中兴事件爆发以后,国内半导体产业掀起了一股反思潮。无论是行业亲历者、资深专家甚至情感博主,都针对“中国缺芯”现状发表了洋洋洒洒的评论。辜勿论文章立论的对错,这种“全民谈芯”的境况,让很多业内人士高呼,中国半导体的时代终于要来临了。
 
但据记者观察得知,大家讨论的热点基本都是围绕着芯片、设备、制造和封测等多个方面,对于芯片上游非常重要的 IP 产业,反而关注不多。但其实这方面才是国内最需重视的一部分。因为没有 IP,基本就没有芯片。但国内在这方面的积累却非常薄弱。
 
IP 市场虽小,但非常重要
所谓 IP(Intellectual Property),是指在半导体集成电路设计中那些可以重复使用的、具有自主知识产权功能的设计模块,随着芯片集成技术的进步和市场需求特点的变化,IP 在集成电路设计中的重要性日益得到凸现,越来越多的集成电路设计以半导体设计 IP 为基础进行展开。
 
根据 IPnest 的定义,全球的设计 IP 可分为 11 个类别,其中处理器 IP 的市占率高达 42.3%,远远领先排名第二的有线接口 IP,这些 IP 是构成现代芯片的关键。
 
设计 IP 的类别
 
从产品特性上看,设计 IP 的主要应用产品分为三大类别:处理器 IP((CPU + DSP + GPU & ISP)都属于处理器 IP)、有线接口 IP、物理 IP(Physical IP)和其他数字 IP,处理器 IP 主要用于微处理器;有线接口 IP 顾名思义,就是类似 SATA/ 以太网之类的 IP;物理 IP 主要用于模拟及混合信号、物理接口、存储单元和其他的数字 IP, IP-Nest 的数据显示,处理器 IP 是全球最大的 IP 族群,市占率高达 56.4%,虽然较之去年的 58.3%有所下降,但不影响它的主导地位;紧随其后的是有线接口 IP,市占率也有 20.5%,总值 7.25 亿美元,较之去年有 20%的增长;至于物理 IP,市占率也有 16.3%。
 
不同类别 IP 的市占率
 
过去几年,得益于 IC 产业的发展,设计 IP 的销售额也水涨船高。IP nest 的数据显示,全球 IP 产业 2017 年贡献了 35.96 亿美元的营收,较之 2016 年上涨了 12.4%。作为对比,10 年前的 IP 销售额约为 19 亿美元。虽然较之整个芯片 4000 亿的销售额,这个数字有点寒酸,但如果少了这些 IP,现在的大部分芯片不能运行。
 
例如我们熟悉的 Arm 就是一个 IP 供应商,他们提供的 Coterx 系列和 Mali 系列 IP,就是现在做 MCU 和移动处理器的关键组成。可以把他们看做芯片运行的骨架。可以说没有这些 IP 供应商,就没有现在的芯片产业。
 
十大国外供应商贡献 84.6%份额
和很多半导体产业一样,设计 IP 同样是一个被高度垄断的市场。据 IP nest 的数据显示,Arm 已经连续多年霸占全球最大的设计 IP 供应商,且 IP 供应逐渐向前十聚拢。Gartner 数据显示,2007 年,全球前十 IP 供应商的市场总份额只有 70%,Arm 的份额也只有 33%。
 
2007 年全球前十的设计 IP 供应商
 
但到了 2017 年,Arm 的市占率已经高达 46.2%,排名第二的 Synopsy 份额也高达 14.7%,另外很多之前存在的公司已经逐渐跌出了名单(或被收购或者直接消失了),全球前十 IP 供应商则占领了高达 84.6%的市场份额,市场高度垄断。
 
2017 年全球设计 IP 供应商排名
 
在这些厂商中,Arm 是 CPU、GPU、VPU 和 DPU 等产品的供应商,尤其是其 CPU 和 GPU,在移动市场和嵌入式市场有很强大的影响力;排名第二的 Synopsy 是一家 EDA 厂商,他们同时也是有线接口 IP 的主要供应商。IPnest 的数据显示,他们的市占率高达 45%,在物理 IP 方面他们也有 35%的份额。
 
排名第三的博通通过并购 LSI 和 Avago,也获得了不少的 IP,且在今年的排名中超过 Imagination,成为全球第三的 IP 供应商;Imagination 则不用说,在几年前收购了 MIPS 之后,他们建立了 GPU 和 CPU 产品线的巨大影响力。但在去年,他们选择将 GPU 和 CPU 业务拆分,这次拆分势必会影响明年的设计 IP 供应商格局。
 
位列榜单第五的 Cadence 和 Synopsy 同样,都是 EDA 供应商。在产品方面,他们除了提供 DSP IP Tensilica 之外,还提供模拟物理 IP、接口 IP 和验证 IP 等产品。Ceva 则是一个专业的 DSP 供应商。另外还有 5G NR IP 和 NB-IoT IP 等一系列产品,现在甚至还提供了 AI 处理器 IP NeuPro,进一步增强了他们的市场影响力。
 
verisilicon 则提供了视频、通信和数字处理等 IP,另外在收购图芯之后,还提供了 GPU 的 IP 选择,搭配他们的设计服务模式,这让他们在现在的芯片时代能够获得更多的优势。被很多企业痛恨的 Rambus 排名第八,他们是一个专业的 DRAM IP 设计厂商,他们的 DRAM 设计尤有其独到的优势所在。。
 
排名第九的 eMemory 是全球最大的逻辑制程非挥发性记忆体硅智财厂商。而最一名的 Kilopass 则是车用、移动、工业、物联网领域反熔丝 OTP NVM IP 的主要提供商。且在今年一月被 Synopsy 收购,这又是另外一个故事。
 
由此可见,前十的厂商已经挖好了一条非常深的 IP 供应护城河,一般的企业难以跨越。
 
国产 IP 尚且不成气候
据半导体行业观察(ID:ICBANK)了解得知,国产 IP 的产业影响力甚微。知情人士告诉半导体行业观察(ID:ICBANK)记者,现在国内有华大九天、橙科微、IP Goal 和 Actt 等厂商。其中华大九天提供提供高速接口;橙科微则是 Serdes IP 供应商;IP Goal 则提供包括 USB1.1/2.0/3.0/codec/ 还有其他 IO 在内的数模混合类 IP;ACTT 的产品包括了 Serdes、物联网、指纹和传感器等方面的低功耗 IP。
 
可以看到,在传统的 IP 方面,这些本土厂商基本上能提供的都是一些接口 IP,其他例如 CPU 和 GPU IP,几乎是零产出。而在国产资本早前收购了 Imagination 之后,国产从某个程度上算是补上了 GPU 的 IP。
 
但东方不亮西方亮,国产厂商最近两年在火热的人工智能方面开拓占领了一席之地。以寒武纪为代表的国内厂商在 NPU IP 方面拥有了不错的影响力;地平线的 BPU IP 也打响了名头。但是总体来说,国内的 IP 产业依然是基础薄弱,尤其是 CPU 方面,更应突破。据半导体行业观察(ID:ICBANK)观察得知,近来海内外开发者欢迎的 RISC-V 会是中国厂商的一个机会。
 
中国科学院微电子研究所辛卫华主任在今年三月份举办的 Tech Shanghai IC 设计论坛上表示,开源 IP 为 IP 供应商带来挑战也带来机遇。以 RISC-V 为例,越来越多的新兴企业和芯片企业加入 RISC-V 的设计和实现中,必然会对市场上处于垄断地位的 MCU IP 企业带来挑战。但一个成熟的 IP 首先要被充分的验证,避免给芯片厂商带来巨大风险;同时还要拥有相对完备的生态系统,降低芯片和系统后期开发的难度和额外成本。
 
IPnest 也在报告中指出,RISC-V 正在对 Arm 的产品构成威胁,至于具体的影响结果,会在今年见到一点。对于高度依赖于 Arm 的中国芯片厂商来说,这也真的是一个自主 CPU IP 的机会。但正如前面所说,需要面临的挑战不小。
 
IPnest 根据各种协议进行了非常全面的分析,包括该细分市场上活跃的 IP 供应商、IP 供应商的排名和竞争力分析。
 
调查发现,一家 IP 供应商总是可以找到一个利基市场,它不一定成为该市场上的领导者,也能很好地发展业务,对国产 IP 从业者来说,这算是一个不错的消息。IPnest 还分析了各个细分市场的趋势,以预测未来会在哪些新应用中采用某个特定协议,这会是 IP 供应商寻找未来机会的参考。在他们看来,汽车方向会有很大的机会。
 
对于如何发展 IP,半导体 IP 平台与设计服务业者 Mobiveil 首席执行官 Ravi Thummarukudy 也有他的看法。他表示,要将 IP 提供给市场需要成本,而且该成本是一旦客户取得授权并开始将之整合到 SoC,为了替该 IP 提供支持的经常性支出。将 RTL 设计放进 SoC 中,所遭遇的挑战比将封装好的 IC 放进电路板设计还要复杂好几倍,因此 IP 供应商若不能提供完善的支持与设计服务,很难扩大其授权业务规模。
 
另外,典型的 SoC 设计也都包含数个 IP 功能区块,可能会从多个供应商取得这些功能区块的授权,要整合并进行验证是一大挑战;那就意味着整合数个 IP 功能区块的次系统(subsystem) IP 平台成为必备,能大幅简化 SoC 整合─。
 
以上分析和观点,希望对国产 IP 厂商的发展有一些启示。