全球半導(dǎo)體IP市場(chǎng)Arm絕對(duì)領(lǐng)先，國產(chǎn)半導(dǎo)體IP如何才能破局？

IP是指在半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)中那些可以重復(fù)使用的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)功能的設(shè)計(jì)模塊。設(shè)計(jì)公司無需對(duì)芯片每個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過購買成熟可靠的IP方案，實(shí)現(xiàn)某個(gè)特定功能。

IP核的概念源于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的專利證書和源代碼的版權(quán)等。這種類似搭積木的開發(fā)模式，縮短了芯片開發(fā)的時(shí)間，提升了芯片的性能。

IP在年均600多億美元的環(huán)球芯片研發(fā)開銷中，IP只占不到40億美元，固然惟有5％，但其代價(jià)和影響力卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過用款項(xiàng)掂量的份額。

全球半導(dǎo)體IP市場(chǎng)分析

半導(dǎo)體IP因技術(shù)密集度高、知識(shí)產(chǎn)權(quán)集中、商業(yè)價(jià)值昂貴，處于產(chǎn)業(yè)鏈頂端。隨著集成電路技術(shù)不斷升級(jí)，芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜程度提升，行業(yè)分工趨于細(xì)化，IP產(chǎn)業(yè)應(yīng)用而生，誕生于1990年的ARM成為先行者。

越來越多的采用多核技術(shù)，再加上半導(dǎo)體IC和片上系統(tǒng)（SoC）的設(shè)計(jì)復(fù)雜性不斷提高，推動(dòng)半導(dǎo)體IP市場(chǎng)發(fā)展。市場(chǎng)參與者積極外包不是產(chǎn)品差異化核心的IP設(shè)計(jì)和開發(fā)活動(dòng)，IP對(duì)于提高高級(jí)設(shè)計(jì)流程的設(shè)計(jì)生產(chǎn)率至關(guān)重要，因此在半導(dǎo)體市場(chǎng)上具有巨大的潛力。

2019年全球半導(dǎo)體IP市場(chǎng)總價(jià)值約為39.4億美元，比2018年的37.4億美元增長了5.2％?？紤]到半導(dǎo)體市場(chǎng)在2019年下降了約15％，且IP特許權(quán)使用費(fèi)（royalties）通常與芯片銷售價(jià)格掛鉤，這份榜單所顯示出的成績(jī)對(duì)于IP供應(yīng)商來說，已經(jīng)是個(gè)不錯(cuò)的結(jié)果了，這說明IP在半導(dǎo)體市場(chǎng)的滲透率進(jìn)一步提高了。

從圖中可以看出，2019年，排名前10廠商營收總額占全球總銷售額的78.1%，大者恒大的局面依然穩(wěn)固。另外，從這兩年的榜單來看，只有一家公司異軍突起，那就是SST，從2018年的10名開外，一舉沖到了2019年的第四，而其它9家廠商排名沒有明顯變化。

圖：2019年排名前10的IP公司

ARM在全球半導(dǎo)體IP市場(chǎng)中處于技術(shù)領(lǐng)先地位，其設(shè)計(jì)了一系列相互關(guān)聯(lián)的IP，包括微處理器、物理IP以及支持軟件和工具。新思科技（Synopsys）和鏗騰電子（Cadence）分別排名第二和第三，這兩家EDA供應(yīng)商都是定位為“一站式” IP供應(yīng)商，通過收購各自細(xì)分市場(chǎng)中的中小型供應(yīng)商領(lǐng)導(dǎo)者來創(chuàng)建自己的IP產(chǎn)品的。新思科技始于2000年代初期，而鏗騰電子在IP中的定位則從2010年收購Denali開始。

Arm在IP總收入方面繼續(xù)保持市場(chǎng)領(lǐng)先地位，因?yàn)槠鋵＠褂觅M(fèi)每年超過數(shù)十億，大大超過了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。Arm曾經(jīng)控制著IP市場(chǎng)50％的份額，但是在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加強(qiáng)的情況下，最近兩年市占率有所下降，從2018年的44.7％下降到了2019年的40.8％，這類似于2018年和2017年發(fā)生的情況。

不過，雖然全球半導(dǎo)體IP市場(chǎng)由巨頭壟斷，但若縱向來看還是有些喜人的變化。從集中度來看，2017前十大供應(yīng)商份額合計(jì)達(dá)到84.6%，2018年略降至80.1。這說明市場(chǎng)參與者在增多，且競(jìng)爭(zhēng)力也在逐步加強(qiáng)，特別是新鮮血液的加入，是有利于整個(gè)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的。

半導(dǎo)體IP新的增長點(diǎn)

半導(dǎo)體IP市場(chǎng)主要可分為消費(fèi)電子、電信、工業(yè)、汽車、商業(yè)和其他（醫(yī)療、航空航天和國防）六大領(lǐng)域。消費(fèi)電子行業(yè)多核技術(shù)的進(jìn)步、連接設(shè)備需求的不斷增加以及對(duì)現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)的需求增加驅(qū)動(dòng)全球半導(dǎo)體IP市場(chǎng)不斷增長的主要因素。據(jù)MarketsandMarkets展望，到2024年半導(dǎo)體IP環(huán)境趨勢(shì)將從今年年的47億美元增進(jìn)到65億美元，在展望時(shí)代的復(fù)合年增進(jìn)率為4.8％。

按照設(shè)計(jì)IP的不同可分為處理器IP、接口IP、存儲(chǔ)器IP，就增長和市場(chǎng)份額而言，接口IP市場(chǎng)是最大的贏家，2019年的市場(chǎng)份額為8.7億美元。

在未來幾年中，IP收入的增長來源將是高性能計(jì)算和數(shù)據(jù)中心，有線和無線網(wǎng)絡(luò)。另外，物聯(lián)網(wǎng)也將影響市場(chǎng)，但影響程度有限。而在這些高性能的應(yīng)用當(dāng)中，接口IP的重要性正在增長，而且其在整個(gè)IP市場(chǎng)的占比正在蠶食處理器IP的，成為了最具發(fā)展?jié)摿Φ腎P品類。

處理器IP在預(yù)測(cè)期內(nèi)將占據(jù)半導(dǎo)體IP市場(chǎng)的最大份額，它們將被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車等行業(yè)。預(yù)計(jì)汽車半導(dǎo)體IP市場(chǎng)將在預(yù)測(cè)期內(nèi)以最高復(fù)合年增長率增長，因?yàn)槠囆袠I(yè)正在經(jīng)歷數(shù)字化轉(zhuǎn)型，逐步走向數(shù)字化。每輛高端汽車大約將大約將采用100個(gè)處理器，這也使汽車行業(yè)成為半導(dǎo)體IP市場(chǎng)中較為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。而且，隨著城市、樓宇、家居的智能化和網(wǎng)絡(luò)化以及可穿戴市場(chǎng)的發(fā)展，亦催生了對(duì)藍(lán)牙、NB-IoT等一系列射頻類協(xié)議IP需求。

IP在向更專業(yè)化的垂直細(xì)分領(lǐng)域發(fā)展例如存儲(chǔ)器IP面向不同的市場(chǎng)和應(yīng)用，客戶會(huì)選擇不同技術(shù)類型的存儲(chǔ)器。我們?cè)?018年就看到，市場(chǎng)正在從通用IP（例如CPU、DSP、基礎(chǔ)IP）向更多特定應(yīng)用的IP轉(zhuǎn)變，對(duì)于CPU或DSP尤其如此。IP幾大巨頭廠商正在這些領(lǐng)域展開競(jìng)爭(zhēng)，且愈加激烈。同樣值得注意的是，處理器和物理IP收入在總收入中所占的比例在下降，而其他數(shù)字IP和互連IP卻在增長。

有報(bào)告顯示，亞太地區(qū)在2018年半導(dǎo)體IP市場(chǎng)最大份額，預(yù)計(jì)在預(yù)測(cè)期間繼續(xù)保持這一領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，并有望成為該市場(chǎng)增長最快的地區(qū)。半導(dǎo)體IP的參與者投資增加、制造企業(yè)的增加是亞太地區(qū)半導(dǎo)體IP市場(chǎng)不斷增長的主要原因。截止目前，亞太地區(qū)已經(jīng)擁有超過150家小型IP供應(yīng)商和IP公司。

國內(nèi)半導(dǎo)體IP怎樣破局

從市場(chǎng)情況來看，目前半導(dǎo)體IP市場(chǎng)是個(gè)贏家通吃的賽道，呈現(xiàn)出高度集中趨勢(shì)，美國和英國企業(yè)處于主導(dǎo)地位。2019年全球其中前十大供應(yīng)商合計(jì)占比78.1%，7家為美國和英國企業(yè)。實(shí)際上國內(nèi)先前對(duì)IP的討論一直不多，在去年ARM斷供華為的消息爆出后，IP才受到更大關(guān)注，加劇了IP國產(chǎn)化的急迫性。

在中興、華為事件之后，半導(dǎo)體國產(chǎn)化聲浪高涌，IP的重要性也愈發(fā)凸顯。中國半導(dǎo)體IP市場(chǎng)起步較晚，創(chuàng)立于2001年的芯原股份依靠30人團(tuán)隊(duì)，以為中芯國際研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)單元庫為起點(diǎn)，首開國內(nèi)IP授權(quán)先河。

但略顯尷尬的是，芯原股份在全球半導(dǎo)體IP市場(chǎng)的份額占比尚不足2%，同時(shí)其所積累的IP多是依靠并購而來，在關(guān)鍵的中央處理器（CPU）IP方面則完全喪失話語權(quán)。缺乏自主可控的IP，同樣也是中國“缺芯”現(xiàn)狀中同樣非常薄弱的環(huán)節(jié)。

不過，研發(fā)并不是決定實(shí)力的唯一因素。IP公司之間的競(jìng)爭(zhēng)，除了各家技術(shù)上的獨(dú)特性，更多還要看建立生態(tài)的能力，ARM能夠成為移動(dòng)時(shí)代王者的核心因素，除了CPU和GPU架構(gòu)等核心IP，還在于聯(lián)合合作伙伴建立了IP核-芯片-應(yīng)用的一體化生態(tài)，從而形成了高壁壘。

但生態(tài)搭建需要時(shí)間，這離不開客戶的積累。截至去年底，芯原股份累計(jì)向250多家客戶進(jìn)行IP授權(quán)，去年授權(quán)次數(shù)僅有65次。反觀ARM，僅是去年簽署的授權(quán)許可協(xié)議就達(dá)到1767份，近五年客戶累計(jì)超過450個(gè)，包括IBM、高通、英偉達(dá)、微軟、蘋果等全球知名公司。這為ARM搭建完善的生態(tài)系統(tǒng)供應(yīng)鏈提供了基礎(chǔ)，這也是國內(nèi)IP企業(yè)同樣存在的差距。

國產(chǎn)IP要彎道超車，或者說打破ARM壟斷，具備開源生態(tài)的指令集RISC-V是目前最大的機(jī)會(huì)，中國乃至全球很多大公司都在嘗試。RISC-V可能會(huì)是中國芯片產(chǎn)業(yè)的全新際遇，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用的碎片化特性適合打游擊戰(zhàn)，中國芯片產(chǎn)業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域RISC-V確實(shí)有很好的機(jī)會(huì)。

RISC-V是加州大學(xué)伯克利分校研發(fā)的第五代基于RISC（精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）的CPU指令集架構(gòu)，因具備自由開放、成本低、功耗低等方面的優(yōu)勢(shì)，受到全球廣泛關(guān)注。

與Arm這些商用處理器的專有ISA不同，任何人都可以免費(fèi)使用開源RISC-V ISA。他們可以將其用作自己的處理器實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，而不必為商用處理器付費(fèi)。換句話說，任何人都可以使用RISC-V ISA來制作處理器，以作為現(xiàn)成的物理設(shè)備出售，也可以作為IP內(nèi)核獲得許可，在其他人的SoC設(shè)計(jì)中使用。

有數(shù)據(jù)稱國內(nèi)已有上百家企業(yè)正在開發(fā)或使用RISC-V架構(gòu)的產(chǎn)品，如阿里旗下的平頭哥和中天微，以及兆易創(chuàng)新、華米科技、嘉楠科技、北京君正等企業(yè)。

雖然開放式體系結(jié)構(gòu)會(huì)吸引許多客戶。不過，雖然RISC-V在過去的幾年中發(fā)展迅猛，但目前國內(nèi)外尚處在初期，若想形成成熟和可信賴的IP還需時(shí)間充分驗(yàn)證。此外，RISC-V具備的碎片化特征在某種程度上也是劣勢(shì)，如何確定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)保證兼容性等亦是需要解決的問題；主力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手ARM也非等閑之輩，此前其已明確要在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代同樣獲得統(tǒng)治地位，并采取了諸多措施，導(dǎo)致很多人擔(dān)心RISC-V僅僅是曇花一現(xiàn)。

雖然存在貶褒，但對(duì)于有著國產(chǎn)替代緊迫性的中國來說，RISC-V仍不失為一次難得的機(jī)遇，這需要政策、資金、人才等多方面的合力。中國能否借此擺脫海外依賴，實(shí)現(xiàn)IP自主可控，時(shí)間會(huì)給出答案。

國內(nèi)IP廠商這些年在技術(shù)上已經(jīng)有了長足的進(jìn)步，隨著各路英豪的進(jìn)入，IP的業(yè)務(wù)模式也在分化。

一類是像華為海思有多年開發(fā)芯片的經(jīng)驗(yàn)，有自己的IP甚至指令集開發(fā)實(shí)力，但不對(duì)外；二是互聯(lián)網(wǎng)巨頭類似阿里，通過收購打造IP平臺(tái)，因?yàn)橘Y金雄厚，一方面可吸引頂尖人才，另一方面沒有包袱可放手去做；三是國內(nèi)獨(dú)立的第三方IP廠商，立足于各類IP的積累。

IP是一項(xiàng)難做的生意，因?yàn)樗薮蟮某杀就度敕矫?。雖然一朝研發(fā)成功了，這個(gè)IP授權(quán)費(fèi)用會(huì)不菲，如果成功了無疑會(huì)給企業(yè)帶來巨大的利好，從而促進(jìn)他們持續(xù)投入研發(fā)。

在IP的發(fā)展上，除了IP技術(shù)本身，對(duì)盈利模式的思考、芯片制造環(huán)節(jié)的支持，還有在編譯器、仿真器和soc驗(yàn)證平臺(tái)等連接IP核到芯片設(shè)計(jì)的開發(fā)鏈的成熟度，都是影響IP產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵要素。再加上IP是一個(gè)一旦建立了壁壘，就很難打破的行業(yè)。也就是說，對(duì)于本土的IP從業(yè)者來說，這是一個(gè)好時(shí)代，這也是一個(gè)壞時(shí)代。