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國產半導體IP如何才能破局?

2020-06-22
來源:電子產品世界
關鍵詞: 半導體 IP

    IP核的概念源于產品設計的專利證書和源代碼的版權等。這種類似搭積木的開發模式,縮短了芯片開發的時間,提升了芯片的性能。

  IP在年均600多億美元的環球芯片研發開銷中,IP只占不到40億美元,固然惟有5%,但其代價和影響力卻遠遠勝過用款項掂量的份額。

  全球半導體IP市場分析

  半導體IP因技術密集度高、知識產權集中、商業價值昂貴,處于產業鏈頂端。隨著集成電路技術不斷升級,芯片設計復雜程度提升,行業分工趨于細化,IP產業應用而生,誕生于1990年的ARM成為先行者。

  越來越多的采用多核技術,再加上半導體IC和片上系統(SoC)的設計復雜性不斷提高,推動半導體IP市場發展。市場參與者積極外包不是產品差異化核心的IP設計和開發活動,IP對于提高高級設計流程的設計生產率至關重要,因此在半導體市場上具有巨大的潛力。

  2019年全球半導體IP市場總價值約為39.4億美元,比2018年的37.4億美元增長了5.2%。考慮到半導體市場在2019年下降了約15%,且IP特許權使用費(royalties)通常與芯片銷售價格掛鉤,這份榜單所顯示出的成績對于IP供應商來說,已經是個不錯的結果了,這說明IP在半導體市場的滲透率進一步提高了。

  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。

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                                                               圖:2019年排名前10的IP公司

  ARM在全球半導體IP市場中處于技術領先地位,其設計了一系列相互關聯的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供應商都是定位為“一站式” IP供應商,通過收購各自細分市場中的中小型供應商領導者來創建自己的IP產品的。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總收入方面繼續保持市場領先地位,因為其專利使用費每年超過數十億,大大超過了競爭對手。Arm曾經控制著IP市場50%的份額,但是在市場競爭不斷加強的情況下,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年發生的情況。

  不過,雖然全球半導體IP市場由巨頭壟斷,但若縱向來看還是有些喜人的變化。從集中度來看,2017前十大供應商份額合計達到84.6%,2018年略降至80.1。這說明市場參與者在增多,且競爭力也在逐步加強,特別是新鮮血液的加入,是有利于整個產業健康發展的。

  半導體IP新的增長點

  半導體IP市場主要可分為消費電子、電信、工業、汽車、商業和其他(醫療、航空航天和國防)六大領域。消費電子行業多核技術的進步、連接設備需求的不斷增加以及對現代SoC設計的需求增加驅動全球半導體IP市場不斷增長的主要因素。據MarketsandMarkets展望,到2024年半導體IP環境趨勢將從今年年的47億美元增進到65億美元,在展望時代的復合年增進率為4.8%。

  按照設計IP的不同可分為處理器IP、接口IP、存儲器IP,就增長和市場份額而言,接口IP市場是最大的贏家,2019年的市場份額為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算和數據中心,有線和無線網絡。另外,物聯網也將影響市場,但影響程度有限。而在這些高性能的應用當中,接口IP的重要性正在增長,而且其在整個IP市場的占比正在蠶食處理器IP的,成為了最具發展潛力的IP品類。

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  處理器IP在預測期內將占據半導體IP市場的最大份額,它們將被廣泛應用于消費電子、汽車等行業。預計汽車半導體IP市場將在預測期內以最高復合年增長率增長,因為汽車行業正在經歷數字化轉型,逐步走向數字化。每輛高端汽車大約將大約將采用100個處理器,這也使汽車行業成為半導體IP市場中較為廣泛的應用領域。而且,隨著城市、樓宇、家居的智能化和網絡化以及可穿戴市場的發展,亦催生了對藍牙、NB-IoT等一系列射頻類協議IP需求。

  IP在向更專業化的垂直細分領域發展例如存儲器IP面向不同的市場和應用,客戶會選擇不同技術類型的存儲器。我們在2018年就看到,市場正在從通用IP(例如CPU、DSP、基礎IP)向更多特定應用的IP轉變,對于CPU或DSP尤其如此。IP幾大巨頭廠商正在這些領域展開競爭,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,而其他數字IP和互連IP卻在增長。

  有報告顯示,亞太地區在2018年半導體IP市場最大份額,預計在預測期間繼續保持這一領先優勢,并有望成為該市場增長最快的地區。半導體IP的參與者投資增加、制造企業的增加是亞太地區半導體IP市場不斷增長的主要原因。截止目前,亞太地區已經擁有超過150家小型IP供應商和IP公司。

  國內半導體IP怎樣破局

  從市場情況來看,目前半導體IP市場是個贏家通吃的賽道,呈現出高度集中趨勢,美國和英國企業處于主導地位。2019年全球其中前十大供應商合計占比78.1%,7家為美國和英國企業。實際上國內先前對IP的討論一直不多,在去年ARM斷供華為的消息爆出后,IP才受到更大關注,加劇了IP國產化的急迫性。

  在中興、華為事件之后,半導體國產化聲浪高涌,IP的重要性也愈發凸顯。中國半導體IP市場起步較晚,創立于2001年的芯原股份依靠30人團隊,以為中芯國際研發的標準單元庫為起點,首開國內IP授權先河。

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

  不過,研發并不是決定實力的唯一因素。IP公司之間的競爭,除了各家技術上的獨特性,更多還要看建立生態的能力,ARM能夠成為移動時代王者的核心因素,除了CPU和GPU架構等核心IP,還在于聯合合作伙伴建立了IP核-芯片-應用的一體化生態,從而形成了高壁壘。

  但生態搭建需要時間,這離不開客戶的積累。截至去年底,芯原股份累計向250多家客戶進行IP授權,去年授權次數僅有65次。反觀ARM,僅是去年簽署的授權許可協議就達到1767份,近五年客戶累計超過450個,包括IBM、高通、英偉達、微軟、蘋果等全球知名公司。這為ARM搭建完善的生態系統供應鏈提供了基礎,這也是國內IP企業同樣存在的差距。

  國產IP要彎道超車,或者說打破ARM壟斷,具備開源生態的指令集RISC-V是目前最大的機會,中國乃至全球很多大公司都在嘗試。RISC-V可能會是中國芯片產業的全新際遇,因為物聯網應用的碎片化特性適合打游擊戰,中國芯片產業在物聯網領域RISC-V確實有很好的機會。

  RISC-V是加州大學伯克利分校研發的第五代基于RISC(精簡指令集計算機)的CPU指令集架構,因具備自由開放、成本低、功耗低等方面的優勢,受到全球廣泛關注。

  與Arm這些商用處理器的專有ISA不同,任何人都可以免費使用開源RISC-V ISA。他們可以將其用作自己的處理器實現基礎,而不必為商用處理器付費。換句話說,任何人都可以使用RISC-V ISA來制作處理器,以作為現成的物理設備出售,也可以作為IP內核獲得許可,在其他人的SoC設計中使用。

  有數據稱國內已有上百家企業正在開發或使用RISC-V架構的產品,如阿里旗下的平頭哥和中天微,以及兆易創新、華米科技、嘉楠科技、北京君正等企業。

  雖然開放式體系結構會吸引許多客戶。不過,雖然RISC-V在過去的幾年中發展迅猛,但目前國內外尚處在初期,若想形成成熟和可信賴的IP還需時間充分驗證。此外,RISC-V具備的碎片化特征在某種程度上也是劣勢,如何確定統一標準保證兼容性等亦是需要解決的問題;主力競爭對手ARM也非等閑之輩,此前其已明確要在物聯網時代同樣獲得統治地位,并采取了諸多措施,導致很多人擔心RISC-V僅僅是曇花一現。

  雖然存在貶褒,但對于有著國產替代緊迫性的中國來說,RISC-V仍不失為一次難得的機遇,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,實現IP自主可控,時間會給出答案。

  國內IP廠商這些年在技術上已經有了長足的進步,隨著各路英豪的進入,IP的業務模式也在分化。

  一類是像華為海思有多年開發芯片的經驗,有自己的IP甚至指令集開發實力,但不對外;二是互聯網巨頭類似阿里,通過收購打造IP平臺,因為資金雄厚,一方面可吸引頂尖人才,另一方面沒有包袱可放手去做;三是國內獨立的第三方IP廠商,立足于各類IP的積累。

  IP是一項難做的生意,因為它巨大的成本投入方面。雖然一朝研發成功了,這個IP授權費用會不菲,如果成功了無疑會給企業帶來巨大的利好,從而促進他們持續投入研發。

  在IP的發展上,除了IP技術本身,對盈利模式的思考、芯片制造環節的支持,還有在編譯器、仿真器和soc驗證平臺等連接IP核到芯片設計的開發鏈的成熟度,都是影響IP產業發展的關鍵要素。再加上IP是一個一旦建立了壁壘,就很難打破的行業。也就是說,對于本土的IP從業者來說,這是一個好時代,這也是一個壞時代。


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