從集成電路產業(yè)構成來看，IP屬于底層技術，非常關鍵。值得一提的是，通常留給設計者完成熱門IC設計的周期一般只有3個月，但IC的復雜度以每年55%的速率遞增，設計能力每年僅提高21%，因此，IP的復用可以大大節(jié)約時間。

數據顯示，去年全球50億美元的IP銷售額帶動了5000億美元的全球半導體銷售額，換言之每1美元的IP支出能夠帶動和支撐100倍價值的芯片市場。從市場價值來看，IP的全球市場規(guī)模約為50億美元，撬動著6000億美元的半導體產業(yè)不斷向前發(fā)展。

接口 IP 市場從 2017 年到 2021 年以 21% 的復合年增長率增長，我們回顧了這個市場的一部分僅限于 PCIe、DDR、以太網和由 PHY 和控制器組成的D2D IP，它們目標是最先進的技術節(jié)點和最新的技術節(jié)點協議發(fā)布。為此，我們認為，專注于高端互連 IP 投資的 IP 供應商可以在2022 年至 2026 年以 75% 的復合年增長率增長。

國內半導體IP已經覆蓋處理器和微控制器、存儲器、外設及接口、模擬和混合電路、通信、圖像和媒體等各類IP。但是本土IP產業(yè)的規(guī)模并不大，國內如何突圍現在的“卡脖子”現狀呢？

01、IP動力來源

2010年初，接口IP一直以無線移動為主，其收入的很大一部分來自該細分市場。高端手機在2010年底依然充滿活力，2020年則擁有了很多接口IP，如LPDDR5X、MIPI攝像頭/顯示接口、PCIe 3/4、UFS 3.1、eUSB和USB 3.1/DP，但諸如HPC、數據中心、人工智能或存儲等數據中心領域正在蓬勃發(fā)展，并維持了 DDR 內存控制器（DDR5、LPDDR5、HBM）、PCIe 和 CXL 等協議的增長（當汽車和移動設備仍在使用 PCIe 3 / 4 時，數據中心采用 PCIe 5 ) 和以太網/SerDes（2021 年開始的 112G SerDes 設計意義重大）。

十年前，“一站式”（One-Stop-Shop）模式是 IP 廠商的口頭禪，這一戰(zhàn)略對 Synopsys 也極為有利，他們在接口 IP 類別中也占有 55.6% 的市場份額。我們看看其他遵循“一站式商店”模式的供應商，擁有 14% 市場份額的 Cadence 、擁有 3.4% 市場份額的 Rambus 都沒有 Synopsys 成功。

下游數據爆發(fā)性增長需要更高的帶寬來滿足數據交換的需求，更高速的接口協議應運而生，接口IP市場得到快速發(fā)展。2019年有線接口IP約占全球IP市場22.1%，為8.7億美元，占比相對于2018年提升2%，是增速最快的IP市場。

IPnest曾分析，從現在到 2025 年，接口IP將保持極高的增長率。根據IPnest提供的數據，接口IP 供應商在2020年的收入總額為10.68億美元，而2019年這個數據為8.72億美元，同比增長率為22.4%，并確認增長會是長期的跡象。

接口IP的增長動力是來自以數據為中心的應用、超多純量（hyperscalar）、數據中心、存儲、有線和無線網絡以及新興的人工智能的需求。所有這些應用都需要越來越高的帶寬，從而推動 PCIe、以太網和 SerDes 或內存控制器 IP 等接口協議的增長。從熱門細分市場也可以看出，5G、汽車電子、IoT、AI、云計算等領域，都需要多種不同協議的接口IP。

02、如何掌握接口IP市場？

隨著摩爾定律的持續(xù)演進，芯片的集成度越來越高，設計復雜度和難度也隨之水漲船高，IP在芯片設計中的重要性愈發(fā)凸顯。如今，以IP復用為基礎的SoC開發(fā)已成為業(yè)界主流。

在數字化轉型的趨勢下，大規(guī)模數據處理和計算需求激增，接口IP技術對于高性能計算的重要地位不斷推高其市場規(guī)模，現已成為市占率第二的IP種類。據IPnest預測，2025年接口IP市占率有望超過CPU，成為排名第一的IP品類，而未來接口IP市場增量將主要來自與數據中心關聯度較高的PCIe IP、DDR IP以及以太網/D2D。

在50億全球IP市場需求中，當前大部分仍由全球較領先的公司提供。而這50億美元需求中，中國市場約15億美元，占比30%；15億美元的中國市場中，中國本土IP公司的自給率還不到10%。

國內IP廠商雖然目前規(guī)模有限，不過就產品種類而言，國內半導體IP已經覆蓋處理器和微控制器、存儲器、外設及接口、模擬和混合電路、通信、圖像和媒體等各類IP。雖然國內芯片設計公司的增長加大了對IP的需求，但目前仍以購買國外IP為主，本土IP產業(yè)的規(guī)模并不大。

DDR IP迎來快速發(fā)展

隨著5G通訊、物聯網、自動駕駛、人工智能等應用蓬勃發(fā)展，暴增的數據量對計算性能、存儲容量、數據傳輸速率都提出了更高要求。除了CPU核及運算密度，大容量內存與儲存裝置、內存數據存取能力也成為數據中心的核心，推動內存處理接口IP——DDR IP需求迅猛增長。

時下，DDR總線標準逐漸演進，自DDR3 至DDR4/DDR5，最高速率從2133Mbps提升至3200-6400Mbps，容量也由8Gb提升到16-64Gb，支持更高帶寬、更高速存取及更高內存密度的需求。

國內DDR IP供應商中，芯動科技是DDR代際品類和覆蓋面相對較全的IP公司，所能支持的速率也達到了較高的水平。芯動科技的存儲接口IP全面支持JEDEC DDR5/4/3/2、LPDDR5X/5/4X/4/3/2、HBM3/2e，均包含PHY和控制器IP。此外芯動科技還是從GDDR5到GDDR6X全覆蓋的IP廠商，據其官網所述，GDDR6X是世界上第一個經過硅驗證且的商用GDDR6/6X IP，為全球高性能芯片公司提供了重要的接口技術。芯動的合作伙伴美光在官網撰文表示，“這個IP改變了人工智能版圖”！

除了DDR IP之外，高速SerDes接口IP已經成為了近年來研究的熱點。在這方面，國內的芯動科技可提供16/32/56/64Gbps多標準SerDes全套解決方案，并已實現了最高5nm的設計，其中25G/32Gbps SerDes已經量產，56Gbps SerDes已經發(fā)布，64Gbps SerDes即將發(fā)布，正在攻克112Gbps SerDes技術。牛芯半導體可支持25/28/32Gbps的速率。和芯微與燦芯能為客戶提供1.25-12.5Gbps多速率SerDes IP方案。納能微電子有0.6G-12.5G通SerDes IP核。銳成芯微的SerDes IP最高速率可達16G，可支持USB、PCIe、SATA等接口協議。

再一個推動接口IP發(fā)展的技術則是Chiplet，進入2022年，國際大廠已經陸續(xù)推出了Chiplet的產品，國內芯片企業(yè)對Chiplet也是一致看好。Chiplet的發(fā)展也誕生了高速Die to Die接口的需求。但Chiplet與傳統接口相比，其對帶寬和時延的需求則更高，設計者還需要對工藝和封裝有很深的了解，所以這也進一步增加了相關接口IP的設計復雜度。

本土IP困境

國產IP發(fā)展的困境主要來自三個方面：首先是快速升級的各種接口IP標準化協議，這決定了IP研發(fā)需要長期的投入；其次是IP研發(fā)需要持續(xù)跟蹤各芯片制造公司的工藝演進，必須具備工藝制程的快速移植能力；最后，把協議標準集成到IP，并針對各家工藝制程做定制化后，還必須與下游芯片設計公司共同進行芯片驗證并大規(guī)模量產才能保證IP產品的市場化落地。

國內IP廠商背靠巨大的本土市場，也應進一步發(fā)揮技術支持與定制化服務的優(yōu)勢。以DDR IP為例，根據芯片的方向、形狀以及擺放位置的不同，客戶選擇的封裝類型也可能不盡相同，這些都要求IP廠商可以對產品規(guī)格做出靈活調整，但國外IP供應商一般不會、也不愿意提供個性化的定制設計，這對崛起中的國產DDR IP產業(yè)而言無疑是一個好的突破口。

目前，使用最廣泛的IP內核來自Arm、Synopsys、Imagination和Cadence等國際企業(yè)。據行業(yè)機構IPNest的數據顯示，其中Arm作為龍頭在2020年獲得了超40％的市場份額，其IP池所帶來的專利使用費每年超過數十億。通常電腦、手機、服務器等平臺型應用領域受到軟硬件生態(tài)系統的影響非常大。Arm能夠成為移動時代王者的核心因素，除了CPU和GPU架構等核心IP，還在于聯合合作伙伴建立了IP-芯片-應用的一體化生態(tài)，從而形成了高壁壘。

一方面，國內企業(yè)正在向國際領先IP廠商全面追趕，另一方面也在尋求突破，向與世界先進廠商并跑邁進。雖然IP to C領域受到軟硬件生態(tài)系統的影響非常大，但IP to B領域對于后來者卻有優(yōu)勢。比如目前正在高速發(fā)展的智能駕駛、安防監(jiān)控、物聯網等單一應用場景對軟硬件生態(tài)的依賴性就大為減弱。隨著人工智能、5G通訊、物聯網的發(fā)展和Chiplet、開源指令集等新浪潮的出現，國內企業(yè)可以從中找到新的發(fā)力點。

總而言之，國產接口IP的機會在哪里？需要謹記后摩爾時代IP將沿著延續(xù)摩爾、擴展摩爾和超越摩爾的三個方向發(fā)展。未來IP必須涵蓋更加復雜的功能子系統、擁有更高的適配性、智能化自動化以及高抽象層次和高精度的系統級模型和自適應界面，從而打破常規(guī)從頂層系統抽象到底層物理實現方法論的革新，來滿足未來復雜系統的智能化應用、高度異構集成芯片高速實現的需求；打破系統芯片的設計和驗證工作量巨大，復雜性高及周期耗時不斷增長的瓶頸。

編輯：黃飛