英偉達(dá)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(yùn)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(dá)真的將Arm收入麾下,，那么必將會讓美國補(bǔ)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(shí)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(shí)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(jì)中,，經(jīng)過驗(yàn)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(dú)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(jì)廠商,。
根據(jù)不同的設(shè)計(jì)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(xì)分為軟核和硬核,；按收費(fèi)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(jì)商按 IP 授權(quán)次數(shù)付費(fèi)，是一次性產(chǎn)品授權(quán)費(fèi),。在版稅（Royalty）模式下,，設(shè)計(jì)商按制造的芯片數(shù)量付費(fèi)，是跟產(chǎn)品銷量掛鉤的授權(quán)費(fèi),。
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(jì)將推動市場發(fā)展的主要因素是消費(fèi)電子領(lǐng)域的多核技術(shù)的進(jìn)步以及對現(xiàn)代SoC設(shè)計(jì)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?yàn)樘幚砥鱅P在消費(fèi)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(jì)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(fèi)。由于技術(shù)市場的波動,，特許權(quán)使用費(fèi)的市場正在蓬勃發(fā)展,，因?yàn)榘娑惖哪Ｊ娇梢詭椭圃焐躺a(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(jì)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(jì)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(jì),，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(jìn)（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(fèi),。（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(xiàn)，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(dá)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?yàn)閮杉夜径际亲銐虼蟮墓?，?cái)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(jì)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(yàn)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(bǔ)充Cadence強(qiáng)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(diǎn)的ESF-3。從ESF-1到ESF-3，該技術(shù)已被證明具有可擴(kuò)展性,，與標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)技術(shù)正通過其依賴的電子設(shè)備和機(jī)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(dú)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(jìn)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(fù)載進(jìn)行了優(yōu)化的機(jī)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(jì)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(shí)處,，暫且還將其歸到美國陣營,。
盡管智能手機(jī)熱潮繞過了MIPS架構(gòu),，但基于它的近100億個芯片已經(jīng)運(yùn)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(jī)頂盒，住宅網(wǎng)關(guān)和路由器,。
國內(nèi)也有不少M(fèi)IPS的忠實(shí)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(dú)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(biāo)準(zhǔn)核心微體系結(jié)構(gòu)基于RISC-V ISA,，可提供64位和32位選項(xiàng)。
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(qiáng)之列,，排在第12位。在前15家半導(dǎo)體IP公司中,，Arteris IP的年?duì)I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(jī)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(jī)、物聯(lián)網(wǎng),、相機(jī),、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(jì)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(xì)分市場或子細(xì)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(jì)（和產(chǎn)品）的質(zhì)量是第一位的,，能夠提供創(chuàng)新和先進(jìn)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(dāng)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(jì),、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,。