半導(dǎo)體IP重要性凸顯

如今芯片工藝沿著摩爾定律滾滾向前，越來越多的功能被集成到一個(gè)稱為“SoC（系統(tǒng)級(jí)芯片）”的單芯片中。模擬或存儲(chǔ)器電路必須與基于相同工藝技術(shù)的數(shù)字邏輯電路集成在一起。因此芯片設(shè)計(jì)變得越來越困難。再加上各細(xì)分市場(chǎng)中越來越多的芯片公司不斷涌入，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，IP逐漸成為企業(yè)尋求芯片設(shè)計(jì)差異化道路上的“救星”。

　　那么IP有哪些重要作用呢？具體可表現(xiàn)為四大方面：一是使芯片設(shè)計(jì)化繁為簡(jiǎn)，縮短芯片的設(shè)計(jì)周期；二是有了成熟的IP，小公司設(shè)計(jì)芯片也可以駕輕就熟；三是系統(tǒng)廠商可以設(shè)計(jì)自己的芯片，掌握自主創(chuàng)新的話語權(quán)；四是芯片設(shè)計(jì)企業(yè)可以輕裝上陣，緩解因人才不足帶來的設(shè)計(jì)能力的瓶頸，快速地進(jìn)行知識(shí)復(fù)用和創(chuàng)新迭代，避免重復(fù)造輪子，促進(jìn)芯片設(shè)計(jì)業(yè)的發(fā)展。

　　據(jù)ICCAD公布的數(shù)據(jù)顯示，2020年我國芯片設(shè)計(jì)企業(yè)共計(jì)2218家，這么多中小微芯片企業(yè)，他們?cè)O(shè)計(jì)能力和水平比較有限， IP對(duì)他們的發(fā)展有很大的助推作用。IP已成為集成電路設(shè)計(jì)與開發(fā)中不可或缺的核心要素。而且這個(gè)需求會(huì)更巨大，因?yàn)檎麄€(gè)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)IP的趨勢(shì)就是，運(yùn)用量越來越大。

　　IP的重要性也可從市場(chǎng)的需求度顯現(xiàn)出來。IPnest的報(bào)告數(shù)據(jù)中指出，2020年全球設(shè)計(jì)IP銷售額為46億美元，比2019年的39.4億美元增長(zhǎng)了16.7%，大大超過半導(dǎo)體市場(chǎng)同期增長(zhǎng)率，這也是自2000年以來最好的增長(zhǎng)。這個(gè)增長(zhǎng)率足以體現(xiàn)了IP在半導(dǎo)體市場(chǎng)的活躍度。

　　在IP市場(chǎng)上，2020年IP市場(chǎng)的前十大玩家是Arm、Synopsys、Cadence、Imagination、Ceva、SST、芯原科技、Alphawave、eMemory Technology、Rambus。這些玩家大多是國外的企業(yè)，國內(nèi)僅有芯原一家。國內(nèi)的IP自給率還不高，在一些關(guān)鍵的IP技術(shù)領(lǐng)域，以及先進(jìn)工藝制程的基礎(chǔ)IP還依賴于國外廠商。

　　此前銳成芯微CEO 沈莉在ASPENCORE承辦的第二屆中國（上海）自貿(mào)區(qū)臨港新片區(qū)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇上曾講到，在50億全球IP市場(chǎng)需求中，中國市場(chǎng)約有15億美元，而15億美元的中國市場(chǎng)中，中國本土IP公司的自給率還不到10%。沒有IP，芯片就難以設(shè)計(jì)，IP是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。

　　在IBS的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，半導(dǎo)體IP按產(chǎn)品分類，主要可以分為處理器數(shù)字IP、模擬及接口IP、射頻IP和存儲(chǔ)IP四大類。其中處理器IP是目前全球最大的IP族群，因?yàn)樘幚砥鱅P在消費(fèi)類電子產(chǎn)品和汽車垂直行業(yè)中有多個(gè)用例；而模擬及接口IP的發(fā)展?jié)摿ψ畲?；射頻IP預(yù)計(jì)到2027年達(dá)到11.24億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)8.44%；存儲(chǔ)類IP又有多個(gè)細(xì)分分類，如eNVM IP、DDR IP、eMMC IP、UFS 主機(jī)控制器IP等等。

　　數(shù)據(jù)來源：IBS

　　IP細(xì)分大有可為，國內(nèi)IP漸起

　　不過IP市場(chǎng)也正在發(fā)生一些變化，那就是，從市場(chǎng)到玩家，IP正在向更專業(yè)化的垂直細(xì)分領(lǐng)域發(fā)展。此方向或許將成為國產(chǎn)IP崛起的一個(gè)彎道超車的機(jī)會(huì)。

　　設(shè)計(jì)IP市場(chǎng)能收獲自2000年以來最好的成績(jī)，如此繁榮的原因是以數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用程序、hyperscale、存儲(chǔ)、有線和無線網(wǎng)絡(luò)以及新興的人工智能，所有這些應(yīng)用都需要越來越高的帶寬，這就推動(dòng)了如PCIe、以太網(wǎng)和SerDes或內(nèi)存控制器IP接口協(xié)議的增長(zhǎng)。

　　縱觀IP市場(chǎng)的主要玩家，很多都是在細(xì)分市場(chǎng)或子細(xì)分市場(chǎng)領(lǐng)域的專注者，Alphawave屬于IP市場(chǎng)的新興勢(shì)力，它主要提供基于DSP的硅連接IP。專注于存儲(chǔ)器IP的SST此前在十名榜外，2019年一舉沖到了第四的位置。而還有很多未上榜前十的IP企業(yè)正在摩拳擦掌，例如Silicon Creations，專注于集成電路時(shí)鐘IP，其在模擬混合信號(hào)領(lǐng)域市場(chǎng)排名第一。Arteris則在片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，2020年其在IP供應(yīng)商中排名第十二。英國的IP供應(yīng)商Moortec一直提供嵌入式子系統(tǒng)PVT IP解決方案，不過2020年被Synopsys收購。正是這些廠商在細(xì)分領(lǐng)域的專注才使得他們脫穎而出。

　　所以IP細(xì)分大有可為，未來IP的發(fā)展方向?qū)⒏觾A向于專業(yè)領(lǐng)域，針對(duì)該專業(yè)領(lǐng)域的特點(diǎn)而形成功能和性能完全適用而又可復(fù)用的模塊，并且提供從底層硬件到底層軟件到系統(tǒng)級(jí)硬件和軟件再到網(wǎng)絡(luò)級(jí)硬件和軟件的一攬子解決方案，形成更適合本領(lǐng)域的芯片IP垂直化解決方案。

　　過去十年里，國內(nèi)的IP廠商正在不斷進(jìn)步，已有一批先進(jìn)本土IP廠商逐步打破歷史格局，如平頭哥、芯來、芯動(dòng)、芯原股份、銳成芯微、寒武紀(jì)、華大九天、橙科微等IP廠商。就產(chǎn)品種類而言，國內(nèi)半導(dǎo)體IP發(fā)展迅速，特別在CPU、GPU、AI等數(shù)字IP上發(fā)展較快。在物理IP方向，基本的模擬和數(shù)模混合IP國內(nèi)都有一定的覆蓋。但是在存儲(chǔ)IP領(lǐng)域，國內(nèi)的方案還不多，基本還是以海外供應(yīng)商為主。但也有可圈可點(diǎn)的存儲(chǔ)樣本，例如在eNVM IP領(lǐng)域。

　　本土eNVM IP突圍的樣本

　　所謂eNVM，是embedded Non-Volatile Memory的首字母縮寫，即嵌入式非揮發(fā)存儲(chǔ)器。有別于常見的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）和靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM），NVM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在供電掉電后，仍然可以保持。因此，eNVM被廣泛應(yīng)用于需要存儲(chǔ)代碼程序、客戶數(shù)據(jù)或其他重要信息的芯片，如智能卡，SIM卡，MCU，電源和電池管理IC和顯示驅(qū)動(dòng)器IC等。尤其是進(jìn)入最近幾年，隨著人工智能，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來的IP將逐漸朝著AI化、標(biāo)準(zhǔn)化和垂直行業(yè)完整解決方案的方向發(fā)展。5G相關(guān)應(yīng)用的芯片也將搭載更高容量嵌入式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器（eNVM IP）。

　　根據(jù)Grand View Research的一項(xiàng)新研究，eNVM市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)到2022年將達(dá)到4.715 億美元?！癳NVM Inside”可能成為下一個(gè)流行語。在這樣的大趨勢(shì)下，eNVM IP技術(shù)也要與市場(chǎng)同進(jìn)步。

　　按照應(yīng)用分類，常見的eNVM嵌入式存儲(chǔ)方案主要是eFlash、OTP、MTP這三種。其中，eFlash是最為傳統(tǒng)的MCU生產(chǎn)工藝平臺(tái)，不過其層次較多，工藝復(fù)雜；OTP是One-Time-Programmable，也是比較常見的方案，從字面上來說，就是現(xiàn)場(chǎng)可編程一次，其工藝兼容性提高，開發(fā)周期縮短，最大的制約在于可編程次數(shù)少；MTP是Multi-time Programmable，意為多次可編程/可擦除存儲(chǔ)，其工藝兼容性類似于OTP，無需增加額外光罩層次，而其使用靈活性又類似于eFlash，支持多次編程和電擦除。

　　eNVM IP通常具有很高的技術(shù)壁壘，有大量的專利保護(hù)，后進(jìn)入者很難突破已有的技術(shù)保護(hù)壁壘，這是由于eNVM IP與工藝器件特性強(qiáng)相關(guān)，有很嚴(yán)格的可靠性的要求，如數(shù)據(jù)保持能力、擦除和寫入次數(shù)等，這些性能都會(huì)受工藝以及存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)的影響。其他模擬類、數(shù)字類、接口類IP就少有以上這些特性。所以說，eNVM是IP細(xì)分領(lǐng)域里非常獨(dú)特的一個(gè)分支。

　　據(jù)行業(yè)公開信息顯示，在eNVM IP市場(chǎng)中，eFlash主流供應(yīng)商是美國SST、ISSI，國內(nèi)eFlash新秀較少，目前了解到只有銳成芯微完成silicon驗(yàn)證；OTP的主流供應(yīng)商是美國Synopsys和中國臺(tái)灣eMemory，中國大陸新興供應(yīng)商是創(chuàng)飛芯；MTP的主流供應(yīng)商是中國臺(tái)灣YMC和eMemory，中國大陸供應(yīng)商銳成芯微的MTP已布局多家foundry工藝并進(jìn)入量產(chǎn)，較為完整。在代工廠中，市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位的主要公司是格芯、UMC、中芯國際、華虹宏力、華力微等。例如國內(nèi)的華虹宏力是嵌入式非易失性存儲(chǔ)器（eNVM）工藝平臺(tái)為特色，其eNVM的類型包括 ROM、OTP、eFlash、EEPROM，在行業(yè)中被廣泛使用，技術(shù)節(jié)點(diǎn)從 0.35um 到 90nm。

　　圖源：根據(jù)市場(chǎng)公開信息統(tǒng)計(jì)制作（僅供參考）

　　在eNVM IP領(lǐng)域，本土有一家十年的老牌企業(yè)銳成芯微（Actt）一直在MTP領(lǐng)域深耕，并為其注冊(cè)商標(biāo)LogicFlash?。據(jù)悉，其LogicFlash?能夠?qū)崿F(xiàn)單顆IP上同時(shí)滿足eFlash和EEPROM的要求，分別用于代碼存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。它既有邏輯工藝/BCD工藝/HV工藝的兼容性，又有flash的優(yōu)良特性。LogicFlash?的編程時(shí)間一般只有MTP編程時(shí)間的10%；還支持字節(jié)擦除、扇區(qū)擦除或整片擦除，而且擦除時(shí)間短，重要的是，其可重復(fù)編程、擦除次數(shù)超過1萬次。

　　隨著汽車發(fā)展的電動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，車用芯片的數(shù)量大幅提升，而各種傳感器的需求也跟著水漲船高。一般傳感器收集的信號(hào)，需要經(jīng)過信號(hào)調(diào)理芯片的放大、計(jì)算和輸出，而這個(gè)過程既需要ROM來存儲(chǔ)代碼，也需要EEPROM來存儲(chǔ)校準(zhǔn)和配置的關(guān)鍵信息。這也給銳成芯微帶來了發(fā)展機(jī)會(huì)，銳成芯微所推出的MTP（LogicFlash?）嵌入式存儲(chǔ)解決方案，不僅可以實(shí)現(xiàn)ROM、EEPROM對(duì)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求，更支持在高溫150℃下數(shù)據(jù)可靠存儲(chǔ)10年以上，很好的滿足了車規(guī)級(jí)芯片的存儲(chǔ)需求。在當(dāng)下汽車芯片緊缺以及國產(chǎn)IP替代的趨勢(shì)下，國產(chǎn)eNVM IP的崛起，將助力我國車用芯片的穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展。

　　物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的興起激發(fā)了對(duì)創(chuàng)新產(chǎn)品的需求，也給代工廠帶來了壓力，代工廠被要求提供高度優(yōu)化的芯片，eNVM在這其中就找到了自己的位置。目前，銳成芯微針對(duì)MCU、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和多年的LogicFlash? MTP的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，自主研發(fā)出新一代eFlash技術(shù)——LogicFlash Pro?，經(jīng)過銳成芯微與國內(nèi)代工廠合作開發(fā)eFlash工藝和IP流片驗(yàn)證，性能可以達(dá)到業(yè)界主流eFlash IP的規(guī)格，具有更少的光罩層次，集成工藝簡(jiǎn)單，工藝兼容性強(qiáng)，流片周期短等優(yōu)點(diǎn)。作為完全自主開發(fā)的eFlash技術(shù)，在當(dāng)前國際形勢(shì)不明朗的情況下，有助于推進(jìn)國產(chǎn)化技術(shù)路線演進(jìn)，為代工廠和芯片設(shè)計(jì)公司，帶來了更多的選擇。

　　除了提供全面的eNVM IP技術(shù)，近10年來銳成芯微立足低功耗技術(shù)，逐步發(fā)展和構(gòu)建完成以超低功耗模擬IP、高可靠性存儲(chǔ)IP、高性能射頻IP及高速接口IP為主的產(chǎn)品格局，累計(jì)開發(fā)IP 500多項(xiàng)，服務(wù)了全球數(shù)百家集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)。

　　結(jié)語

　　當(dāng)下我國集成電路產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)入發(fā)展的快車道，再加上5G和物聯(lián)網(wǎng)的蔓延，對(duì)IP的需求只會(huì)越來越大，這些細(xì)分市場(chǎng)需要特色產(chǎn)品。在細(xì)分IP領(lǐng)域進(jìn)行突破或成為中國半導(dǎo)體IP國產(chǎn)化崛起的一個(gè)路線，差異化可能是國產(chǎn)廠商需要把握的策略之一。

　　不過發(fā)展國產(chǎn)化IP的道路無疑是艱辛的。國內(nèi)IP廠商要在各領(lǐng)域攻城略地，首先必須要有時(shí)間的積累。再者，IP生態(tài)能力的構(gòu)建也是一大核心要素，IP必須要有芯片設(shè)計(jì)公司的配合，二者相輔相成，攻克終端市場(chǎng)。最后，人才科研的積累也是重中之重。中國是推動(dòng)半導(dǎo)體市場(chǎng)保持增長(zhǎng)的重要陣地，也為IP市場(chǎng)發(fā)展提供了肥沃的土壤。

　　在這樣的條件和趨勢(shì)下，中國IP廠商要找準(zhǔn)定位發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，建立自身的生態(tài)，在IP功能差異化路線上和目標(biāo)市場(chǎng)差異化路線上想辦法突破。銳成芯微作為國產(chǎn)IP廠商代表的一員，始終堅(jiān)持走差異化和特色化的平臺(tái)戰(zhàn)略，在自己擅長(zhǎng)的領(lǐng)域打造自身所長(zhǎng)。這或許對(duì)國內(nèi)IP企業(yè)的發(fā)展給予一定的指引。