IP核：實現“十四五”規劃目標的基石

芯師爺|Core master|

2022-03-07 03:23:10 3

隨著全球電子信息產業的爆發，全球集成電路設計行業一直呈現持續增長的態勢。我國的集成電路設計產業憑借廣大的市場需求、穩定的經濟發展和有利的產業環境等優勢條件，已成為全球集成電路設計行業市場增長的主要驅動力。

集成電路產業：“十四五”發展規劃總體目標下的發展機遇

數據顯示，集成電路設計業銷售收入從2015年的1325億元增長到2019年的2947.7億元，預計2020年，中國集成電路設計行業市場規模將突破3500億元。在2020年上半年，雖然受新冠肺炎疫情影響，但我國集成電路產業依然保持快速增長，1~6月份銷售額達到3539億元，同比增長16.1%；其中，設計業銷售額為1490.6億元，同比增長23.6%；由此可見，IC設計是國內集成電路產業中最具發展活力的領域。

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*數據來源：中商產業研究院

近年來我國也對IC設計行業制定了相關法律及產業政策。

*資料來源：中商產業研究院

另外，各級政府也紛紛發文支持IC設計產業發展。

資料來源：中商產業研究院

自重大專項、推進綱要實施以來，我國集成電路“十三五”期間取得一些標志性成果，如12英寸特色工藝生產線投產、國內14nm FinFET工藝量產、國產128層3D NAND閃存發布、國產5nm蝕刻機進入臺積電驗證等。目前，我國集成電路行業迎來利好的發展時期，“十四五”期間集成電路產業將得到更*、高質量的發展。高端裝備、集成電路、新一代人工智能等在內的未來產業，將有望成為“十四五”科技創新規劃的重要內容。

IP核：集成電路產業鏈上游關鍵環節

中國集成電路產業已經成為全球半導體產業關注的焦點，由集成電路產業帶動下的計算機、通信、消費類電子、數字化3C技術的融合發展以及計算機國際互聯網的廣泛應用孕育了大量的新興產業，為我國國民經濟的持續、快速發展注入了新的活力。

集成電路是信息產業的基礎,21世紀信息產業的飛速發展,使集成電路呈現出快速發展的態勢,而以軟硬件協同設計,IP核復用和超深亞微米為技術支撐的SoC已成為當今超大規模集成電路的發展方向,是集成電路的主流技術。SoC設計面臨諸多挑戰,其中IP核的復用最為關鍵。

芯片設計中的IP核（Intellectual Property Core）是指在半導體集成電路設計中那些具有特定功能的，可以重復使用的電路模塊。形象些的比喻，IP核如同元器件，芯片如同電路板，通過在電路板上集成各類功能的元器件，就可以設計出針對不同應用場景的電路系統板，而集成電路（Integrated Circuit）顧名思義，就是在片內集成了多個IP核，能完成多種功能的縮微電路。

芯片設計公司通過購買成熟可靠的IP授權，就可實現芯片中的各種特定功能，從而無需對芯片每個細節都自行完成設計。這種開發模式，極大的縮短了芯片開發的時間，降低了開發風險，提高了芯片的可靠性。是集成電路產業鏈上游關鍵環節，主要客戶是芯片設計廠商。

為什么IP核越來越重要？

一方面，市場需求快速變化，這就要求產品的上市時間越來越短。要在這么短的開發周期內可靠完成SoC芯片設計，就只有通過大量集成驗證成熟的IP核，來加速設計流程，因此SoC設計公司對成熟IP的依賴程度日益增加。另一方面，智能化、網絡化成為產品的發展趨勢，SoC的產品功能和性能也因之提升，這就導致SoC設計規模和復雜度隨之增加，SoC開發團隊規模也隨之擴大，但想在設計中面面俱到，全部自行開發完成，從技術實現上看不現實，從成本投入上看不經濟，從開發周期上看不滿足。因此只有通過IP集成，才可以解決這一現實問題。IP核從而成為了SoC的設計基礎，深刻的影響著SoC的設計業發展。

2019年，全球IP市場超過40億美元，從經濟規?？?，每1美元的IP支出將帶動和支撐100倍的芯片市場。在中國，過去20多年來，本土芯片設計公司的逐步發展，尤其離不開IP核，影響著大量芯片項目的規劃、架構、功能、成本、技術支持和品質管理。本土晶圓廠和設計服務公司，也視IP為極為重要的客戶項目抓手。

IP核的分類

根據IP核在SoC中的技術類型可以將其分為數字IP和物理IP兩大類。

數字IP包括處理器IP，例如我們熟知的CPU, GPU, DSP, NPU等，其他數字IP包括多媒體編解碼、通訊基站協議、存儲控制器、總線及數字接口控制器等等。一般數字IP交付形式為經過數字驗證的RTL代碼，與工藝制程無關。

物理IP是基于不同工藝制程的器件模型和設計規則設計的，最終以GDSII文件形式交付給用戶，包括以下類型：

（1）有線連接接口物理層PHY IP，例如雙倍速率存儲器接口DDR（DoubleData Rate）、通用串行總線USB（universal serial bus）、串行*技術附件SATA（serial advanced technologyattachment）、PCIe（peripheral component interfaceexpress）、高清多媒體接口HDMI（high definition multimediainterface）、顯示端口DP （Display Port）、移動產業處理器接口MIPI（Mobile Industry Processor Interface）等，一般遵循業界的統一標準；

（2）模擬及數?；旌螴P，例如模數/數模信號轉換器（ADC/DAC）、電源管理類IP、時鐘類IP等等；

（3）非易失性存儲IP，例如嵌入式Flash存儲器、單次/多次可編程（OTP/MTP）存儲器等等；

（4）無線通信射頻類IP，例如WiFi、藍牙、GPS、NFC等；

（5）基礎IP，包括邏輯單元庫（logicstandard cell library），靜態隨機存取存儲器（SRAM）、輸入輸出IO等。

*銳成芯微IP測試芯片

按主流商業模式分類：IP 供應商提供許可(license)、版稅(royalty)以及許可+版稅的三種模式，其中許可+版稅的模式占據較大份額。許可費是通常由IP使用方按 IP 被授權次數付費。版稅費用一般是IP使用方按其生產的芯片數量付費，是跟產品銷量掛鉤的授權費。除此之外，還有技術授權（technology license）、架構授權（architecture license）等更為深層合作的授權模式。

一個可復用的IP核交付給用戶，必須要具備完整的系統設計與應用參數規格說明（specifications），各種兼容的應用模型、可配置性、驗證代碼和測試文件，通用的總線接口以及通用的檢測接口，功能驗證、邏輯綜合和物理設計驗證等相關的腳本（script）文件、設計和轉讓文檔等。

IP核和EDA 互為發展助推劑

IP設計開發，同芯片設計開發過程一樣都離不開EDA工具和設計流程。EDA工具和IP共同成為IC產業的基礎，只有在芯片設計環節有效借助EDA工具和IP核資源，才能開發出有市場競爭力的產品。縱觀芯片產業鏈，從設計、制造到封裝、測試，重中之重還是在芯片設計環節，因此EDA和IP可謂是芯片產業鏈的“任督二脈”。

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EDA是電子設計自動化（ElectronicDesign Automation）的簡稱。EDA是芯片設計必需、也是最重要的集成電路軟件設計工具，是芯片設計最上游的產業。經過幾十年發展，從仿真、綜合到版圖，從前端到后端，從模擬到數字再到混合設計，以及后續的工藝制造等環節都有EDA工具輔助，可以說現代EDA工具幾乎涵蓋了芯片設計制造的方方面面，具有的功能十分*。EDA工具按不同階段可粗略的劃分為前端技術、后端技術和驗證技術，各個技術之間有所重合。

對于IP來說，好的布局和布線會節省面積，提高信號的完整性、穩定性，提高IP的可靠性。所以EDA軟件對于IP設計至關重要。借助這個自動化工具，工程師就可以在電腦上對IP進行電路前后端設計以及驗證操作，更高效地完成設計、仿真、布局布線和驗證。

近年來，由于市場需求和先進制程的突破，對IP的功能需求越來越高，也不斷推進EDA升級迭代，IP和EDA互為推進發展突破，已經形成不可分割的關系。

本土IP：向平臺化“進階”

在2020*半導體大會*論壇上，清華大學清華大學微電子學研究所所長、中國半導體行業協會副理事長魏少軍教授表示：如今的IP市場是一個被海外廠商高度壟斷的市場，根據SIA最新發布的數據顯示，2020年全球半導體上半年的增長達到4.5%，銷售額達到2085億美元，而中國海關統計顯示，2020年1-6月份的集成電路進口達到1546.1億美元，增長12.2%，把這兩個數據放在一起，我們就會發現2020年上半年全球半導體增長100%由中國是貢獻的。

國產IP企業發展的困境是，需要不斷為每次技術更新而重新投入研發，這是一個要下真功夫、花大氣力、啃硬骨頭的技術密集型行業；首先，IP核的技術發展與工藝技術發展密切相關，目前全球主流的先進工藝技術是10/7 nm成套工藝，未來3年內5 nm的成套工藝也將進入產業化階段。隨著半導體制造工藝遵循摩爾定律繼續發展，工藝特征尺寸持續變小，這也將進一步提高對IP核的設計和驗證要求。其次，IP相較制造業來說本身產值不大，因而地方政府重視程度不足，同時*在這一領域的投入也尚未能直接惠及IP公司。三是雖然IP技術含量很高，但國內IP公司普遍體量較小，大都未及上市標準，投資機構難以青睞。

在如此的環境下，國產IP廠商也在奮力突出重圍。如本土IP廠商銳成芯微（Analog Circuit TechnologyInc., 簡稱ACTT）就從超低功耗技術這一個“點”起步，逐步構建成超低功耗模擬IP和高可靠性非易失性存儲器IP的兩點一“線”，并進而形成模擬IP、存儲器IP和射頻IP的三足鼎立的產品格局，一舉構建完成適用于物聯網、汽車電子、醫療電子等各個方向的多個平臺化產品。

自2011年成立后，銳成芯微的IP在市場上的表現亦勢如破竹：先后與20家晶圓廠建立了合作伙伴關系，累計交付了500多種IP，擁有190多項專利，并已被300多家客戶的數百個產品使用，客戶累計出貨超過300萬片晶圓。

*銳成芯微（ACTT）創始人兼董事長向建軍

應用平臺化是IP產業的戰略方向。銳成芯微董事長兼創始人向建軍認為，通?？蛻羝髽I會同多個IP供應商采購IP，這一方式本身就帶來了極大的溝通成本和協作風險，往往為了協調各IP間的特性和功能以滿足芯片的要求，客戶需投入大量的人力和時間去協調各方資源進行討論和處理，再則，零散的采購降低了客戶的議價能力，采購成本要遠高于集中化采購。而銳成芯微的平臺化IP產品，為客戶帶來的不僅僅是上述投入成本和風險的降低，還可以基于自身對應用的深刻理解和同類型客戶項目的經驗累積，從規格定義到設計細節再到常見問題規避，都可為客戶提供切實的技術協助，更重要的是為客戶產品本身帶來更高的附加值。

國內集成電路IP核的標準由誰來制訂？

在后摩爾時代，應用驅動對于中國市場是有優勢的，巨大的應用市場讓我們可以用某一種應用來引領*潮流，確定整個*的標準。未來包括智慧城市、大健康等領域，一個人口眾多的*很有可能在萬眾創新的思維或者是氛圍下，做到這一點。中國作為制造大國非常有優勢，像華為等國內*企業都在鋪設IoT的平臺并推出自己的標準，在執行新標準上，中國企業由于更靠近市場，因此擁有更低的溝通成本和更快的響應快速。

在科技應用領域，各行業都有標準，USB接口已經發展到了4.0標準、電視也有了8K標準、5G有5GNR標準，這些標準都是在技術和市場競爭發展的演進中形成。在沒有標準的年代，每家廠商都有著自己的標準，導致應用市場的交互使用體驗混亂，當市場格局出現多寡頭或者由*意志進行引導，標準的優勢和作用顯得更順應市場。

IP與應用具有強相關聯系，比如射頻模塊、基帶模塊都能設計成為一個IP形式來落地應用。在當下中國已成為全球規模最大、增速最快的集成電路市場的背景下，IP的形態優勢能幫助中國企業在芯片行業提出更多行業標準。今年我國的3GPP NR + NB-IoT RIT技術便成為了5G標準之一。

IP行業產業鏈分散、高度全球化，某一個*的標準很難約束到企業行為，反而企業標準主導著這個產業的進步。例如蘋果取消了耳機3.5mm插孔，華為之前也改變了存儲卡的規格，這不是任何政府機構或者行業組織主導，而是企業主動做一些事去領導這個行業，其他廠商去跟隨。在某些企業市場規模達到一定程度并具有極高市場話語權的時候，就有機會主動去帶領整個產業鏈建立標準。

給集成電路人才多一些培養時間

最近，受美國限制華為高端芯片事件影響，市場對芯片類創新創業人才的關注度明顯提升。天眼查不久前披露的一份數據顯示，今年二季度集成電路企業需求人數約為申請人數的2.6倍，芯片設計人才的需求擴張甚為明顯；《中國集成電路產業人才白皮書（2019-2020年版）》顯示，按當前產業發展態勢及對應人均產值推算，到2022年前后全行業人才需求將達到74.45*左右，其中設計業為27.04*。白皮書梳理了集成電路緊缺崗位的情況，排名*最緊缺的芯片設計崗位是模擬芯片設計。

集成電路設計人才短缺，尤其是包括模擬IP在內的模擬設計人才最緊缺，是因為芯片行業涉及的技術難度大、壁壘高、周期長，工程師需要掌握包括數學、物理、化學、機械、材料、計算機、微電子、電子工程、通信工程、自動化、光電信息等等專業知識，既需要具備專業基礎理論，也需要長時間的實際經驗積累，長周期的培養模式，不斷積累經驗，對設計流程、設計架構和電路細節都有著精益求精的匠心精神；

產學研界也一直在探討合作一體化模式，培養階梯人才，與國際*的同業者交流技術和管理經驗，加強培訓及合作，吸納全球前沿技術，達到人才和技術成長齊頭并進。

“十四五”期間 IP核將助力集成電路得到更*、高質量發展

今年，國務院印發《新時期促進集成電路產業和軟件產業高質量發展的若干政策》，對集成電路行業提出了涉及財稅、投融資、研究開發、進出口、人才、知識產權、市場應用、國際合作等方面的利好政策。集成電路行業是國民經濟和社會發展的戰略性、基礎性、先導性產業，是電子信息產業的核心，此次發布的扶持政策也表明*要大力發展集成電路產業。

我國集成電路產業前景明朗，市場規模持續增長。預計2025年，我國集成電路市場規模將超過2萬億元，有望超過2.38萬億元。“十四五”期間將期待有更多的利好政策出臺，涉及集成電路產業的細分領域。而IP核，作為實現這一宏偉目標的基石，將推動產業鏈主要環節向縱深應用和先進水平不斷發展。

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