半导体ip授权服务是什么-半导体IP市场规模和主要参与者

电子爱好者网报道（文/程文智） 半导体IP是指经过验证的、可重复使用的具有特定功能的集成电路模块，通常由第三方开发。 IP位于集成电路产业链上游，主要客户为设计厂商。

事实上，一开始并没有独立的IP厂商。 早期，由于芯片种类有限，设计难度相对较低，大多数芯片设计公司都可以自己完成整个芯片设计过程。 早期的半导体公司不仅自己设计芯片，而且还自己处理芯片的制造、封装、测试和销售。 这种类型的公司就是我们现在所说的集成设备制造商。 俗称IDM），如英特尔、德州仪器、摩托罗拉、三星、飞利浦、东芝等。

图：集成电路产业链分类示意图。 （来源：芯原招股书）

第三方IP厂商的出现

由于摩尔定律，半导体芯片的设计和制造变得越来越复杂和昂贵。 单个半导体公司往往无法承担从上游到下游的高昂研发和制造成本。 因此，到了80年代后期，半导体行业逐渐走向专业分工模式——一些公司专门从事设计，然后让其他公司做晶圆代工和封装测试。 重要的里程碑之一是 1987 年台积电 (TSMC) 的成立。

随着下游应用的拓展，芯片种类不断丰富，先进工艺不断演进，增加了芯片的研发成本，并产生一定的研发风险。 1990年，半导体IP行业的领导者ARM应运而生。 探索知识产权许可的商业模式。 它不再设计芯片，而是以授权的形式将芯片设计计划转让给其他公司，成为半导体IP授权行业的领导者。 开始。 ARM本身不再生产处理器，而是转向处理器架构设计，并将设计解决方案授权给其他公司。 这种“合作伙伴”授权“IP核”模式为ARM开创了一个新时代。

通过其开放的IP授权模式，ARM迅速获得了移动处理器市场95%以上的市场份额。 它们与PC/服务器处理器霸主英特尔一起，构成了当前全球半导体行业最低的两个指令集标准。 当时半导体ip授权服务是什么，几乎所有新晋半导体设计公司都选择获得ARM授权，然后在台积电研发生产自己的芯片，形成“IP授权+半导体设计公司+代工厂”的芯片研发模式，大大降低了芯片研发成本。制造芯片。 芯片的成本。

随着超大规模集成电路设计和制造技术的发展，集成电路设计已进入SoC时代，设计变得越来越复杂。 为了加快上市时间，IP复用、软硬件协同设计和超深亚微米/纳米级设计支持的SoC技术已成为当今超大规模集成电路的主流方向。 目前，全球大多数SoC都是基于多种不同的IP组合来设计的，IP已成为集成电路设计和开发中不可或缺的元素。

SoC驱动IP厂商发展

SoC设计的基础是IP核设计和复用技术。 SoC芯片是一个复杂的系统。 如果从头开始实现整个芯片的设计，将需要大量的人力、物力，势必会拖延产品上市时间，影响产品竞争力。 。 为了加快SoC芯片的设计速度，越来越多的设计公司将现有的IC电路一一设计成模块，用于SoC芯片设计中，从而简化SoC芯片的设计，缩短设计时间。

这些可以重复调用的模块称为IP核。 并非所有IC电路都可以用作IP核。 为了满足SoC设计要求，IP核必须具备以下特性：

1、必须满足设计复用要求，专为嵌入式使用而设计；

2、设计必须经过多次优化，对芯片在面积、性能、功耗等方面进行优化；

3、支付一定费用后必须允许多家公司商业使用；

4.必须符合IP标准。

IP核供应商提供的IP可以有三种形式：软核、实核和硬核。

软核是用硬件描述语言描述的综合电路功能模块。 不涉及具体的物理实现，具有良好的灵活性。

固体核心是基于特定工艺库合成的网表。 在结构、面积、表演安排等方面已初步优化。 它介于软核和硬核之间。

硬核是根据特定工艺的布局库生成的物理布局。 它在频率、功耗、面积等方面进行了全面优化，但由于硬核依赖于一定的工艺，灵活性较差，不易移植。

随着先进工艺节点的不断发展，芯片的线宽不断缩小，单芯片上可容纳的晶体管数量也迅速增加，单位面积的性能也相应提高。 IBS报告显示，以80mm²芯片裸片为例，在16nm工艺节点下，单个裸片可容纳21.12亿个晶体管； 在7nm工艺节点下，晶体管数量可增长至69.68亿个。

图：单个芯片裸片上可容纳的晶体管数量的增长趋势（以80mm2面积为例，单位：百万） 数据来源：IBS《设计活动与战略意义》

同时，随着先进工艺的演进和线宽的减小，芯片中晶体管的数量大幅增加，单芯片中可集成的IP数量也大幅增加。 IBS报告称，以28nm工艺节点为例，单芯片可集成的IP数量为87个。当工艺节点演进到7nm时，可集成的IP数量将达到178个。

图：不同工艺节点下芯片中集成的硬件IP数量（平均值）。 （数据来源：IBS《设计活动及其影响》、芯原招股书）

IBS数据显示，半导体IP市场将从2018年的46亿美元增长到2027年的101亿美元，复合年增长率为9.13%。 其中，处理器IP市场预计2027年将达到62.55亿美元，2018年将达到26.20亿美元，年复合增长率为10.15%； 数模混合IP市场预计2027年将达到13.32亿美元，2018年将达到7.25亿美元，年复合增长率为6.99%； 预计2027年射频IP市场规模将达到11.24亿美元，2018年将达到5.42亿美元，年复合增长率为8.44%。

IP市场的主要参与者

半导体IP市场参与者大致可分为两类：一类是捆绑EDA工具的半导体IP供应商，如Cadence、Synopsys等；另一类是捆绑EDA工具的半导体IP供应商，如Cadence、Synopsys等； 另一类是提供专业IP的半导体IP供应商，如ARM、VeriSilicon、CEVA、Imagination等。

根据IPnest统计，2018-2019年全球半导体IP供应商销售收入市场份额分布如下：

表：2018-2019年全球半导体IP供应商销售收入市场份额。（数据来源：IPnest）

多年来，ARM和Synopsys一直稳居全球IP市场前两名，地位非常稳固。 IPnest数据显示，ARM一度控制了50%的IP市场，并且一直是市场的领导者。 不过，其市场份额近两年有所下降，从2018年的44.7%下降至2019年的40.8%。排名第二的新思科技营收增长13.8%，赢得18.2%的市场份额。 位居第三的是Cadence半导体ip授权服务是什么，其IP收入增长了22.9%，占据了5.9%的市场份额。

ARM 在 IP 总收入方面继续领先市场，其专利使用费每年超过数十亿美元，远远超过竞争对手。 然而表情包设计，随着市场竞争持续加剧，ARM 2019 年 IP 总收入略有下降。IPnest 分析显示，ARM 销售额下降主要是由于非处理器 IP 重要性的增长。

表：主要IP供应商的产品布局。 （来源：芯原招股书）

ARM：处理器IP的领导者

凭借在移动CPU市场的垄断地位，ARM已成为全球最大的CPU IP和GPU IP供应商。 2018年，52.6%的智能手机使用ARM的GPU核心，99%的智能手机使用ARM的CPU（Cortex）核心。 CPU和GPU IP占据了整个IP行业约50%的市场份额。 因此，ARM的领先地位相当稳固。

国内95%的国产SoC都是基于ARM处理器技术。 ARM拥有超过150家中国授权客户，使用ARM技术的中国客户出货量超过160亿颗。

由于IP公司采用的商业模式是轻资产模式，这些公司没有自己的品牌产品，而是提供一站式芯片定制服务和半导体IP授权服务。 因此，半导体IP行业是一个高毛利率行业，近三年来ARM的毛利率一直保持在92%至95%之间。

不过，自2016年被软银收购以来，ARM近年来营收一直呈下滑趋势。 这主要是由于近年来非处理器IP的重要性日益增加以及移动应用处理器市场增速放缓。 造成的。 但这并不影响ARM的行业领先地位。

近日，NVIDIA宣布将以400亿美元从软银集团手中收购ARM。 长远来看，ARM将受到美国CFIUS监管，中国半导体企业需要及早做好规划。

想象力：GPU IP之王

Imagination Technologies是一家英国科技公司，专注于半导体及相关知识产权授权，销售PowerVR移动图形处理器、MIPS嵌入式微处理器和消费电子产品。 该公司还提供无线基带处理、网络、数字信号处理器、视频和音频硬件、IP 语音软件、云计算以及芯片和系统设计服务。 2017年，董事会宣布该公司被中资CanyonBridge收购。

Imagination曾为苹果供应图像处理器（GPU），在图像处理器（GPU）领域，与高通、ARM并驾齐驱，占据全球三分之三的份额。 它占据了大约三分之一的GPU市场，并在2019年推出了有史以来最快的GPU IP，旨在扭转定制GPU市场份额流失的趋势，让授权GPU IP重新回到性能前沿。 最前沿。

CEVA：DSP IP 领导者

CEVA 是无线连接和智能传感技术领域的领先授权商，为传感器融合、图像增强、计算机视觉、语音输入和人工智能提供数字信号处理器、人工智能处理器、无线平台和补充软件。 CEVA 与世界各地的半导体公司和原始设备制造商 (OEM) 合作，为移动、消费、汽车、机器人、工业和物联网等各种终端市场打造节能且智能的互联设备。

其产品包括：

超低功耗 IP，包括基于 DSP 的综合平台，用于移动和基础设施中的 5G 基带处理、适用于任何支持摄像头的设备的高级成像和计算机视觉以及跨多个 IoT 市场的音频/语音/语音传感应用。

蓝牙IP和WiFi IP，面向无线物联网，提供业界最广泛采用的蓝牙IP（低功耗、双模）、Wi-Fi4/5/6（802.11n/ac/ax）和NB-IoT。 CEVA在DSP（可编程数字信号处理器）IP领域排名全球第一，也是WiFi和蓝牙领域第一的IP授权商。

Synopsys：提前布局接口IP

过去十年，智能手机成为IP产业进步的强大推动力。 处理器IP受益最多，并迅速成长为全球最大的IP类别。 与此同时，LPDDR、USB、MIPI等接口协议也蓬勃发展。

智能手机行业仍然活跃，但已经达到顶峰。 IP销售新的增长动力转向以数据为中心的应用，包括服务器、数据中心、人工智能等。下游数据的爆发式增长需要更高的带宽来满足数据交换的需求。 更高速的接口协议出现，接口IP市场发展迅速。

2019年吉祥物设计，有线接口IP约占全球IP市场的22.1%，规模达8.7亿美元，较2018年增长2%，是增长最快的IP市场。

根据IPnest《2015-2019年接口IP调查及2020-2024年预测》数据显示，接口IP市场预计未来五年将保持高速增长，到2025年将达到18亿美元。

接口IP的重要性日益增长，其在整个IP市场中的比重正在抢夺处理器IP的市场份额，成为最具发展潜力的IP类别。 在有线接口类别中，Synopsys 是明显的领导者，2018 年约占 45% 的市场份额，约占物理 IP 市场的 35%。

由于EDA和IP的商业模式非常相似，并且有共同的客户，因此EDA和IP的结合可以增加用户粘性。 自1986年成立以来，新思科技已发起80起并购交易，收购上下游产业链，扩大业务规模，整合技术。 在2008年超越Cadence成为全球最大的EDA工具制造商后，Synopsys也开始在IP行业进行战略布局，不断收购优质IP资产，巩固行业领导者的地位。

过去三年，新思科技的IP收入占比从28%上升至31%。 新思科技的IP收入份额增加，导致毛利率增加。

Cadence：DSP和接口IP领域的重要参与者

Cadence是EDA行业第二大厂商，IP行业第三大厂商。 它于1988年由SDA和ECAD合并而成。 到1992年，它已经占据了EDA行业的领先地位，但在2008年被Synopsys超越​​。

Cadence在IP领域的定位始于2010年收购Denali，通过收购各自细分市场的中小型供应商领导者打造自己的IP产品。 2019年，接口IP和DSP IP为Cadence的增长做出了巨大贡献。 力量。

Cadence过去三年IP市场份额提升的一个重要原因是其业务线的拓展以及收购NuSemi后其DSP IP产品的成功。

芯原：中国最大的IP供应商

作为中国大陆第一、全球第七的半导体IP授权服务商，芯原拥有五类处理器IP、1400多个数模混合IP和射频IP，每年流片超过40个客户芯片一般。 在全球排名前七的半导体IP授权供应商中，IP类型的齐全也具有很强的竞争力。 其中DSP IP市场占有率位居全球前三，GPU IP（含ISP）市场占有率位居全球前三。

芯原的主要业务模式是芯片设计平台即服务模式。 SiPaaS模式是指基于芯原自有半导体IP构建的技术平台，为客户提供一站式芯片定制服务和半导体IP授权的商业模式。

目前，芯原拥有用于集成电路设计的GPU IP、NPU IP、VPU IP、DSP IP、ISP IP等五类处理器IP，以及1400多个数模混合IP和射频IP。

2019年，芯原IP授权业务市场份额位列中国大陆第一、全球第七。 芯原拥有相对完整的IP组合和大量的IP，在功能多样性和应用领域方面拥有更大的拓展空间，也为客户提供了更全面的选择，体现了芯原的技术实力。 、积累和可靠性。 同时，由于各类IP均源自芯原自主研发的核心技术，且研发时考虑了各IP之间的内生关联性和兼容性，因此具有较强的耦合深度、可控性和可塑性。

芯原的主营业务包括IP授权和芯片定制业务，其中芯片定制业务贡献高收入，IP授权业务贡献高毛利率。 2019年，芯原芯片定制业务实现营收和毛利分别为902元和1.23亿元，营收和毛利占比分别为67.33%和22.91%； IP授权业务实现收入438元、毛利4.15亿元，收入占比32.67%、毛利占比77.09%。

此外，SST主要专注于Superflash（NOR闪存技术）、NVM、IDM等解决方案和IP产品，并于2010年被Microchip收购； Achronix专注于高端FPGA解决方案，提供专业的独立芯片、芯片组合封装等服务，2015年被Intel收购； Rambus专注于高速芯片接口发明和设计的技术授权，专注于DRAM IP供应，存储器接口IP市场排名全球第三； 来自中国台湾的eMemory是全球最大的逻辑工艺非易失性存储器硅IP制造商。

国内IP供应商已开始积极布局

在当前中美博弈的背景下，集成电路产业是国家战略产业。 目前，我国大部分芯片都是基于国外公司的IP授权或架构授权，因此IP和芯片底层架构的国产化刻不容缓。 在市场对国产芯片IP的迫切需求下，国产半导体IP供应商将迎来历史性的发展机遇。

目前国内IP厂商市场占有率较低，影响力不大，但已经积极布局，其中包括已上科创板的全球第七、国内第一的芯原董事会、和汉，国内AI芯片独角兽。 吴吉，以及多年来深耕细分领域的本土IP厂商，其中包括本土RISC-V生态领军者芯来科技，提供从0.18um到0.18um的全套高速混合电路IP核5nm，拥有完全自主知识产权。 提供CPU、DSP、GPU和AI处理器IP的华夏芯、提供高速接口IP的华大九天等，这些IP厂商不断强化各自领域，有望迎来行业大发展红利时期。

寒武纪：人工智能领域的探路者

寒武纪聚焦云、边、端一体化的智能新生态，致力于打造各类智能云服务器、智能边缘设备、智能终端的核心处理器芯片，让机器更好地理解人类、服务人类。 目前，寒武纪已与智能行业多家上下游企业建立了良好的合作关系。

2016年，寒武纪科技正式成立，并完成天使轮融资（投资方包括元和原点、科大讯飞、永华投资）； 同年推出的“寒武纪1A”处理器是全球首款商用深度学习专用处理器，并发布了全球首个智能处理器指令集Cambricon ISA。 2017年，完成A轮融资（投资方包括国投创投、阿里巴巴、联想创投等），成为全球智能芯片领域首家独角兽创业公司； 全球首款集成寒武纪1A处理器的人工智能手机芯片华为麒麟970正式发布，并在华为Mate 10手机中投入大规模商用。 2019年，边缘AI芯片思元220推出，标志着寒武纪实现了云、边缘、终端的全方位、立体化覆盖。

如今寒武纪已成为国内AI芯片独角兽，是全球为数不多的全面系统掌握智能芯片及其基础核心技术的公司之一。

芯来科技：RISC-V处理器IP制造商

芯来科技是中国大陆第一家专业RISC-V处理器核IP及解决方案公司。 是本土RISC-V生态系统的领导者。 携手合作伙伴发布了全球首款量产的基于RISC-V内核的通用MCU产品。 目前已全面推向市场。 自主研发的RISC-V处理器IP已获得多家知名芯片公司授权量产，实测结果达到业界一流指标。

芯来科技目前是RISC-V基金会银级会员、中国RISC-V产业联盟（CRVIC）发起单位及副理事长单位、中国开放指令集生态系统（RISC-V）成员单位）联盟（CRVA）。

目前，芯来科技多系列处理器核心产品及解决方案已向客户推出并量产。 已有百余家国内外客户授权使用。 2019年，芯来科技联合推出全球首款RISC-V架构通用MCU，推出搭载Linux操作系统的应用级处理器UX600内核，完成自有软件系统建设，引进多项国际国内重量级产品合作伙伴，并通过升级版“一分钱计划”继续降低RISC-V应用门槛，通过“RVMCU网站”构建RISC-V交流社区，支持RISC-V教育生态发展通过“大学计划”。

近日，新来科技完成新一轮战略融资，由小米长江产业基金领投，老股东兰驰创投、新微资本持续追投。

此外，其他国内IP厂商还包括华夏芯片、华大九天、智原科技、创意电子、光明半导体、宏晶科技、时芯电子等。

表：国内其他IP供应商及其主要产品布局。

结论

总体而言，半导体IP产业具有巨大的市场增长潜力。 随着技术的进步，IC设计的难度、复杂度、成本、风险日益增加，行业内的专业分工将变得更加清晰。 这将导致对半导体IP的需求增加。 预计2027年全球半导体IP市场空间将较2018年增长120%至101亿美元，其中包括中国在内的亚太地区增速最高。

但目前国产IP的行业影响力还比较小。 目前中国大陆主要IP厂商有芯原、寒武纪、华大九天、诚科微、IP Goal、Actt等。 而且国内IP厂商目前主要提供接口IP，CPU IP等其他产品产量很少。 不过，近两年来，国内厂商在人工智能这一热门领域取得了快速进展。 以寒武纪为代表的国内厂商在NPU IP方面具有较强的影响力； Horizo​​n的BPU IP产品也表现出色。 但总体来看，国内IP产业还比较薄弱，尤其是CPU方面，仍需取得突破。

相信在国内厂商的努力下，未来IP市场上将会出现越来越多的国内厂商。

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