上亿市场，满屏美国货，近几年一直被看好的芯片IP到底是什么？

近两年在IC圈，尤其是国内，很多IP企业被中短期看好，理由很简单，芯片设计和先进工艺制造核心技术被少数国际大厂掌握，短时间很难被追赶。

但大量的国内市场需求催生IP解决方案，像处理器IP、接口IP、功能性IP等服务和解决方案可以更高效服务本地芯片市场。

那么问题来了，IC行业说的IP，到底是什么？

一、芯片IP是什么？

在半导体中，我们常说的IP，其实是指IP核心（半导体知识产权核）。

半导体IP（Intellectual Property）指在集成电路设计中，经过验证的、可重复使用且具备特定功能的集成电路模块，通常由第三方开发。

IP内核可以许可给另一方，也可以由一个单独方拥有和使用。IP能帮助降低芯片开发的难度、缩短芯片的开发周期并提升芯片性能，是集成电路产业链上游关键环节，主要客户是设计厂商。

根据不同的设计IP，半导体IP市场可分为处理器IP、接口IP、内存IP以及其他IP（模拟到数字IP和数字到模拟IP）；在IP核的基础上，半导体IP市场主要细分为软核和硬核。

按收费方式分类，IP 商提供许可(license)和版税(royalty)两种模式，其中版税占据较大份额。在许可（Licensing）模式下，设计商按 IP 授权次数付费，是一次性产品授权费。在版税（Royalty）模式下，设计商按制造的芯片数量付费，是跟产品销量挂钩的授权费。

IP就是某个设计好的模块，IP vendor会把IP卖给芯片设计厂商。不同vendor可能会以不同形式交付这个模块，有的只交rtl代码，有的会连着一些后端文件一起交付以方便芯片设计公司做物理实现。

一般来说，稍大一点的SoC芯片都会包括很多第三方IP，有些IP甚至一两家vendor垄断了，比如USB PHY或者PCIe MAC，很多公司都是用的Synopsys的。

ARM、Synopsys和Cadence都是IP vendor，基本上自己不做芯片。很多公司既是IP vendor又自己开发芯片，比如这两年比较火的寒武纪。稍大一点的公司，比如AMD、NV、海思，都有很多有竞争力的IP，但是只自己用，不卖。

二、IP 为什么重要？

绝大多数SOC 厂商都依赖IP 来设计和生产一款SOC 芯片，做SOC 的过程其本质就是寻找，验证及整合IP 的过程。

如果能够找到满足需求的，质量可靠的，验证过的IP 会极大缩短SOC 的开发周期，这个模式在过去几十年已经非常成熟。

IP 非常重要，对IP 的选择除了质量因素，价格也是重要的考量。随着用户数越多，这个价格会被分摊掉，相对容易承受。

随着芯片复杂度的提高，定制化需求越来越多，IP 产品也有自己的开发和生命周期。

是否能够在上市时间和定制化方面更好的满足客户需求，也成为IP 供应商和用户越来越关心的事情。

SOC 对IP 的应用模式随着市场需求，芯片复杂度，上市时间和成本的压力一直在发生变化。从SOC 视角看，对IP 的使用可以简单的分为三种情况：

1、只为这一个芯片定制的IP，通常发生在企业内部。

2、IP的选择来自于IP 平台，成熟的hardening IP。有些企业内部有自己的IP 平台，同时也会选择第三方IP 平台的产品。这类IP 的开发就是为了被大量的用户重复使用以降低成本

3、IP的选择来自于IP 平台，但在SOC SPEC 阶段就一起规划IP 开发，为满足用户的schedule，其研发周期几乎与SOC 同步

不同的IP 策略选择对于验证和芯片回来后的测试也会有不同的影响。

三、满屏的美国IP厂商

IP核在芯片设计中的许可和使用在1990年代很普遍。如今，使用最广泛的IP内核来自Arm，Synopsys，Imagination和Cadence。下图1是全球前十五的设计IP厂商排名，而在这些主要的厂商中，美国几乎占据了大半壁江山，见图2。

图1：全球TOP15 半导体IP厂商排名

图2：半导体IP厂商所属国家

按产品种类分类，半导体IP厂商主要提供包括处理器IP、有线接口IP、物理IP等不同产品。处理器IP是一种数字电路，用于完成取指令、执行指令及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，主要包括CPU IP、GPU IP、神经网络处理器IP（NPU IP）、视频处理器 IP（VPU IP）、DSP IP、图像信号处理器 IP（ISP IP）六大类。

接口 IP 集成了基于协议的功能，其最大份额来自于以数据为中心的应用，主要包括通用串行总线（USB IP）、串行高级技术附件（SATA IP）、高清多媒体接口/显示端口（HDMI/DP IP）等。物理 IP 主要用于模拟及混合信号、物理接口、存储单元和其他的数字 IP，主要包括数模混合IP、射频IP等。

在这些不同的IP产品中，其中接口IP在市场上的重要性正在增长。接口类IP主要集成了基于协议的功能，如USB、PCI Express、以太网、MIPI、SATA、DP，以及Die-to-Die (D2D)接口和内存控制器(DDRn、LPDDRn、HBM、GDDR)。

根据IPnest的统计，2018到2019年，处理器IP的市场份额从53.5%下降到51%，而接口类IP的市场份额则从20.3%上升到22.1%。从增长和市场份额来看，接口IP市场是最大的赢家，2019年的份额为8.7亿美元。而在2009年，接口IP类别仅占了2.2亿美元，在10年里翻了4倍。

2018-2019年IP分类的演进（资料来源：IPnest）

反观国内，大陆只有芯原股份上榜全球IP榜单，当前国产 IP 的产业影响力相对较小，但是本土企业已积极布局。

目前中国大陆有平头哥、芯来、芯原股份、寒武纪、华大九天、橙科微、IP Goal 和 Actt 等IP厂商。而从其产品布局和市场影响力来看，这些IP厂商还有很长的一段路要走。

四、IP为王，实现更多创新

在5G时代，新应用、新产品将层出不穷，需求更多且更加个性化，而芯片也要以更快的速度生产以保证新产品的上市。

比如现今的芯片厂商都在开发5G SoC，以便快速适应5G技术，并将产品及时投放到市场。因此需要考虑采用新工艺的芯片成本、功耗、温度、算力多少，能否快速上市等问题，而IP核的强大之处就在于这些它都帮你验证好了。

一直以来，由于技术壁垒和商业壁垒较高，先进工艺芯片IP产品鲜有国内企业涉猎。作为集成电路产业的关键环节，IP产品的全新突破将有利于国内芯片产业生态的健全与完善。

我们需要通过源头技术创新，打造先进工艺的芯片IP产品，以新技术赋能产业，不断驱动IC行业的发展和进步。

11：从芯片说起~芯片是什么

芯片是什么？大家可以看很多的书，前面有很多导论都有介绍芯片的发展，集成电路技术的演进，很多文章也会介绍包括现在成为焦点的光刻机。

在这儿，我只想给软件行业的同事介绍下芯片是如何决定了软件。不会涉及芯片硬件相关的知识。

一个牛人

我们先来点看起来不想干的知识。介绍一位牛人~图灵。相信大家都听说过图灵测试，甚至有的人还听说过图灵完备的概念。图灵其实也算是计算机的奠基人，冯诺依曼结构在我个人看来，算是对图灵的设想的实现。

图灵的计算机

图灵的计算机非常简单，如下图：

图灵计算机

图灵的计算机将一条纸带上的信息作为输入，机器上内置了一些基本程序，通过不断地读取输入，就能在纸片上给出输出结果。简单的说，你在纸片上写上”1+2“，然后机器就会在纸上打印“3”。

大家发现没有？这跟我们现在看到的芯片是不是很相似。不同的是：芯片的输入是通过总线，其实就是几根线（总线）不断地读取输入（指令），然后根据指令内容改变自己本身的状态（寄存器），最后将计算结果（寄存器）通过几根线（总线）输出出来。

总结一下，芯片在软件人员看起来是什么：芯片其实就是实现了很多“基础函数“的集合体，如果我们要用芯片，就要把复杂的动作拆分成芯片能够识别的函数，然后就可以让芯片干活了。这其实就是个分层设计思想：每层只需要实现最简单、够用的接口，剩下的事跟我没关系，是别的模块儿的事。

芯片IP ：芯片IP，用软件的概念来理解，就是把软件能够干的事，直接让硬件干。我就设计一套电路，能够自动的模拟软件完成计算，这就是IP。就好比外国的机械工程师，他们可以纯机械实现一个计算器。芯片就是拿电路开关实现了一个“计算器”。

芯片的“基本函数”

前面我们说，芯片本质上是电路直接模拟软件完成计算。有一个问题是：现在我们能看到的随便一个复杂的系统，比如Linux，他编译完的二进制镜像内容是很大的，可能有几十个G。这么大的系统，让芯片来模拟可是不行的，复杂度太高。那么芯片应该做到什么程度呢？

自然大家就都能想到的：分层设计啊。我的芯片只做基本功能，剩下的你就调用我芯片的接口就行。这里面引入了软件领域开发常见的一个定律“太复杂你就封一层”。分层设计当然有缺点，如果芯片只做基本功能，那么算法是否高效就取决于码农了，因为芯片只能看到一个个基本接口。这也是为什么现在各种“NPU”芯片热起来的原因，他们要用更为高效、也更为复杂的“基本操作”来帮助码农提升代码性能。回到最开始的一段文字：如果你能将整个神经网络代码全部转换为硬件电路，那你的芯片一定非常快。事实上，这样的芯片已经早就问世了。

大家肯定都能想到的一点：加法、减法、乘法啊！天天看了那么多技术书籍，全都是在讲和强调运算的，怎么用补码，怎么用其他运算实现除法。计算机最初发明的目标也是完成复杂的计算，所以运算操作也是必须的。

但是，“但是”来了。基本的运算芯片是可以做了。如果我给你一个芯片，每次的运算结果你都要自己记下来，然后再输入一次才能完成下次运算。比如一个简单场景：

a = 1

b= 2

c = a + b

d = c - 1

如果芯片要求你必须这么搞：

步骤1：人肉输入a=1

步骤2：人肉输入b=2

步骤3：人肉启动加法器，得到运算结果3

步骤4：人肉观察运算结果，得到3

步骤5：人肉输入c=3

步骤6：人肉启动减法器，得到d=2

发现没，每一个步骤都需要手工做，这不是把人逼疯了。特别是“优秀的程序员都是懒人”，这也得把懒人逼死了。所以我们得把“人肉”操作替换为芯片的操作，让芯片替我们干活。那么我们该怎么做：

从上图可以看出，我们还要增加一种指令：数据传送指令，能够从存储器中读取指令和回写结果。

总结：芯片的基本操作有加、减、乘基本运算指令，还有读取指令回写结果的数据传送指令。有这些我们就可以构建最原始的计算机。

计算机课程上指令其实分为四种：

数据处理指令：包括算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、比较指令等

数据传送指令：包括寄存器之间、寄存器与主存储器之间的传送指令

程序控制指令：包括条件转移指令、无条件转移指令、转子程序指令

状态管理指令：包括诸如实现置存储保护、中断处理等功能的管理指令

总结

芯片单纯从软件角度看，就只是一些基本函数的实现。只不过现在使用半导体集成电路实现了而已，你当然可以用机械的方式实现，或者其他任意的方式，只要它能够实现“基本函数”。这也是生化计算机、机械计算机等等能够行得通的原因。

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