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全球半导体IP市场Arm绝对领先,国产半导体IP如何才能破局?

作者:陈玲丽时间:2020-06-22来源:电子产品世界收藏

是指在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?。设计公司无需对芯片每个细节进行设计,通过购买成熟可靠的方案,实现某个特定功能。

本文引用地址:/article/202006/414494.htm

核的概念源于产品设计的专利证书和源代码的版权等。这种类似搭积木的开发模式,缩短了芯片开发的时间,提升了芯片的性能。

IP在年均600多亿美元的环球芯片研发开销中,IP只占不到40亿美元,固然惟有5%,但其代价和影响力却远远胜过用款项掂量的份额。

全球IP市场分析

IP因技术密集度高、知识产权集中、商业价值昂贵,处于产业链顶端。随着集成电路技术不断升级,芯片设计复杂程度提升,行业分工趋于细化,IP产业应用而生,诞生于1990年的ARM成为先行者。

越来越多的采用多核技术,再加上半导体IC和片上系统(SoC)的设计复杂性不断提高,推动半导体IP市场发展。市场参与者积极外包不是产品差异化核心的IP设计和开发活动,IP对于提高高级设计流程的设计生产率至关重要,因此在半导体市场上具有巨大的潜力。

2019年全球半导体IP市场总价值约为39.4亿美元,比2018年的37.4亿美元增长了5.2%?悸堑桨氲继迨谐≡2019年下降了约15%,且IP特许权使用费(royalties)通常与芯片销售价格挂钩,这份榜单所显示出的成绩对于IP供应商来说,已经是个不错的结果了,这说明IP在半导体市场的渗透率进一步提高了。

从图中可以看出,2019年,排名前10厂商营收总额占全球总销售额的78.1%,大者恒大的局面依然稳固。另外,从这两年的榜单来看,只有一家公司异军突起,那就是SST,从2018年的10名开外,一举冲到了2019年的第四,而其它9家厂商排名没有明显变化。

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图:2019年排名前10的IP公司

ARM在全球半导体IP市场中处于技术领先地位,其设计了一系列相互关联的IP,包括微处理器、物理IP以及支持软件和工具。新思科技(Synopsys)和铿腾电子(Cadence)分别排名第二和第三,这两家EDA供应商都是定位为“一站式” IP供应商,通过收购各自细分市场中的中小型供应商领导者来创建自己的IP产品的。新思科技始于2000年代初期,而铿腾电子在IP中的定位则从2010年收购Denali开始。

Arm在IP总收入方面继续保持市场领先地位,因为其专利使用费每年超过数十亿,大大超过了竞争对手。Arm曾经控制着IP市场50%的份额,但是在市场竞争不断加强的情况下,最近两年市占率有所下降,从2018年的44.7%下降到了2019年的40.8%,这类似于2018年和2017年发生的情况。

不过,虽然全球半导体IP市场由巨头垄断,但若纵向来看还是有些喜人的变化。从集中度来看,2017前十大供应商份额合计达到84.6%,2018年略降至80.1。这说明市场参与者在增多,且竞争力也在逐步加强,特别是新鲜血液的加入,是有利于整个产业健康发展的。

半导体IP新的增长点

半导体IP市场主要可分为消费电子、电信、工业、汽车、商业和其他(医疗、航空航天和国防)六大领域。消费电子行业多核技术的进步、连接设备需求的不断增加以及对现代SoC设计的需求增加驱动全球半导体IP市场不断增长的主要因素。据MarketsandMarkets展望,到2024年半导体IP环境趋势将从今年年的47亿美元增进到65亿美元,在展望时代的复合年增进率为4.8%。

按照设计IP的不同可分为处理器IP、接口IP、存储器IP,就增长和市场份额而言,接口IP市场是最大的赢家,2019年的市场份额为8.7亿美元。

在未来几年中,IP收入的增长来源将是高性能计算和数据中心,有线和无线网络。另外,物联网也将影响市场,但影响程度有限。而在这些高性能的应用当中,接口IP的重要性正在增长,而且其在整个IP市场的占比正在蚕食处理器IP的,成为了最具发展潜力的IP品类。

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处理器IP在预测期内将占据半导体IP市场的最大份额,它们将被广泛应用于消费电子、汽车等行业。预计汽车半导体IP市场将在预测期内以最高复合年增长率增长,因为汽车行业正在经历数字化转型,逐步走向数字化。每辆高端汽车大约将大约将采用100个处理器,这也使汽车行业成为半导体IP市场中较为广泛的应用领域。而且,随着城市、楼宇、家居的智能化和网络化以及可穿戴市场的发展,亦催生了对蓝牙、NB-IoT等一系列射频类协议IP需求。

IP在向更专业化的垂直细分领域发展例如存储器IP面向不同的市场和应用,客户会选择不同技术类型的存储器。我们在2018年就看到,市场正在从通用IP(例如CPU、DSP、基础IP)向更多特定应用的IP转变,对于CPU或DSP尤其如此。IP几大巨头厂商正在这些领域展开竞争,且愈加激烈。同样值得注意的是,处理器和物理IP收入在总收入中所占的比例在下降,而其他数字IP和互连IP却在增长。

有报告显示,亚太地区在2018年半导体IP市场最大份额,预计在预测期间继续保持这一领先优势,并有望成为该市场增长最快的地区。半导体IP的参与者投资增加、制造企业的增加是亚太地区半导体IP市场不断增长的主要原因。截止目前,亚太地区已经拥有超过150家小型IP供应商和IP公司。

国内半导体IP怎样破局

从市场情况来看,目前半导体IP市场是个赢家通吃的赛道,呈现出高度集中趋势,美国和英国企业处于主导地位。2019年全球其中前十大供应商合计占比78.1%,7家为美国和英国企业。实际上国内先前对IP的讨论一直不多,在去年ARM断供华为的消息爆出后,IP才受到更大关注,加剧了IP国产化的急迫性。

在中兴、华为事件之后,半导体国产化声浪高涌,IP的重要性也愈发凸显。中国半导体IP市场起步较晚,创立于2001年的芯原股份依靠30人团队,以为中芯国际研发的标准单元库为起点,首开国内IP授权先河。

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但略显尴尬的是,芯原股份在全球半导体IP市场的份额占比尚不足2%,同时其所积累的IP多是依靠并购而来,在关键的中央处理器(CPU)IP方面则完全丧失话语权。缺乏自主可控的IP,同样也是中国“缺芯”现状中同样非常薄弱的环节。

不过,研发并不是决定实力的唯一因素。IP公司之间的竞争,除了各家技术上的独特性,更多还要看建立生态的能力,ARM能够成为移动时代王者的核心因素,除了CPU和GPU架构等核心IP,还在于联合合作伙伴建立了IP核-芯片-应用的一体化生态,从而形成了高壁垒。

但生态搭建需要时间,这离不开客户的积累。截至去年底,芯原股份累计向250多家客户进行IP授权,去年授权次数仅有65次。反观ARM,仅是去年签署的授权许可协议就达到1767份,近五年客户累计超过450个,包括IBM、高通、英伟达、微软、苹果等全球知名公司。这为ARM搭建完善的生态系统供应链提供了基础,这也是国内IP企业同样存在的差距。

国产IP要弯道超车,或者说打破ARM垄断,具备开源生态的指令集RISC-V是目前最大的机会,中国乃至全球很多大公司都在尝试。RISC-V可能会是中国芯片产业的全新际遇,因为物联网应用的碎片化特性适合打游击战,中国芯片产业在物联网领域RISC-V确实有很好的机会。

RISC-V是加州大学伯克利分校研发的第五代基于RISC(精简指令集计算机)的CPU指令集架构,因具备自由开放、成本低、功耗低等方面的优势,受到全球广泛关注。

与Arm这些商用处理器的专有ISA不同,任何人都可以免费使用开源RISC-V ISA。他们可以将其用作自己的处理器实现基础,而不必为商用处理器付费。换句话说,任何人都可以使用RISC-V ISA来制作处理器,以作为现成的物理设备出售,也可以作为IP内核获得许可,在其他人的SoC设计中使用。

有数据称国内已有上百家企业正在开发或使用RISC-V架构的产品,如阿里旗下的平头哥和中天微,以及兆易创新、华米科技、嘉楠科技、北京君正等企业。

虽然开放式体系结构会吸引许多客户。不过,虽然RISC-V在过去的几年中发展迅猛,但目前国内外尚处在初期,若想形成成熟和可信赖的IP还需时间充分验证。此外,RISC-V具备的碎片化特征在某种程度上也是劣势,如何确定统一标准保证兼容性等亦是需要解决的问题;主力竞争对手ARM也非等闲之辈,此前其已明确要在物联网时代同样获得统治地位,并采取了诸多措施,导致很多人担心RISC-V仅仅是昙花一现。

虽然存在贬褒,但对于有着国产替代紧迫性的中国来说,RISC-V仍不失为一次难得的机遇,这需要政策、资金、人才等多方面的合力。中国能否借此摆脱海外依赖,实现IP自主可控,时间会给出答案。

国内IP厂商这些年在技术上已经有了长足的进步,随着各路英豪的进入,IP的业务模式也在分化。

一类是像华为海思有多年开发芯片的经验,有自己的IP甚至指令集开发实力,但不对外;二是互联网巨头类似阿里,通过收购打造IP平台,因为资金雄厚,一方面可吸引顶尖人才,另一方面没有包袱可放手去做;三是国内独立的第三方IP厂商,立足于各类IP的积累。

IP是一项难做的生意,因为它巨大的成本投入方面。虽然一朝研发成功了,这个IP授权费用会不菲,如果成功了无疑会给企业带来巨大的利好,从而促进他们持续投入研发。

在IP的发展上,除了IP技术本身,对盈利模式的思考、芯片制造环节的支持,还有在编译器、仿真器和soc验证平台等连接IP核到芯片设计的开发链的成熟度,都是影响IP产业发展的关键要素。再加上IP是一个一旦建立了壁垒,就很难打破的行业。也就是说,对于本土的IP从业者来说,这是一个好时代,这也是一个坏时代。



关键词: 半导体 IP

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