英偉達收購Arm的新聞引起了海內(nèi)外的轟動，作為英國科技業(yè)“皇冠上的明珠”，Arm的命運對英國的未來至關(guān)重要，也對全球的發(fā)展有著很大的影響。英國擔(dān)心技術(shù)主權(quán)的流失，以及工人失業(yè)，其他人擔(dān)心Arm還能保持中立否？同門師兄弟RISC-V也再次被推上風(fēng)口浪尖。有人說，如果美國企業(yè)英偉達真的將Arm收入麾下，那么必將會讓美國補上IP這個芯片領(lǐng)域的重要一環(huán)。但即使不收購Arm，美國的IP實力也是冠絕全球的。
說說IP核
在半導(dǎo)體中，我們常說的IP，其實是指IP核心（半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)核）。半導(dǎo)體IP（Intellectual Property）指在集成電路設(shè)計中，經(jīng)過驗證的、可重復(fù)使用且具備特定功能的集成電路模塊，通常由第三方開發(fā)。IP內(nèi)核可以許可給另一方，也可以由一個單獨方擁有和使用。IP能幫助降低芯片開發(fā)的難度、縮短芯片的開發(fā)周期并提升芯片性能，是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上游關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要客戶是設(shè)計廠商。
根據(jù)不同的設(shè)計IP，半導(dǎo)體IP市場可分為處理器IP、接口IP、內(nèi)存IP以及其他IP（模擬到數(shù)字IP和數(shù)字到模擬IP）；在IP核的基礎(chǔ)上，半導(dǎo)體IP市場主要細分為軟核和硬核；按收費方式分類，IP 商提供許可（ license ）和版稅（royalty）兩種模式，其中版稅占據(jù)較大份額。在許可（Licensing）模式下，設(shè)計商按 IP 授權(quán)次數(shù)付費，是一次性產(chǎn)品授權(quán)費。在版稅（Royalty）模式下，設(shè)計商按制造的芯片數(shù)量付費，是跟產(chǎn)品銷量掛鉤的授權(quán)費。
據(jù)Markets and Markets預(yù)測，半導(dǎo)體IP市場將從2017年的47億美元增長到2024年的65億美元，預(yù)計將推動市場發(fā)展的主要因素是消費電子領(lǐng)域的多核技術(shù)的進步以及對現(xiàn)代SoC設(shè)計的需求不斷增長。其中處理器IP市場將占據(jù)最大的市場份額，因為處理器IP在消費類電子產(chǎn)品和汽車垂直行業(yè)中有多個用例，尤其是汽車領(lǐng)域，隨著自動駕駛的來臨，汽車半導(dǎo)體IP市場將以最高復(fù)合年增長率增長。這些處理器主要包括微處理器單元（MPU），微控制器單元（MCU）和數(shù)字信號處理器（DSP）。
再者就是，版稅的半導(dǎo)體IP市場預(yù)計將占據(jù)最大份額。在特許權(quán)IP采購中，芯片制造商必須為制造的每個芯片付費。由于技術(shù)市場的波動，特許權(quán)使用費的市場正在蓬勃發(fā)展，因為版稅的模式可以幫助制造商生產(chǎn)所需數(shù)量的產(chǎn)品，并且只需為該產(chǎn)品支付一定比例的版稅即可。
“滿屏的”美國IP廠商
IP核在芯片設(shè)計中的許可和使用在1990年代很普遍。如今，使用最廣泛的IP內(nèi)核來自Arm，Synopsys，Imagination和Cadence。下圖1是全球前十五的設(shè)計IP廠商排名，而在這些主要的廠商中，美國幾乎占據(jù)了大半壁江山，見圖2。
圖1：全球TOP15 半導(dǎo)體IP廠商排名
圖2：半導(dǎo)體IP廠商所屬國家
按產(chǎn)品種類分類，半導(dǎo)體IP廠商主要提供包括處理器IP、有線接口IP、物理IP等不同產(chǎn)品。處理器IP是一種數(shù)字電路，用于完成取指令、執(zhí)行指令及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，主要包括CPU IP、GPU IP、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器IP（NPU IP）、視頻處理器 IP（VPU IP）、DSP IP、圖像信號處理器 IP（ISP IP）六大類。接口 IP 集成了基于協(xié)議的功能，其最大份額來自于以數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用，主要包括通用串行總線（USB IP）、串行高級技術(shù)附件（SATA IP）、高清多媒體接口/顯示端口（HDMI/DP IP）等。物理 IP 主要用于模擬及混合信號、物理接口、存儲單元和其他的數(shù)字 IP，主要包括數(shù)?；旌螴P、射頻IP等。
在這些不同的IP產(chǎn)品中，其中接口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(xié)議的功能，如USB、PCI Express、以太網(wǎng)、MIPI、SATA、DP，以及Die-to-Die （D2D）接口和內(nèi)存控制器（DDRn、LPDDRn、HBM、GDDR）。
根據(jù)IPnest的統(tǒng)計，2018到2019年，處理器IP的市場份額從53.5%下降到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市場是最大的贏家，2019年的份額為8.7億美元。而在2009年，接口IP類別僅占了2.2億美元，在10年里翻了4倍。
2018-2019年IP分類的演進（資料來源：IPnest）
具體來看美國各大IP供應(yīng)商所經(jīng)營的情況：
美國兩大“一站式”IP 供應(yīng)商
除了Arm之外，EDA軟件工具商Synopsys和Cadence也是IP陣營的主要參與者。而且就半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)（IP）的前期技術(shù)許可的收入而言，Synopsys在2019年的表現(xiàn)優(yōu)于ARM。
2019年半導(dǎo)體IP許可的市場份額，但不包括特許權(quán)使用費。（資料來源：IPnest）
2019年Synopsys 收入同比增長13.8％，取得了18.2％的市場份額，是目前除ARM外唯一市占率超過10%的半導(dǎo)體IP公司。Synopsys市占率提升的主要原因是近年來數(shù)據(jù)中心蓬勃發(fā)展帶動接口IP需求的增長。2019年Synopsys的最高增長來自接口IP類別，大約占據(jù)19.3%的來源，其他類別也有貢獻，但較少。目前，在有線接口類別中，Synopsys 市占率排名第一，2018 年其份額達到 45％。排在第三的Cadence也是主要通過共享接口IP和DSP IP 為主要收入。
Synopsys和Cadence的增長率表明他們的IP長期戰(zhàn)略是成功的。兩家EDA供應(yīng)商圍繞著“一站式”IP 供應(yīng)商戰(zhàn)略，通過收購各自領(lǐng)域內(nèi)領(lǐng)先的中小型IP優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商，創(chuàng)建了自己的IP產(chǎn)品。但成為“一站式”供應(yīng)商戰(zhàn)略之所以成為可能，是因為兩家公司都是足夠大的公司，財力雄厚，可以通過多次收購來支持這一定位。
Synopsys從2000年初開始就開始了一系列收購，據(jù)不完全統(tǒng)計Synopsys共收購了近20家IP供應(yīng)商。比較有代表的是IP供應(yīng)商ARC，Synopsys 2010年以3.15億美元收購IP供應(yīng)商Virage；2015年收購 Elliptic Technologies公司以及Vision的 Bluetooth Smart IP；2017年收購了Sidesense；2018年以非公開的價格收購了非易失性內(nèi)存IP供應(yīng)商Kilopass；2020年1月，Synopsys又收購了INVECAS部分IP資產(chǎn)，這有助于拓展新思科技DesignWare邏輯庫、通用I/O、嵌入式內(nèi)存、接口和模擬IP產(chǎn)品組合。
Cadence定位在IP是在2010年收購IP驗證公司Denali開始。2013年，Cadence又收購了IP供應(yīng)商Cosmic Circuits和Tensilica，收購兩家公司之后，Cadence在2013年躋身半導(dǎo)體IP核心供應(yīng)商的前四名。2017年11月，Cadence收購了專注在超高速SerDes通信IP的公司nusemi inc，nusemi的超高速SerDes技術(shù)將有效補充Cadence強勢IP產(chǎn)品，包括內(nèi)存IP、存儲IP、互聯(lián)IP和數(shù)字信號處理（DSP）IP的全套方案。
存儲器IP領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者SST
SST提供NVM IP，該領(lǐng)域無可爭議的領(lǐng)導(dǎo)者，收入超過1億美元或超過2倍的第二收入。
Silicon Storage Technology（簡稱“SST”）成立于1989年，于1995年上市，并于2010年4月被Microchip收購。SST現(xiàn)在是Microchip的全資子公司，總部位于加利福尼亞州圣何塞。
SST是SuperFlash? 技術(shù)的創(chuàng)造者，該技術(shù)是一種創(chuàng)新，高度可靠且用途廣泛的NOR閃存。
SuperFlash技術(shù)于1995年與ESF-1（第一代嵌入式SuperFlash）一起投入量產(chǎn)。開發(fā)中的最新一代產(chǎn)品是用于28 nm工藝節(jié)點的ESF-3。從ESF-1到ESF-3，該技術(shù)已被證明具有可擴展性，與標準制造工藝兼容且高度可靠。它還通過高產(chǎn)，面積優(yōu)化的IP和低掩膜數(shù)量的鑄造工藝來降低與大批量生產(chǎn)相關(guān)的成本。
“隨著半導(dǎo)體行業(yè)的無晶圓廠化，越來越多的半導(dǎo)體公司通過SST的靈活許可模式利用我們差異化的非易失性存儲器IP解決方案，”SST技術(shù)許可副總裁Mark Reiten說?！半S著我們與一系列代工廠，IDM和無晶圓廠合作伙伴的建立，SuperFlash技術(shù)已成為半導(dǎo)體行業(yè)創(chuàng)新的隱秘寶石。這項技術(shù)正通過其依賴的電子設(shè)備和機器悄悄地普及到世界上的大多數(shù)人口?！?/p>
排名第九的Rambus為各種類型的內(nèi)存和SerDes提供PHY和控制器IP，聚焦于DRAM的IP 供應(yīng)，在內(nèi)存接口IP市場份額排行全球第三。Rambus的發(fā)展過程也有不少收購：2010年5月Rambus以225萬美元的價格收購了unio - pixel的部分IP產(chǎn)品，涉及動態(tài)背光、現(xiàn)場順序彩色顯示和時間多路光快門顯示技術(shù)；2016年8月，以3200萬美元收購Semtech公司的Snowbush IP資產(chǎn)，該公司是一家高性能串行鏈路解決方案提供商；2019年12月，Rambus以4500萬美元的價格從Verimatrix（以前是Inside secure）收購了硅IP、安全協(xié)議和供應(yīng)業(yè)務(wù)。
FPGA和eFPGA IP供應(yīng)商
排在第八位的Achronix是唯一在批量生產(chǎn)中同時具有高性能和高密度獨立FPGA和嵌入式FPGA（eFPGA）解決方案的IP供應(yīng)商。
2013年，Achronix推出了Speedster?22i FPGA系列，并提供了用于高性能有線應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)級IP，從而交付了業(yè)界最先進的FPGA。
2016年，Achronix開始向世界上一些最大的技術(shù)公司交付Speedcore?嵌入式FPGA（eFPGA）IP。Speedcore IP是全球唯一在大批量應(yīng)用中投入生產(chǎn)的eFPGA IP解決方案。Speedcore IP目前可用于TSMC 16FF +，TSMC 7nm和TSMC 12FFC技術(shù)。
在2019年，Achronix宣布推出基于臺積電7nm FinFET技術(shù)的革命性Speedster7t FPGA產(chǎn)品系列，這是第一個提供2D片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）和針對AI / ML工作負載進行了優(yōu)化的機器學(xué)習(xí)處理器的FPGA架構(gòu)。
另外，還有美國的Flex Logix也是eFPGA硬IP和軟件的領(lǐng)先提供商。Flex Logix的EFLX eFPGA現(xiàn)在可用于12、16、22、28和40nm，是臺積電的第一個eFPGA IP聯(lián)盟合作伙伴。
同門師兄弟MIPS和RISC-V
今年4月29日，美國AI初創(chuàng)企業(yè)Wave Computing根據(jù)美國《破產(chǎn)法》第11章向美國加利福尼亞州北區(qū)圣荷西分部破產(chǎn)法院提交了救濟申請書。MIPS未來究竟屬于哪個國家，還不得而知，鑒于其沒有落到實處，暫且還將其歸到美國陣營。
盡管智能手機熱潮繞過了MIPS架構(gòu)，但基于它的近100億個芯片已經(jīng)運用于成千上萬的電子設(shè)備中。MIPS架構(gòu)在嵌入式處理器市場中扮演著重要角色，包括Microchip，Mobileye和MediaTek在內(nèi)的數(shù)百家客戶繼續(xù)在商業(yè)上使用它。常見的應(yīng)用是機頂盒，住宅網(wǎng)關(guān)和路由器。
國內(nèi)也有不少MIPS的忠實用戶，國人較為熟悉的如龍芯、君正、珠海炬力，還有上海芯聯(lián)芯今年也取得了MIPS在中國的獨家商業(yè)經(jīng)營權(quán)。
另一個廣受業(yè)界關(guān)注的RISC-V，美國也是比較早涉獵的，美國的SiFive是第一家基于自由開放的RISC-V指令集架構(gòu)構(gòu)建定制硅的無晶圓廠半導(dǎo)體公司。它將開源RISC-V ISA的功能與CPU IP的創(chuàng)新相結(jié)合，帶給了半導(dǎo)體行業(yè)，從而使開發(fā)特定領(lǐng)域的硅變得比以往更快。SiFive Core IP產(chǎn)品組合涵蓋了從高性能多核異構(gòu)應(yīng)用處理器到區(qū)域優(yōu)化的低功耗嵌入式微控制器。SiFive Core IP標準核心微體系結(jié)構(gòu)基于RISC-V ISA，可提供64位和32位選項。
NoC互聯(lián)IP廠商Arteris IP躋身第12位
2019年，美國IP廠商Arteris IP躋身半導(dǎo)體IP供應(yīng)商15強之列，排在第12位。在前15家半導(dǎo)體IP公司中，Arteris IP的年營收增長率位居第二，并憑借其2019年3400萬美元的營收，在互連IP市場占據(jù)了31.3%的份額。這種增長來自全球所有地區(qū)和所有用于領(lǐng)先應(yīng)用的產(chǎn)品線（FlexNoC Interconnect、Ncore Cache Coherent Interconnect、CodaCache Last Level Cache IP），如機器學(xué)習(xí)、汽車、5G和基礎(chǔ)設(shè)施SoCs。
Arteris發(fā)明了業(yè)界第一個商用芯片網(wǎng)絡(luò)（NoC） SoC互連IP解決方案，是業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者。Arteris為片上系統(tǒng)（SoC）制造商提供片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）互連半導(dǎo)體知識產(chǎn)權(quán)（IP），因此他們可以減少周期時間，增加利潤，并容易地增加功能。
Arteris IP為百度、Mobileye、三星、華為/ HiSilicon、東芝和NXP等客戶提供網(wǎng)絡(luò)芯片（NoC）互連IP，用于加速系統(tǒng)芯片（SoC）半導(dǎo)體組裝，應(yīng)用范圍廣泛，從AI到汽車、手機、物聯(lián)網(wǎng)、相機、SSD控制器和服務(wù)器。與傳統(tǒng)的解決方案不同，Arteris interconnect即插即用技術(shù)是靈活和高效的，允許設(shè)計師優(yōu)化吞吐量、功率、延遲和平面圖。
結(jié)語
由上文分析可以看出，美國成功的IP廠商可以分為兩類：一類是如Synopsys和Cadence等大型EDA公司提供一站式的IP組合；另一類是，是那些非常專注并有能力成為其細分市場或子細分市場技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者的公司。這些IP供應(yīng)商的秘密就是其設(shè)計（和產(chǎn)品）的質(zhì)量是第一位的，能夠提供創(chuàng)新和先進的解決方案緊隨其后。這或許是我們的一大借鑒思路。
反觀管內(nèi)，從排行榜中也可以看出，大陸只有芯原股份上榜全球IP榜單，當前國產(chǎn) IP 的產(chǎn)業(yè)影響力相對較小，但是本土企業(yè)已積極布局。目前中國大陸有平頭哥、芯來、芯原股份、寒武紀、華大九天、橙科微、IP Goal 和 Actt 等IP廠商。而從其產(chǎn)品布局和市場影響力來看，這些IP廠商還有很長的一段路要走。