半導體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稱為“SoC（系統級芯片）”的單芯片中。模擬或存儲器電路必須與基于相同工藝技術的數字邏輯電路集成在一起。因此芯片設計變得越來越困難。再加上各細分市場中越來越多的芯片公司不斷涌入，企業之間的競爭愈發激烈，IP逐漸成為企業尋求芯片設計差異化道路上的“救星”。

　　那么IP有哪些重要作用呢？具體可表現為四大方面：一是使芯片設計化繁為簡，縮短芯片的設計周期；二是有了成熟的IP，小公司設計芯片也可以駕輕就熟；三是系統廠商可以設計自己的芯片，掌握自主創新的話語權；四是芯片設計企業可以輕裝上陣，緩解因人才不足帶來的設計能力的瓶頸，快速地進行知識復用和創新迭代，避免重復造輪子，促進芯片設計業的發展。

　　據ICCAD公布的數據顯示，2020年我國芯片設計企業共計2218家，這么多中小微芯片企業，他們設計能力和水平比較有限， IP對他們的發展有很大的助推作用。IP已成為集成電路設計與開發中不可或缺的核心要素。而且這個需求會更巨大，因為整個芯片設計行業IP的趨勢就是，運用量越來越大。

　　IP的重要性也可從市場的需求度顯現出來。IPnest的報告數據中指出，2020年全球設計IP銷售額為46億美元，比2019年的39.4億美元增長了16.7%，大大超過半導體市場同期增長率，這也是自2000年以來最好的增長。這個增長率足以體現了IP在半導體市場的活躍度。

　　在IP市場上，2020年IP市場的前十大玩家是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，國內僅有芯原一家。國內的IP自給率還不高，在一些關鍵的IP技術領域，以及先進工藝制程的基礎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）自貿區臨港新片區半導體產業發展高峰論壇上曾講到，在50億全球IP市場需求中，中國市場約有15億美元，而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%。沒有IP，芯片就難以設計，IP是基礎的基礎。

　　在IBS的數據統計中，半導體IP按產品分類，主要可以分為處理器數字IP、模擬及接口IP、射頻IP和存儲IP四大類。其中處理器IP是目前全球最大的IP族群，因為處理器IP在消費類電子產品和汽車垂直行業中有多個用例；而模擬及接口IP的發展潛力最大；射頻IP預計到2027年達到11.24億美元，年均復合增長率高達8.44%；存儲類IP又有多個細分分類，如eNVM IP、DDR IP、eMMC IP、UFS 主機控制器IP等等。

　　數據來源：IBS

　　IP細分大有可為，國內IP漸起

　　不過IP市場也正在發生一些變化，那就是，從市場到玩家，IP正在向更專業化的垂直細分領域發展。此方向或許將成為國產IP崛起的一個彎道超車的機會。

　　設計IP市場能收獲自2000年以來最好的成績，如此繁榮的原因是以數據為中心的應用程序、hyperscale、存儲、有線和無線網絡以及新興的人工智能，所有這些應用都需要越來越高的帶寬，這就推動了如PCIe、以太網和SerDes或內存控制器IP接口協議的增長。

　　縱觀IP市場的主要玩家，很多都是在細分市場或子細分市場領域的專注者，Alphawave屬于IP市場的新興勢力，它主要提供基于DSP的硅連接IP。專注于存儲器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企業正在摩拳擦掌，例如Silicon Creations，專注于集成電路時鐘IP，其在模擬混合信號領域市場排名第一。Arteris則在片上網絡（NoC）有獨到的優勢，2020年其在IP供應商中排名第十二。英國的IP供應商Moortec一直提供嵌入式子系統PVT IP解決方案，不過2020年被Synopsys收購。正是這些廠商在細分領域的專注才使得他們脫穎而出。

　　所以IP細分大有可為，未來IP的發展方向將更加傾向于專業領域，針對該專業領域的特點而形成功能和性能完全適用而又可復用的模塊，并且提供從底層硬件到底層軟件到系統級硬件和軟件再到網絡級硬件和軟件的一攬子解決方案，形成更適合本領域的芯片IP垂直化解決方案。

　　過去十年里，國內的IP廠商正在不斷進步，已有一批先進本土IP廠商逐步打破歷史格局，如平頭哥、芯來、芯動、芯原股份、銳成芯微、寒武紀、華大九天、橙科微等IP廠商。就產品種類而言，國內半導體IP發展迅速，特別在CPU、GPU、AI等數字IP上發展較快。在物理IP方向，基本的模擬和數模混合IP國內都有一定的覆蓋。但是在存儲IP領域，國內的方案還不多，基本還是以海外供應商為主。但也有可圈可點的存儲樣本，例如在eNVM IP領域。

　　本土eNVM IP突圍的樣本

　　所謂eNVM，是embedded Non-Volatile Memory的首字母縮寫，即嵌入式非揮發存儲器。有別于常見的動態隨機存取存儲器（DRAM）和靜態隨機存取存儲器（SRAM），NVM中存儲的數據在供電掉電后，仍然可以保持。因此，eNVM被廣泛應用于需要存儲代碼程序、客戶數據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和顯示驅動器IC等。尤其是進入最近幾年，隨著人工智能，物聯網的發展，未來的IP將逐漸朝著AI化、標準化和垂直行業完整解決方案的方向發展。5G相關應用的芯片也將搭載更高容量嵌入式非揮發性存儲器（eNVM IP）。

　　根據Grand View Research的一項新研究，eNVM市場規模預計到2022年將達到4.715 億美元。“eNVM Inside”可能成為下一個流行語。在這樣的大趨勢下，eNVM IP技術也要與市場同進步。

　　按照應用分類，常見的eNVM嵌入式存儲方案主要是eFlash、OTP、MTP這三種。其中，eFlash是最為傳統的MCU生產工藝平臺，不過其層次較多，工藝復雜；OTP是One-Time-Programmable，也是比較常見的方案，從字面上來說，就是現場可編程一次，其工藝兼容性提高，開發周期縮短，最大的制約在于可編程次數少；MTP是Multi-time Programmable，意為多次可編程/可擦除存儲，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壁壘，有大量的專利保護，后進入者很難突破已有的技術保護壁壘，這是由于eNVM IP與工藝器件特性強相關，有很嚴格的可靠性的要求，如數據保持能力、擦除和寫入次數等，這些性能都會受工藝以及存儲單元結構的影響。其他模擬類、數字類、接口類IP就少有以上這些特性。所以說，eNVM是IP細分領域里非常獨特的一個分支。

　　據行業公開信息顯示，在eNVM IP市場中，eFlash主流供應商是美國SST、ISSI，國內eFlash新秀較少，目前了解到只有銳成芯微完成silicon驗證；OTP的主流供應商是美國Synopsys和中國臺灣eMemory，中國大陸新興供應商是創飛芯；MTP的主流供應商是中國臺灣YMC和eMemory，中國大陸供應商銳成芯微的MTP已布局多家foundry工藝并進入量產，較為完整。在代工廠中，市場上占據主導地位的主要公司是格芯、UMC、中芯國際、華虹宏力、華力微等。例如國內的華虹宏力是嵌入式非易失性存儲器（eNVM）工藝平臺為特色，其eNVM的類型包括 ROM、OTP、eFlash、EEPROM，在行業中被廣泛使用，技術節點從 0.35um 到 90nm。

　　圖源：根據市場公開信息統計制作（僅供參考）

　　在eNVM IP領域，本土有一家十年的老牌企業銳成芯微（Actt）一直在MTP領域深耕，并為其注冊商標LogicFlash?。據悉，其LogicFlash?能夠實現單顆IP上同時滿足eFlash和EEPROM的要求，分別用于代碼存儲和數據存儲。它既有邏輯工藝/BCD工藝/HV工藝的兼容性，又有flash的優良特性。LogicFlash?的編程時間一般只有MTP編程時間的10%；還支持字節擦除、扇區擦除或整片擦除，而且擦除時間短，重要的是，其可重復編程、擦除次數超過1萬次。

　　隨著汽車發展的電動化、智能化和網絡化，車用芯片的數量大幅提升，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，需要經過信號調理芯片的放大、計算和輸出，而這個過程既需要ROM來存儲代碼，也需要EEPROM來存儲校準和配置的關鍵信息。這也給銳成芯微帶來了發展機會，銳成芯微所推出的MTP（LogicFlash?）嵌入式存儲解決方案，不僅可以實現ROM、EEPROM對程序和數據的存儲要求，更支持在高溫150℃下數據可靠存儲10年以上，很好的滿足了車規級芯片的存儲需求。在當下汽車芯片緊缺以及國產IP替代的趨勢下，國產eNVM IP的崛起，將助力我國車用芯片的穩定和持續發展。

　　物聯網時代的興起激發了對創新產品的需求，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MCU、物聯網應用和多年的LogicFlash? MTP的開發經驗，自主研發出新一代eFlash技術——LogicFlash Pro?，經過銳成芯微與國內代工廠合作開發eFlash工藝和IP流片驗證，性能可以達到業界主流eFlash IP的規格，具有更少的光罩層次，集成工藝簡單，工藝兼容性強，流片周期短等優點。作為完全自主開發的eFlash技術，在當前國際形勢不明朗的情況下，有助于推進國產化技術路線演進，為代工廠和芯片設計公司，帶來了更多的選擇。

　　除了提供全面的eNVM IP技術，近10年來銳成芯微立足低功耗技術，逐步發展和構建完成以超低功耗模擬IP、高可靠性存儲IP、高性能射頻IP及高速接口IP為主的產品格局，累計開發IP 500多項，服務了全球數百家集成電路設計企業。

　　結語

　　當下我國集成電路產業正在進入發展的快車道，再加上5G和物聯網的蔓延，對IP的需求只會越來越大，這些細分市場需要特色產品。在細分IP領域進行突破或成為中國半導體IP國產化崛起的一個路線，差異化可能是國產廠商需要把握的策略之一。

　　不過發展國產化IP的道路無疑是艱辛的。國內IP廠商要在各領域攻城略地，首先必須要有時間的積累。再者，IP生態能力的構建也是一大核心要素，IP必須要有芯片設計公司的配合，二者相輔相成，攻克終端市場。最后，人才科研的積累也是重中之重。中國是推動半導體市場保持增長的重要陣地，也為IP市場發展提供了肥沃的土壤。

　　在這樣的條件和趨勢下，中國IP廠商要找準定位發揮自身優勢，建立自身的生態，在IP功能差異化路線上和目標市場差異化路線上想辦法突破。銳成芯微作為國產IP廠商代表的一員，始終堅持走差異化和特色化的平臺戰略，在自己擅長的領域打造自身所長。這或許對國內IP企業的發展給予一定的指引。