù)用性的新技術(shù)之一。Chiplet實(shí)現(xiàn)原理如同搭積木一樣，把一些預(yù)先在工藝線上生產(chǎn)好的實(shí)現(xiàn)特定功能的芯片裸片，通過先進(jìn)的集成技術(shù)（如3D集成等）集成封裝在一起，從而形成一個(gè)系統(tǒng)芯片。Chiplet的實(shí)現(xiàn)開啟了IP的新型復(fù)用模式，即硅片級(jí)別的IP復(fù)用。

不同功能的IP，如CPU、存儲(chǔ)器、模擬接口等，可靈活選擇不同的工藝分別進(jìn)行生產(chǎn)，從而可以靈活平衡計(jì)算性能與成本，實(shí)現(xiàn)功能模塊的最優(yōu)配臵而不必受限于晶圓廠工藝。Chiplet的發(fā)展演進(jìn)為IP供應(yīng)商，尤其是具有芯片設(shè)計(jì)能力的IP供應(yīng)商，拓展了商業(yè)靈活性和發(fā)展空間。

根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，2018年全球Chiplet市場(chǎng)規(guī)模為6.45億美元，預(yù)計(jì)2024年市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)58億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率可達(dá)44%，并且有望逐漸擴(kuò)展到整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)。

目前，Chiplet技術(shù)已經(jīng)有大量應(yīng)用，比如AMD Zen架構(gòu)之后的產(chǎn)品通常都采用了Chiplet的方式，Zen 2系列更是全系列采用Chiplet技術(shù)；Intel Spring Crest神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片以及Lake Field異構(gòu)計(jì)算芯片等也都采用了Chiplet技術(shù)。

根據(jù)AMD測(cè)算，采用Chiplet后由于單個(gè)芯粒面積縮小，良率有明顯提升，成本明顯下降。對(duì)于多核處理器來說，大量核心都可以采用可復(fù)用的小型模塊（Core Complex，CCX）來進(jìn)行復(fù)制，節(jié)約成本效果十分明顯，并且核心數(shù)量越多Chiplet技術(shù)的作用就越大。

RISC-V支持者眾多，MIPS/PowerPC積淀深厚

隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜度不斷提升。Chiplet（小芯片組）是一種可平衡計(jì)算性能與成本，提高設(shè)計(jì)靈活度，且提升IP模塊經(jīng)濟(jì)性和復(fù)用性的新技術(shù)之一。Chiplet實(shí)現(xiàn)原理如同搭積木一樣，把一些預(yù)先在工藝線上生產(chǎn)好的實(shí)現(xiàn)特定功能的芯片裸片，通過先進(jìn)的集成技術(shù)（如3D集成等）集成封裝在一起，從而形成一個(gè)系統(tǒng)芯片。

Chiplet的實(shí)現(xiàn)開啟了IP的新型復(fù)用模式，即硅片級(jí)別的IP復(fù)用。不同功能的IP，如CPU、存儲(chǔ)器、模擬接口等，可靈活選擇不同的工藝分別進(jìn)行生產(chǎn)，從而可以靈活平衡計(jì)算性能與成本，實(shí)現(xiàn)功能模塊的最優(yōu)配臵而不必受限于晶圓廠工藝。Chiplet的發(fā)展演進(jìn)為IP供應(yīng)商，尤其是具有芯片設(shè)計(jì)能力的IP供應(yīng)商，拓展了商業(yè)靈活性和發(fā)展空間。

根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)，2018年全球Chiplet市場(chǎng)規(guī)模為6.45億美元，預(yù)計(jì)2024年市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)58億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率可達(dá)44%，并且有望逐漸擴(kuò)展到整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)。

目前，Chiplet技術(shù)已經(jīng)有大量應(yīng)用，比如AMD Zen架構(gòu)之后的產(chǎn)品通常都采用了Chiplet的方式，Zen 2系列更是全系列采用Chiplet技術(shù)；Intel Spring Crest神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片以及Lake Field異構(gòu)計(jì)算芯片等也都采用了Chiplet技術(shù)。

根據(jù)AMD測(cè)算，采用Chiplet后由于單個(gè)芯粒面積縮小，良率有明顯提升，成本明顯下降。對(duì)于多核處理器來說，大量核心都可以采用可復(fù)用的小型模塊（Core Complex，CCX）來進(jìn)行復(fù)制，節(jié)約成本效果十分明顯，并且核心數(shù)量越多Chiplet技術(shù)的作用就越大。

開放指令集：RISC-V支持者眾多，MIPS/PowerPC積淀深厚

目前最主要的開放指令集是RISC-V，此外MIPS和PowerPC指令集也加入了開放陣營(yíng)。

RISC-V中的RISC是指精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（Reduced Instruction Set Computer），與復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（Complex Instruction Set Computer）相對(duì)。CISC提供各類復(fù)雜的高級(jí)指令，可以迅速完成一些復(fù)雜功能，如常用的x86指令集就是CISC體系的代表。CISC的復(fù)雜指令在計(jì)算能力稀缺的時(shí)期顯得十分有用，而隨著計(jì)算機(jī)能力的加強(qiáng)，CISC的弱點(diǎn)逐漸暴露，其指令不等長(zhǎng)，因而無法很好地利用流水線技術(shù)增加指令吞吐量；同時(shí)指令集中大部分都不常用，卻耗費(fèi)了很多電路資源。針對(duì)CISC的問題，人們提出了RISC的概念，只保留最基本最常用的指令，同時(shí)使指令等長(zhǎng)，手機(jī)芯片使用的ARM指令集就是RISC的典型代表。但如今CISC也逐漸吸取RISC的長(zhǎng)處，進(jìn)行指令解碼，形成等長(zhǎng)的微指令，RISC也吸取了部分復(fù)雜指令以提高效率，二者不再?zèng)芪挤置鳌?/p>

RISC-V的V表明這是第五代RISC指令集。歷代RISC指令集都與第一代RISC的提出者、圖靈獎(jiǎng)得主David Patterson密不可分。RISC-V也是David Patterson所屬研究團(tuán)隊(duì)的成員（Krste Asanovic等）研發(fā)的，于2010年發(fā)布，完全開源。2015年，RISC-V基金會(huì)成立，旨在聚合全球力量共同構(gòu)建RISC-V生態(tài)。到目前為止，業(yè)內(nèi)已經(jīng)有30多個(gè)基于RISC-V的開源CPU設(shè)計(jì)可供免費(fèi)學(xué)習(xí)和使用，已經(jīng)有越來越多的公司將RISC-V用在自己的芯片中，如西部數(shù)據(jù)、英偉達(dá)、華米等。未來RISC-V有望在物聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

中國(guó)在RISC-V的生態(tài)中地位較為重要，華為、中興等都是最高級(jí)別的國(guó)際會(huì)員。同時(shí)中國(guó)還成立了量大RISC-V聯(lián)盟，其中中國(guó)RISC-V聯(lián)盟（CRVIC）由芯原股份擔(dān)任首任理事長(zhǎng)單位，成員包括兆易創(chuàng)新、紫光展銳、晶晨半導(dǎo)體等；中國(guó)開放指令生態(tài)聯(lián)盟（CRVA）程艷包括北京大學(xué)、清華大學(xué)、華為、百度、騰訊、華米等高校和企業(yè)。

目前已有諸多企業(yè)發(fā)布了基于RISC-V的產(chǎn)品，例如阿里旗下平頭哥發(fā)布的玄鐵910、華米科技發(fā)布的可穿戴處理器“黃山一號(hào)”、紫光展銳的“春藤”系列等。

RISC-V的核心特點(diǎn)就是開源、輕量化、模塊化。輕量化是指RISC-V沒有太多歷史包袱，不必為了兼容性增加復(fù)雜度，設(shè)計(jì)過程較為簡(jiǎn)單，非常適合應(yīng)用于一些輕量級(jí)終端，例如智能手表等。而模塊化則是RISC-V相比其他主流指令集較為特殊的一點(diǎn)，RISC-V指令集可以分為諸多子模塊，采用該指令集的芯片不必實(shí)現(xiàn)所有指令，只需要實(shí)現(xiàn)最基本的整數(shù)指令集“I”系列即可，其他子集可以自行選擇是否實(shí)現(xiàn)。但同時(shí)這些特性也給RISC-V帶來了碎片化風(fēng)險(xiǎn)，未來可能存在兼容性問題。要解決這一問題，RISC-V生態(tài)迫切需要一個(gè)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。

另一個(gè)業(yè)內(nèi)著名的精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)MIPS，于2018年底宣布開放其指令集架構(gòu)，并成立MIPS Open組織來管理和指導(dǎo)其發(fā)展和推廣。MIPS雖然開放指令集架構(gòu)較RISC-V有些晚，但由于其在工業(yè)界應(yīng)用的歷史較久，在網(wǎng)絡(luò)鏈接、車載芯片等某些領(lǐng)域有其比較成熟的應(yīng)用，擁有較完整的CPU指令集架構(gòu)方面的專利組合，因此它的指令集的開放也受到了業(yè)界的歡迎。

2019年8月，IBM開源了其PowerPC指令集架構(gòu)，并將Open Power Foundation轉(zhuǎn)移到Linux Foundation名下。PowerPC也是一種精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)的中央處理器，其歷史悠久，在服務(wù)器和高性能計(jì)算領(lǐng)域，是除了X86指令集之外的較好選擇?；赑owerPC的設(shè)計(jì)，因?yàn)橛邢鄬?duì)成熟的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和中間件支持，在金融和超級(jí)計(jì)算領(lǐng)域，目前仍占有一定的市場(chǎng)份額。

RISC-V、MIPS和PowerPC相繼開放其指令集架構(gòu)，由于三種指令集各有自己的特色和典型應(yīng)用領(lǐng)域，三者既有一定的競(jìng)爭(zhēng)，也可相互依存。這種前所未有的指令集開源模式，給芯片設(shè)計(jì)者帶來了廣泛的自由和選擇的機(jī)會(huì)，除了降低芯片的設(shè)計(jì)門檻，并從一定程度上降低芯片的設(shè)計(jì)成本之外，會(huì)給半導(dǎo)體工業(yè)帶來前所未有的發(fā)展活力，促進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重大創(chuàng)新和發(fā)展。

半導(dǎo)體 IP 行業(yè)的國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)格局情況如何

一直以來，全球半導(dǎo)體IP行業(yè)都主要被海外公司把持，對(duì)主要的IP公司進(jìn)行分析是十分有必要的。

全球前十IP供應(yīng)商：總體格局穩(wěn)定，市場(chǎng)由通用IP向?qū)Ｓ肐P轉(zhuǎn)型

最近十多年來，全球前十大IP供應(yīng)商有所變化，但格局大體保持穩(wěn)定。根據(jù)Gartner的統(tǒng)計(jì)，2012年，全球前三大供應(yīng)商分別是ARM、Synopsys和Imagination，其中ARM市占率40.1%，Synopsys市占率13.9%，Imagination市占率8.1%，當(dāng)年MIPS被Imagination收購，其市占率為3.8%。同年微芯科技（Microchip）旗下的Silicon Storage Technology（SST）收購了嵌入式存儲(chǔ)IP供應(yīng)商N(yùn)ovocell。

而到了2013年，Cadence收購了Tensilica與Cosmic Circuit等公司，直接從前十開外擠進(jìn)前四。2007年排名前十的非易失存儲(chǔ)IP供應(yīng)商Virage Logic于2010年被Synopsys收購，其產(chǎn)品主要包括SRAM、嵌入式NVM等。2007年另一家排名前十的Faraday Technology（智原科技）逐漸轉(zhuǎn)型做芯片設(shè)計(jì)服務(wù)，退出了IP供應(yīng)商前十行列。

此后，2013年排名第七的Sonics于2019年被Facebook收購（來源：Semico Research）。2013年排名第十的Vivante（圖芯科技）是華為K3V2處理器的GPU IP供應(yīng)商，于2016年被芯原收購。2018年初，Synopsys收購了2017年排名前十的非易失存儲(chǔ)IP供應(yīng)商Kilopass，用以擴(kuò)充其DesignWare IP庫。通過Synopsys 2010年收購Virage Logic與2018年收購Kilopass可以看出，Synopsys在強(qiáng)化其存儲(chǔ)領(lǐng)域的IP實(shí)例，力求占據(jù)IC全產(chǎn)業(yè)鏈IP覆蓋。

近年來，頭部?jī)杉腋窬质址€(wěn)定，而曾經(jīng)占據(jù)重要份額的Imagination在蘋果中斷合作后市場(chǎng)份額大幅下降。2017年?duì)I收增長(zhǎng)7倍的Achronix公司和并購了Vivante的芯原則成為了榜單上勢(shì)頭較為強(qiáng)勁的公司。

從前十總份額來看，出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。前一階段主要是由于智能手機(jī)浪潮，推動(dòng)ARM份額快速上升，硬件生態(tài)集中化。而近年來由于物聯(lián)網(wǎng)、Chiplet、開源指令集等新浪潮的出現(xiàn)，市場(chǎng)集中度下降，新公司進(jìn)入市場(chǎng)，為國(guó)產(chǎn)IP供應(yīng)商提供了新機(jī)會(huì)。

根據(jù)EE News Analog 2018年的分析，在排名前十的IP供應(yīng)商中，大部分廠商的營(yíng)收表現(xiàn)都在下降。其中Arm市場(chǎng)份額已經(jīng)連續(xù)兩年下滑。在2017年，ARM的營(yíng)收較之前一年下跌了6.8%。IPnest的Eric Esteve表示，造成這樣的結(jié)構(gòu)可能有多種原因。第一個(gè)原因是SoftBank收購后會(huì)計(jì)政策發(fā)生了變化。第二種可能性是RISC-V處理器內(nèi)核正在成為ARM處理器內(nèi)核的可靠替代品。同樣的下滑情況也出現(xiàn)在MIPS、Imagination、CEVA和Rambus這些老牌IP供應(yīng)商身上。

IPnest的負(fù)責(zé)人Eric Esteve表示，在2018年可以看到從通用IP（如CPU，DSP，基礎(chǔ)IP）轉(zhuǎn)向更多特定應(yīng)用IP的趨勢(shì)。 對(duì)于CPU或DSP來說尤其如此，我們可以從Synopsys和Cadence與ARM和Andes（晶心科技，嵌入式CPU IP供應(yīng)商）的對(duì)比中略見一斑。處理器和物理IP收入占總數(shù)的比例下降，但其他數(shù)字IP和互連IP則在增長(zhǎng)。具體到企業(yè)層面，這反映出ARM，Imagination和MIPS的市場(chǎng)份額正在受到擠壓。在高端，許可證持有者正在轉(zhuǎn)向架構(gòu)授權(quán)，以最大限度地降低許可費(fèi)用；在低端，RISC-V開源處理器許可正在獲得吸引力。同時(shí)在中間地帶，機(jī)器學(xué)習(xí)和其他來源提供的其他專業(yè)架構(gòu)越來越受歡迎。 綜上所述，雖然Arm仍然處在領(lǐng)先地位，但和巔峰時(shí)期相比已經(jīng)出現(xiàn)了明顯下降，Arm的市場(chǎng)占有率已經(jīng)從約50%下降至40.8%。

綜合以上企業(yè)主營(yíng)業(yè)務(wù)以及趨勢(shì)，我們可以對(duì)不同廠商的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行總結(jié)。其中經(jīng)常排名前十的Rambus主營(yíng)業(yè)務(wù)是DRAM相關(guān)IP，eMemory主營(yíng)業(yè)務(wù)是NVM相關(guān)IP，與芯原股份業(yè)務(wù)重合度較低。

國(guó)內(nèi)IP供應(yīng)商：EDA公司兼營(yíng)IP，芯動(dòng)科技、銳成芯微等穩(wěn)步發(fā)展

經(jīng)過近年來國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的直接上游也涌現(xiàn)出了一批IP公司。其中有EDA公司，例如華大九天、芯愿景等；也有專做設(shè)計(jì)和IP的公司，除了芯原股份之外還有銳成芯微、芯動(dòng)科技、和芯微電子（IP Goal）、蘇州國(guó)芯、華夏芯、芯啟源（corigine）、橙科微電子等；還有龍芯這類既做芯片又有IP授權(quán)的公司。
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