根据市场分析公司IPnest发布的2019年全球半导体IP厂商的营收排名,进入前十大IP厂商中的中国大陆厂商,仅排名第7的芯原股份一家,市占率为1.8%。而且中国公司在高端CPU的 IP 核上处于空白状态,国产化的需求仍然迫切。

芯片公司在进行产品设计时,都会用到IP 核(Intellectual Property Core),这是一种可以重复使用的、具有特定知识产权的设计模块。设计芯片时就像搭积木一样,无需对每个细节都从0开始,往往通过购买成熟可靠的 IP 就可实现某个特定功能,并在此基础之上进行芯片功能的添加,大大减轻了工程师的负担,缩短了芯片开发的时间。

现在主流的芯片架构,比如CPU中的Arm架构、X86架构,都是基于IP设计的。以IP 核销售模式的发明者Arm为例,他们自己并不生产特定芯片,而是通过出售芯片技术授权,建立起新型的微处理器设计、生产和销售商业模式。同时还将各种设计库虚拟化,然后授权给其它企业使用,产品交付的形式不再是具体的实物,而是一种数字化 IP 模块,其他企业可以在这种架构上继续自由开发,例如高通的骁龙系列、苹果的A和M系列以及华为海思的麒麟系列等。

这种半定制化的模式,让芯片从物理实体变成了软件定义,还满足了各个厂商的不同需求,对整个半导体行业产生了重大的影响。根据市场分析公司IPnest发布的2019年全球半导体IP厂商的营收排名,目前全球主要 IP 核供应商主要包括 Arm、Synopsys、Cadence、SST、Imagination Technologies、CEVA、VeriSilicon、Achronix、Rambus和eMemory。

总体来看,2019年全球半导体IP市场总价值约为39.4亿美元,比2018年的37.4亿美元增长了5.2%。但半导体市场在2019年其实下降了约15%,而IP特许权使用费(royalties)通常与芯片销售价格挂钩,所以这份榜单说明IP在半导体市场的渗透率进一步提高了。不过,进入前十大IP厂商中的中国大陆厂商,仅排名第7的芯原股份一家,市占率为1.8%。而且中国公司在高端CPU的 IP 核上处于空白状态,国产化的需求仍然迫切。

在2020 ICCAD会议期间,《电子工程专辑》和《电子技术设计》记者采访了多家IP企业管理者,包括芯原股份(VeriSilicon)董事长兼总裁戴伟民博士,赛昉科技(StarFive)CEO徐滔,和芯微(IPGoal)CEO邹铮贤,安谋中国(Arm China)产品研发常务副总裁刘澍,成都锐成芯微(ACTT)CEO沈莉。

芯原股份:万物信联和Chiplet接下来很重要

芯原股份(VeriSilicon)董事长兼总裁戴伟民博士

今年8月18日,顶着“中国芯片IP第一股”光环的芯原股份在科创板上市。芯原目前拥有5大数字处理器IP,包括GPU IP、NPU IP、VPU IP、DSP IP和ISP IP;共计 1400多个数模混合IP和射频IP ,全球范围内拥有有效发明专利128项、商标74项;在中国境内登记集成电路布图设计专有权132项、软件著作权12项以及丰富的技术秘密储备。然而戴伟民觉得接下来有两件事对整个业界比较重要:一是万物信联,二是Chiplet。

从万物互联到万物智联,再到万物信联,对应的是从云计算到雾计算,再到边缘计算。原先大家都认为AI训练必须在云上,其实不然,在2020年的松山湖IC创新高峰论坛上,戴伟民就谈到了边缘计算的问题,除了实现终端设备的人工智能计算以外,还可以通过如开源硬件模块等形成一个安全的分布式计算体系,把大量边缘AI设备算力利用起来。但是做这样的边缘计算的时候涉及很多隐私信息,因此一定要安全可靠,就是现在所谓“信创”专注的事。

在边缘端上做训练数据很重要,隐私数据本不该传到云上去,所以一定要保障信息安全。据悉谷歌一直在做这件事,而芯原则是国内的推动者,“要让大家相信就必须开源,让所有人都能监督,” 戴伟民说到,“大量数据实时收集,一定要有软硬件协同的产品,芯原是做平台的,不做产品,所以我们提供开源模块,希望有人来做。”至于国内的最佳人选,首推比较开放、愿意尝试新事物的小米等致力于系统化的物联终端设备的企业。

为什么要做Chiplet?可以参考这项技术的领跑者AMD对英特尔的成功追赶,英特尔也在加紧布局Chiplet。这两家最会做大芯片的公司都能接受Chiplet,就很好的证明了Chiplet的发展前景。根据Omdia的最新报告,Chiplet处理器芯片的全球市场规模正在井喷式增长,预计到2024年会达到58亿美元,2035年则超过570亿美元。

整体来看,芯原的IP销售量不是最多的,但种类非常丰富,这完美的契合了Chiplet这种异构集成的IP复用模式。戴伟民认为,并非每种芯片都需要5nm这样的尖端工艺,因为不是每一家公司都能负担起5nm工艺的成本,于是Chiplet这种将不同工艺节点的die混封的新形态,成为了未来芯片的重要趋势之一。基于芯原技术优势和本土半导体产业的发展特点,戴伟民提出IP as a Chiplet(IaaC)理念,旨在以Chiplet实现特殊功能IP的“硬化”,通过“即插即用、模块化组装”方式,解决7nm及以下先进工艺中的性能与成本平衡,降低较大规模芯片的设计时间和风险。据悉,芯原股份5nm FinFET项目的设计研发正在稳步推进中,不久将有相关成果的推出。

至于现在火爆的RISC-V IP核,则“会带来更好的机遇,补上最薄弱的CPU环节。”戴伟民介绍到,在物联网碎片化环境中,开源指令集的RISC-V架构具有广泛的发展前景。据悉,早在2018年,芯原股份就牵头成立中国RISC-V产业联盟(CRVIC),作为首任理事长单位,公司已投资中国第一家专业RISC-V IP公司芯来智融。此外,公司还通过联盟的力量,着手于开源的RISC-V软硬件开发环境的搭建。最后,戴伟民指出,“RISC-V指令集好比字典,文字是开源的,但写成文章后会有版权和专利问题的产生,我们需要重视和防范此类问题,为RISC-V在国内的发展提供更好的生态环境。”

赛昉科技:RISC-V生态和盈利问题决解之道

赛昉科技(StarFive)CEO徐滔

提到RISC-V,就不得不提到赛昉科技,这家2018年8月成立公司两年来致力于推动中国RISC-V生态、开发本土化的RISC-V产品,目前已经取得了很大的进展。徐滔表示,赛昉作为一家独立的本土公司,其决策、运营都是独立的。除了丰富的RISC-V IP核产品线,赛昉还有软件、开发板以及基于RISC-V的芯片平台。

用徐滔的话来说,今年赛昉至少做了三件大事对RISC-V 进行推广。第一,今年初2月份推出MCU级别的满天星计划,使得整个业界能够以极低的成本使用到RISC-V核。第二,今年9月份推出芯片平台——惊鸿7100,是全球首款高性能的RISC-V人工智能视觉处理平台。第三,今年12月发布的天枢系列的处理器,据悉这款处理器比目前上市的竞品至少要领先一代,颠覆了大家认为RISC-V仅限于IoT方面应用的认知。“满天星计划是面向低端MCU领域,惊鸿7100是面向中高端的多媒体音视频处理领域,到了天枢完全面向高端高性能计算领域,我们的产品和平台是多维度、多层次的,从不同领域推动整个RISC-V生态的发展。”

目前RISC-V最缺的是生态,而生态需要开发板和社区,一块好的开发板,对赋能整个开源社区起到极大的作用。两年前SiFive的开发板卖近千美金仍供不应求,大家以抢到一块为荣,不过那块开发板推出3个月后,基于RISC-V的操作系统在开源社区就完成了80%多,今天已经到95%以上。“所有这些工作都是由开源社区的人去完成的,并非是哪家特定公司的贡献,足见开源社区的力量之大。” 徐滔说到,惊鸿7100也是秉承了这个思路,将资源、开发板及社区成员的集合起来,通过开源社区共同来创建RISC-V在多媒体方面的生态。

在营收模式问题上,很多人也想知道既然RISC-V是开源的,那要如何盈利呢?徐滔解释道,RISC-V开源和EDA开源不是同一回事,EDA可能是开源好多万行的代码,而RISC-V本质上是标准的开源。正因为标准是统一的,很容易做出自己想要的产品,所以大家都会从中寻求可能的盈利点。“赛昉科技作为商业公司,开源只是一个手段,而芯片平台和垂直领域会给客户提供有价值的解决方案,这就是我们今后的一个盈利点。”

举例来说,如何在通讯领域发挥出RISC-V的优势?做通讯处理器并不需要所有的RISC-V指令级扩展,用户缺少了哪方面的拓展,就可以通过RISC-V国际协会把那部分标准变成通讯扩展标准。如果能把这个指令做好,那它就是RISC-V的一个子级,使它真正成为通讯领域里的一个标准,“这带来的价值非常大,因为标准开源,是最高层次的创新。”

安谋中国:完成从 PPT 到量产的第一步

安谋中国(Arm China)产品研发常务副总裁刘澍

安谋中国自成立起就备受关注,过去几年他们除了一直在中国进行Arm技术推广和生态培育,还把更多的研发放在中国进行完成,例如此前的周易AIPU、山海物联网方案和星辰CPU,以及前段时间刚发布的自主设计玲珑ISP处理器。刘澍表示,希望通过这种方式和模式,不断支持Arm在中国的生态,更好的支持本土的半导体产业发展和自我独立创新。

在刘澍看来,半导体行业的发展是以市场应用来促进创新的。如果把自己当作一个科研企业,做出来的产品再好,但是没有用户使用或没有市场验证,更新迭代就会受到极大阻碍。尤其是开发IP产品时,要特别注重倾听市场和客户的声音,闭门造车会导致产品跟最终的应用有偏差。“在外部大环境影响下,之前的一些芯片市场被空了出来上,这是国内半导体厂商实现快速迭代跟反馈的机会,升级和经验累积的周期都会比过去要缩短1/2。”

过去三年,安谋中国的自研产品完成了从PPT阶段到真实量产阶段的第一步。至于接下去会不会有更多的自研IP,刘澍认为整个计算平台的未来一定是异构计算的天下,如何让这些平台更适用于不同的市场和场景,是安谋中国可以做的。过去Arm IP聚焦在传统消费电子、手机领域,最近在服务器上的应用则证明了高性能计算Arm内核也是完全能够做到的,将来在汽车自动驾驶等其他不同的智能运算上,“我们希望过去的IP也能够适用于各种不同的场景和应用,但是不能平移,需要精细化、定制化,做得更加贴近市场和客户。”

当前国家给了半导体行业很多的政策支持,那么作为IP企业,希望获得什么样的政策支持呢?刘澍表示,芯片行业里做IP的是苦累活,投入的时间太长,从投资人的角度来说,投其他产品一两年做出结果来,然后上市。而以安谋中国2018年成立,做到今天才有产品量产,“任何一款IP从开发出来到芯片量产,做到少于三年都是很难的,这对投资的吸引力相对来说是比较低的。但我认为这不是坏事,因为做IP是基础技术的研究,虽然不时髦,但参与的人也少,相对来说竞争也少。就像马拉松能够坚持到终点的人并不多。有更多的投资和人才支持当然更好,但也要有耐力一直坚持下去。”

锐芯成微:模拟IP是不断积累,不断精进的过程

成都锐成芯微(ACTT)CEO沈莉

锐成芯微已经成立9年,主要致力于低功耗、物联网应用相关的模拟、射频、存储及接口类IP,能提供全套NB-IoT/超低功耗物联网模拟IP解决方案。沈莉表示,公司专注于偏物理的模拟IP,目前主要的应用方向是物联网、蜂窝网络,像智能家居、可穿戴这类市场,未来可能将在智能汽车、医疗电子等方面拓展。

半导体行业的特点是整个产业链非常长,就像制造业的源头是设备和材料一样,EDA和IP处于设计链的最前头。过去几十年来中国半导体的发展,看到了很多IC设计公司的崛起腾飞,其中离不开大量EDA和IP的支持,但过去这类支持大部分还是来自于国际领先企业。但如今中国的半导体需求日趋旺盛,一些差异化的产品线是国际领先厂商不会特别着力的,随着国际形势的风云变幻,在国产替代大环境下,本土IP企业怎么走?

沈莉认为,国内一些规模较小的IP供应商要先求生存,再寻发展。从锐成芯微最早做低功耗模拟IP这条路线,到这两年物联网爆发,不到十年时间,锐成芯微不仅在国内低功耗模拟IP产业站稳脚跟,又从产品和市场差异化发展演化的角度,保持着发展,未来还会寻找新兴市场机会,类似往云端、5G高端通信设备或是高端汽车智能化、电动化方向走,“有很多机会都在中国发生,这都是我们可以立足的地方。”

模拟IP是不断积累,精雕细琢后不断精进的过程,需要长期的匠心投入和研究精神。据介绍,锐成芯微现在的专利申请累计已达200多件,已经通过批准的专利有98件左右,“中国人具有优秀的研究型品质,在钻研一些很细小的创新点上,中国工程师的素质非常高。”沈莉说到,做IP也需要有全局观,不是光看到市场趋势和应用往哪走,IP的设计就往哪走,需要一些创新和突破。“不同的组合能提供不同的启发,这样作为一个IP公司,才会有越来越多的自有技术积累。”除了自研之外,也要抓住机会与一些国内外技术比较成熟的企业合作。例如通过资本运作或合作方式完成商业化,或作为差异化融入到原本的产品线当中,补足整个平台的完整性,保证持续发展。

近年来国内的Fabless厂商数量持续增加,其中大部分是中小微企业。锐成芯微作为模拟IP供应商,面向物联网是碎片化的市场,正好适合这些中小企业的灵活作战方式,其IP产品也在积极配合服务于这部分厂商。中小微Fabless企业数量的增加,直接反映为芯片项目的增加,作为IP公司是最敏感的,他们都在做什么项目呢?

沈莉透露,这两年物联网发展很快,像蜂窝类的NB-IoT水电表已经相当成熟并放量了,未来还会延伸出其他借助蜂窝网络的物联模式;第二是可穿戴设备,如蓝牙耳机、智能手表手环也在放量,这里面有着大量的芯片需求,包括触控、语音等很多的小芯片都适合中小公司去做。这些虽然大型芯片企业也在做,但整个外部环境的改善,让投融资渠道更通畅,外企技术人员或海归创业意愿更明显,往往使得有着清晰明确市场目标的、由几个人组队而成的初创小企业迅速成长。

在客户策略层面,沈莉认为,不同公司的产品定位和不同的市场阶段,面向的客户其实都不一样。以模拟IP举例,更多是面向中小微企业,因为大公司可能这些IP都自己做。放在十年前,大部分国内企业不管是对模拟IP还是接口IP依赖程度都非常高,但现在一些公司会自己开发关键IP,外购常规的通用IP。“这也取决于不同的发展阶段,比如产品窗口期很短时,即使能自己做,可能也会采用外购的方式。”

和芯微:用成熟技术服务国内中小企业

和芯微(IPGoal)CEO邹铮贤

四川和芯微电子股份有限公司(原四川登巅微电子有限公司)创立于2004年,专注于高速高精度数模混合信号集成电路IP核的研发、推广和授权,是中国大陆第一家掌握USB 2.0和音频编解码核心技术并实现批量生产的企业。2010年推出USB3.0IP产品,成为国内首家拥有该技术的企业。

十几年来,和芯微定位为具有SoC设计经验的IP定制企业,专注服务中国中小企业,“很多人问我们有什么大客户,其实现在很多上市公司都是我们的客户,尤其在他们公司发展早期采用的是我们的IP,和芯微是他们成功道路的一个助力。”邹铮贤说到,“国内中小企业数量非常多,我们策略上选用相对较成熟的技术服务他们,而不是盯着一些最尖端的技术,这是与国际大厂不一样的地方。”这种模式需要具有足够体量的服务团队,由于众所周知的原因,国内IP公司的订单都供不应求,IP同行之间的竞争没有大家想象地那样激烈。我们理解IP定制业务的核心就是服务和品质,其中能够服务更多的客户是公司做大做强的必由之路。“如果有一天我们客户技术要求已经超出了我们服务能力,我们也祝福他们发展地更好。”

近几年国内的半导体行业变得很热,整个行业的薪酬待遇都在快速提高,这对和芯微这样的本土IP公司带来了一些压力。邹铮贤表示,IP大都是项目式的生意,芯片产品的毛利其实并不高,服务芯片产品的IP公司的利润也不可能很高。产品公司靠烧投资人的钱在发展,早期还亏得起,长期则需要靠自身盈利生存。我们IP公司服务的中小企业客户资金有限,我们只能量入为出控制成本,主要还是要靠自身盈利来发展。和芯微的IP业务从成立至今都能做到盈亏平衡,从公司股东层面来说也并没有将赚钱放在首位,所以整个团队可以全力以赴为自己做事。

针对目前出现很多初创型模拟企业,以及一些国内老牌模拟芯片企业上市的现象,邹铮贤认为,做模拟IP跟做模拟芯片有本质区别。IP对于SOC客户而言,IP不应该是核心竞争力,如果关键IP是产品的核心要素,那么SOC客户应该自研这些IP,确保自己的核心竞争力。 “取个例子,无论华为、三星、高通、苹果都是用Arm的CPU核,但Arm本身是他们的核心竞争力吗?我认为不是,每家公司都有自己的独门优势。”和芯微服务的绝大多数企业是数字芯片或SoC公司,做通用IP的目标是让大家可以复用,而不是像做模拟产品的公司,不断用最合适的工艺满足芯片市场的需求。

说到国产替代,邹铮贤认为IP替代比芯片产品替代更难,因为高端IP的研发投入非常大,尤其是要突破知识产权的壁垒,所以国产替代谈得更多的还是芯片产品的替代,因为各类芯片中分很多层次,替代一般是从低阶开始,再到中阶高阶。“当然国内也有同行在做一些特别高端的5纳米、7纳米IP,来与国际一流公司PK,挑战是非常大的。”

责编:Luffy Liu

ICCAD 2020系列报道,欢迎点击阅读:

EDA篇:《本土EDA崛起,必须走巨头没走过的路》

IP篇:《芯片IP客户圈即生态圈,各家玩法不尽相同》

制造篇:《芯片缺货的原因,当真只是晶圆产能不足吗?》

封测服务篇:《从设计到流片封测,半导体服务趋向专业细分化》

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