半導(dǎo)體IP大家都不陌生，即經(jīng)過驗(yàn)證的可重用的芯片設(shè)計(jì)模塊，和EDA一樣是芯片產(chǎn)業(yè)的上游核心技術(shù)，IP開發(fā)和復(fù)用技術(shù)極大促進(jìn)了芯片設(shè)計(jì)業(yè)的快速發(fā)展。

從市場價(jià)值來看，當(dāng)前全球半導(dǎo)體IP市場規(guī)模約為50億美元，但卻撬動著6000億美元的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不斷演進(jìn)，并賦能1.4萬億的電子信息制造業(yè)持續(xù)發(fā)展。

可見，半導(dǎo)體IP的價(jià)值和作用極為重要。毫不夸張地講，在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)這座金字塔上，IP處于價(jià)值鏈的最頂端。

接口IP有望登頂？

近日，半導(dǎo)體IP研究機(jī)構(gòu)IPnest發(fā)布了“設(shè)計(jì)IP報(bào)告”，報(bào)告顯示，2022年設(shè)計(jì)IP市場規(guī)模達(dá)到66.7億美元，同比增長了20.2%。相比之下，2021年增速為19.4%，2020年的增速是16.7%，半導(dǎo)體IP市場增速保持提升勢頭。

IPnest預(yù)計(jì)，到2025年半導(dǎo)體IP市場規(guī)模將超過100億美元，2021-2026年的復(fù)合年增長率為16.7%。

從ToP 10名單來看，對于大多數(shù)IP供應(yīng)商來說，2022年設(shè)計(jì)IP的主要趨勢是非常積極的。其中，Synopsys、Alphawave和Rambus在2022年的增速再次證實(shí)了有線接口IP類別（增長26.8%）的市場張力。

從IP類別來看，2017-2022年間，接口IP市場份額占比從18%增長到了24.9%；而如CPU、GPU和DSP等處理器IP的復(fù)合年增長率從 57.6% 下降到49.5%；物理和數(shù)字IP這兩類幾乎保持不變。

可以理解為，接口IP的重要性在日益增長，且正在搶奪處理器IP的市場份額，成為了最具發(fā)展?jié)摿Φ腎P品類。

過去十多年來，智能手機(jī)是推動IP行業(yè)前進(jìn)的強(qiáng)大動力，在這個(gè)過程當(dāng)中，處理器IP受益最大，迅速成長為全球最大的IP種類。

近年來，以數(shù)據(jù)為中心為代表的HPC市場蓬勃發(fā)展，以及異構(gòu)計(jì)算的興起，各個(gè)組成部分之間的連接需求愈加迫切，傳統(tǒng)方法和技術(shù)已經(jīng)難以滿足這么多數(shù)量、這么高速度連接的要求。對DDR內(nèi)存控制器（DDR5，LPDDR5，HBM），PCIe、CXL和以太網(wǎng)/ SerDes提出了更多需求，有線接口IP成為了新的增長引擎，現(xiàn)已成為市占率第二的IP種類。

據(jù)IPnest預(yù)測，2025年接口IP市占率有望超過CPU，成為排名第一的IP品類。

從具體分類來看，接口IP分為有線接口IP和無線接口IP，有線接口IP包括USB、PCIe、DDR、SATA、D2D等，應(yīng)用較多的為USB、DDR、PCIe、MIPI和以太網(wǎng)IP；無線接口IP主要包括藍(lán)牙、Zigbee、Thread等。未來接口IP市場增量將主要來自與數(shù)據(jù)中心關(guān)聯(lián)度較高的PCIe IP、DDR IP以及以太網(wǎng)、SerDes 、D2D等。

有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，PCIe、DDR、以太網(wǎng)和D2D這四類接口IP預(yù)計(jì)將在2022-2026年期間以27%的復(fù)合年增長率增長。如果只考慮高端接口，2021-2026年這4大接口IP的全球復(fù)合年增長率將達(dá)到75%。

2021-2026年按收入劃分的4大接口IP

除了上述推動因素外，近期大熱的大模型和AIGC也正在催生接口IP的市場需求，比如大模型的訓(xùn)練需要大量的GPU，據(jù)透露，ChatGPT的訓(xùn)練就使用了1萬張英偉達(dá)的高端GPU，這些大量的GPU需要集群在一起去訓(xùn)練。

同時(shí)，AI訓(xùn)練、推理所面對的數(shù)據(jù)量指數(shù)增長，使得無論單服務(wù)器中多GPU、CPU間C2C通信，還是在多服務(wù)器間組網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸總體都呈現(xiàn)出高帶寬、低延遲的技術(shù)需求，這對于IO吞吐的要求也會更高，對高速接口IP帶來了多方面影響：

加速產(chǎn)品迭代，提高IO接口的性能需求

拓寬IO接口的需求范圍

計(jì)算芯片廠商對接口IP定制化的需求增加，以提升自己芯片的性能

另一方面，隨著Chiplet市場的升溫，把芯片切分成不同的小芯片并互聯(lián)，也進(jìn)一步推動了相關(guān)接口IP市場的新需求，特別是在布局Chiplet的D2D接口方面。有數(shù)據(jù)顯示，Chiplet互聯(lián)接口IP的發(fā)展時(shí)間雖然較短，但其增速迅猛，預(yù)計(jì)從2021年到2026年，年復(fù)合增長率會高達(dá)50%。至2026年，全球產(chǎn)值將達(dá)3.2億美元。

綜合來看，接口IP在諸多市場應(yīng)用推動下，正迎來快速發(fā)展。IPnest預(yù)測，2026年接口IP的市場規(guī)模將達(dá)到30億美元。

技術(shù)差距下，國產(chǎn)接口IP廠商機(jī)會何在？

上文提到，半導(dǎo)體IP市場在2021-2026年的復(fù)合年增長率為16.7%，而中國市場增長率更高，雖然接口IP市場前景廣闊、增長迅速，但中國市場自給率卻不足10%，主要市場被Synopsys、Alphawave、Rambus等IP廠商占據(jù)。

業(yè)內(nèi)人士向筆者表示，國內(nèi)各類接口標(biāo)準(zhǔn)依舊跟隨國際主流的國際協(xié)議，Synopsys、Alphawave、Rambus等廠家依賴先發(fā)優(yōu)勢和在各自擅長接口的主導(dǎo)地位，對于標(biāo)準(zhǔn)的建立和改進(jìn)擁有巨大的影響力。

據(jù)了解，Synopsys在高性能SerDes市場占有55.6%的份額，而該類IP是有線高速互連市場的重要支柱，Synopsys支持幾乎所有協(xié)議（USB、PCIe、以太網(wǎng)、SATA、HDMI、MIPI、DDR 內(nèi)存控制器等），并在每個(gè)協(xié)議IP市場都處于領(lǐng)先地位。

而創(chuàng)建于2017年的Alphawave在IP領(lǐng)域已經(jīng)排到了第四位，顯示了高性能SerDes IP對于當(dāng)下以數(shù)據(jù)中心應(yīng)用為主要市場驅(qū)動力的重要性。目前，Alphawave是臺積電、三星和英特爾IFS等頂級晶圓代工廠7nm、5nm和3nm所需的PAM4 112G SerDes IP的重要供應(yīng)商。

尤為值得關(guān)注的是，3nm工藝平臺對于開發(fā)新一代高性能芯片至關(guān)重要，這些芯片需要應(yīng)對AI生成數(shù)據(jù)的指數(shù)增長，并實(shí)現(xiàn)更高的性能、增強(qiáng)的內(nèi)存和I/O帶寬以及降低功耗。這也是當(dāng)前Alphawave產(chǎn)品組合中性能最高的SerDes，在3nm工藝上將為未來高性能AI系統(tǒng)的開發(fā)鋪平道路。近日，在加利福尼亞州圣克拉拉舉行的臺積電北美研討會上，Alphawave基于臺積電3nm工藝、具有112G以太網(wǎng)和PCIe 6.0 IP的硅平臺將進(jìn)行業(yè)界首次現(xiàn)場演示。

有觀點(diǎn)表示，Alphawave在正確的時(shí)間出現(xiàn)在了正確的地方，再加上該公司團(tuán)隊(duì)在SerDes設(shè)計(jì)方面長期的經(jīng)驗(yàn)積累，才取得了這樣的業(yè)績。

Rambus則面向數(shù)據(jù)中心的發(fā)展訴求，提供一系列解決方案，包括業(yè)界領(lǐng)先的內(nèi)存接口芯片；業(yè)界一流的HBM和GDDR6等內(nèi)存子系統(tǒng)IP方案；支持PCIe 6.0/5.0、CXL 3.0/2.0接口子系統(tǒng)IP方案；以及支持?jǐn)?shù)據(jù)中心、服務(wù)器中靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)的加密，實(shí)現(xiàn)硬件級的安全I(xiàn)P方案。這些產(chǎn)品和方案極大助力數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用需求，比如企業(yè)級的內(nèi)存條、AI加速芯片、智能網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、內(nèi)存擴(kuò)展和池化等。

針對高性能SerDes IP，Marvell日前也在3nm節(jié)點(diǎn)上成功展示了其先進(jìn)的半導(dǎo)體互連技術(shù)，在臺積電的3nm節(jié)點(diǎn)上實(shí)施了其122G XSR SerDes、Long Reach SerDes、PICe Gen 6 SerDes和240 Tbps并行芯片到芯片互連。

實(shí)際上，早在2020年Marvell就發(fā)布了業(yè)界首款用于數(shù)據(jù)中心的112G 5nm SerDes，本次在3nm節(jié)點(diǎn)的成果是其為未來計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)高性能芯片間互連所做努力的一部分。據(jù)Marvell稱，轉(zhuǎn)向3nm節(jié)點(diǎn)將幫助該公司為Chiplet、定制ASIC、以太網(wǎng)物理層設(shè)備等應(yīng)用解鎖更低功耗和更高性能的互連。

對于海外IP廠商在接口IP上的先進(jìn)布局和優(yōu)勢，國內(nèi)某IP廠商向筆者表示，這些半導(dǎo)體IP大廠之所以能夠取得市場優(yōu)勢，源自于其緊跟世界最先進(jìn)設(shè)計(jì)的需求，可以隨著國際頭部芯片設(shè)計(jì)和制造公司的工藝演進(jìn)，在先進(jìn)工藝制程下往往沒有充分競爭，芯片協(xié)同驗(yàn)證和大規(guī)模的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步形成壁壘。

此外，通過收并購也是海外廠商提升自身競爭力的核心要素。以Alphawave為例，其在以Serdes起步之后，通過收購Openfive, Banias Lab等一系列公司不斷擴(kuò)大自己的產(chǎn)品線。目前已完成了Serdes、PCIe/CXL、D2D、HBM3、LPDDR4X/5等數(shù)據(jù)中心芯片公司所需IP的全覆蓋，其發(fā)展速度和經(jīng)驗(yàn)值得國內(nèi)同仁學(xué)習(xí)。

因此，面對接口IP市場的急速膨脹以及外部環(huán)境刺激，國產(chǎn)替代風(fēng)潮來襲，一批國產(chǎn)新勢力涌現(xiàn)出來。

縱觀國內(nèi)市場，接口相關(guān)IP設(shè)計(jì)企業(yè)數(shù)量正在高速增長，本土IP種類覆蓋逐漸齊全。在新開IC項(xiàng)目數(shù)量高速增長之下，眾多應(yīng)用對接口IP有著極大需求，勇于“吃螃蟹”的本土設(shè)計(jì)公司逐漸增多，但國產(chǎn)在接口IP上仍要面臨國際大廠壟斷格局以及本土企業(yè)同質(zhì)化競爭逐漸浮現(xiàn)的挑戰(zhàn)。

一方面，國內(nèi)的高速接口IP方案供應(yīng)商在制程、投入等方面仍處于追趕者的位置；另一方面，國內(nèi)IP市場破局在設(shè)計(jì)上極具挑戰(zhàn)性，缺少持續(xù)迭代的機(jī)會。

此外，國內(nèi)在接口IP方面還面臨人才缺乏和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足的問題。設(shè)計(jì)接口IP是一個(gè)多學(xué)科的綜合考量點(diǎn)，而且需要有很強(qiáng)的經(jīng)營積累的過程。同時(shí)，在高速接口上，相關(guān)EDA工具上也較為貧乏。

寫在最后

盡管國內(nèi)IP產(chǎn)業(yè)已經(jīng)取得了不錯(cuò)的進(jìn)展，但面臨國外廠商主導(dǎo)90%市場份額的嚴(yán)峻現(xiàn)狀，國內(nèi)廠商仍需持續(xù)投入發(fā)力突圍，需要進(jìn)一步沉下心來，不甘寂寞地專注于高端，特別是高速接口IP的研發(fā)。

因?yàn)榻涌贗P作為半導(dǎo)體底層核心技術(shù)，門檻頗高，只有通過企業(yè)長期的技術(shù)積累與持續(xù)創(chuàng)新，才能打磨出更高性能、更低功耗的IP產(chǎn)品；此外，各類高速總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的快速演進(jìn)和半導(dǎo)體工藝的持續(xù)升級也為IP產(chǎn)品研發(fā)帶來了不小的挑戰(zhàn)，IP企業(yè)需要緊密跟隨芯片廠商及代工廠的制造工藝，快速推出新的、滿足市場需求的IP產(chǎn)品。

除了以上幾方面外，國內(nèi)IP廠商背靠巨大的本土市場，可以通過定制化服務(wù)和技術(shù)支持優(yōu)勢來縮小差距，在一些對于產(chǎn)品生命周期比較長，產(chǎn)品性能要求無需緊跟芯片工藝發(fā)展，對于后來者友善的領(lǐng)域發(fā)力。

其次面對國際大廠品牌和技術(shù)背書的優(yōu)勢下，客戶更傾向于和大廠合作以保證一次性流片成功，國內(nèi)IP企業(yè)可以在新興的應(yīng)用領(lǐng)域中注重品牌形象的建設(shè)和提升。最后在服務(wù)質(zhì)量方面，注重提高在售后服務(wù)、技術(shù)支持等方面的服務(wù)質(zhì)量，提升客戶滿意度和忠誠度。

歸根結(jié)底，國產(chǎn)接口IP廠商還是要不斷打磨產(chǎn)品性能，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，同時(shí)尋找差異化的定位和優(yōu)勢，縮短與行業(yè)大廠的差距，提升本土IP產(chǎn)業(yè)硬實(shí)力。

在宏觀世界，萬物互聯(lián)已經(jīng)成為全球IT產(chǎn)業(yè)的共識，而在集成電路層面，一個(gè)微觀的“萬物互聯(lián)”世界正在形成，異構(gòu)集成、Chiplet、先進(jìn)封裝以及各類新應(yīng)用的發(fā)展，都使得芯片組成部分?jǐn)?shù)量不斷增加，各個(gè)組成部分之間的連接需求愈加迫切，傳統(tǒng)方法和技術(shù)已經(jīng)難以滿足這么多數(shù)量、這么高速度連接的要求。

這一趨勢給半導(dǎo)體IP廠商提供了更多的發(fā)展機(jī)遇，這其中，接口IP成為重中之重。
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在這個(gè)快速發(fā)展的市場，誰能夠看準(zhǔn)發(fā)展方向，并抓住機(jī)遇，只要找對了一個(gè)突破口，就有望在較短時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，就像前面提到的Alphawave就是抓住了數(shù)據(jù)中心SerDes發(fā)展的機(jī)會窗口期，在短時(shí)間內(nèi)市占率就達(dá)到了行業(yè)前四的水平。

對于國產(chǎn)IP廠商來說，這也是一個(gè)機(jī)會。

編輯：黃飛

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