文|半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫
后摩爾時(shí)代，由于Chiplet具有高性能、低功耗、高面積使用率以及低成本的優(yōu)勢，被業(yè)界寄予厚望。Chiplet的實(shí)質(zhì)是硅片級別的IP重用，Chiplet將不同功能的IP模塊集成，再通過先進(jìn)封裝技術(shù)將彼此互連，最終成為集成為一體的晶片組。
因此，Chiplet的實(shí)現(xiàn)開啟了 IP的新型復(fù)用模式，IP公司也隨之備受關(guān)注。
IP模塊在Chiplet中的作用及優(yōu)勢
IP產(chǎn)業(yè)鏈為芯片制造的道路增加了一條“捷徑”，給芯片設(shè)計(jì)公司帶來眾多利好，尤其適用于Chiplet產(chǎn)業(yè)。
- IP模塊的復(fù)用可以使芯片設(shè)計(jì)化繁為簡，因?yàn)镃hiplet模式可以對芯片的不同IP單元進(jìn)行選擇性迭代，迭代的部分die還可以用于制作下一代產(chǎn)品，大幅縮短產(chǎn)品上市周期。
- 隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的不斷提升，單顆芯片集成的IP（大芯片的功能模塊）會(huì)越來越多，Chiplet模式可以單獨(dú)流片，因此可以通過集成應(yīng)用較為廣泛和成熟的IP模塊來降低流片失敗的風(fēng)險(xiǎn)，在成本、效率、性能、功耗以及商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)等幾個(gè)方面達(dá)到平衡，大大降低芯片開發(fā)的難度。
- Chiplet模式中不同功能的 IP模塊，如 CPU、存儲(chǔ)器、模擬接口等，可靈活選擇不同的工藝分別進(jìn)行生產(chǎn)，各IP也可以在不局限于工藝制程的條件下發(fā)揮最優(yōu)性能。
面對IP產(chǎn)業(yè)帶來的種種利好，在Chiplet概念快速發(fā)展的背景下，也給IP設(shè)計(jì)企業(yè)帶來了巨大的市場空間。
根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Omdia的報(bào)告，2024年，采用Chiplet的處理器芯片全球市場規(guī)模將達(dá)58億美元，到2035年將達(dá)到570億美元。而2024年，半導(dǎo)體IP市場預(yù)計(jì)也可以從2017年的47億美元增長到65億美元。
另外，Chiplet技術(shù)催生的半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)變革也可能給IP公司的商業(yè)模式帶來一系列變化。
Chiplet給IP設(shè)計(jì)企業(yè)的經(jīng)營模式帶來變革
更多的新入局者
隨著芯片產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，以Chiplet為底層技術(shù)生產(chǎn)IP模塊的企業(yè)數(shù)量將會(huì)明顯增多。比如本身就具備芯片設(shè)計(jì)能力EDA公司繼續(xù)積攢自己的IP產(chǎn)品，并向Chiplet產(chǎn)品供應(yīng)持續(xù)發(fā)力，還有一些互聯(lián)網(wǎng)公司也都在打造自身的視頻處理芯片。此類芯片簡單可分為標(biāo)準(zhǔn)件以及與上層圖像識(shí)別、語音識(shí)別應(yīng)用強(qiáng)綁定的IP die，而Chiplet技術(shù)能夠讓這兩個(gè)部分實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的耦合。因此涉及IP產(chǎn)品，以滿足自身軟件的業(yè)務(wù)需求成了他們發(fā)展的一個(gè)方向。
設(shè)計(jì)能力較強(qiáng)的IP供應(yīng)商演變?yōu)镃hiplet供應(yīng)商
IP位于集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的上游，主要客戶是設(shè)計(jì)廠商，因此Chiplet就可以提供一種新的產(chǎn)品形式，增加潛在的市場。對于一些設(shè)計(jì)能力比較強(qiáng)的廠商來說，也說不定未來會(huì)演變成專門做Chiplet的供應(yīng)商。
不過這也要求IP供應(yīng)商具備高端芯片的設(shè)計(jì)能力，以及多品類的IP 布局及平臺(tái)化運(yùn)作?，F(xiàn)在已有部分企業(yè)開始準(zhǔn)備相關(guān)工作，比如國內(nèi)第一IP企業(yè)芯原股份和國內(nèi)AI芯片獨(dú)角獸寒武紀(jì)，以及在細(xì)分領(lǐng)域深耕多年的本土IP廠商，包括本土RISC-V生態(tài)引領(lǐng)者芯來科技、提供從0.18um到5nm全套高速混合電路IP核的芯動(dòng)科技、擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CPU、DSP、GPU和AI處理器IP的華夏芯，以及提供高速接口IP的華大九天等等，這些IP廠商在各自領(lǐng)域?qū)嵙Σ粩嗉訌?qiáng)，有望在Chiplet發(fā)展期迎來重大進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)以Chiplet形式的IP芯片化。
產(chǎn)品利潤率大幅提升
如今的產(chǎn)品正在從軟核轉(zhuǎn)變?yōu)橛埠说姆绞教峁?，從虛擬變?yōu)閷?shí)體的整個(gè)階段也可以帶來價(jià)值量的大幅提升。
在利潤計(jì)算方面，IP廠商通常提供許可和版稅兩種模式，其中版稅占據(jù)較大份額。在許可模式下，設(shè)計(jì)商按IP授權(quán)次數(shù)付費(fèi)，是一次性產(chǎn)品授權(quán)費(fèi)。在版稅模式下，設(shè)計(jì)商按制造的芯片數(shù)量付費(fèi)，是跟產(chǎn)品銷量掛鉤的授權(quán)費(fèi)。版稅是大多數(shù)半導(dǎo)體IP設(shè)計(jì)公司的主要盈利點(diǎn)，如成本1分錢/個(gè)，賣2分，那么毛利率接近100%，而在IP模式下，芯片IP廠商向芯片設(shè)計(jì)公司銷售同樣功能的Chiplet，如2毛錢/個(gè)，毛利率則降低至30%，但毛利變?yōu)?分錢/個(gè)，雖然毛利率降低，但是毛利卻可以增加不少。
根據(jù) IBS 數(shù)據(jù)顯示，以 28nm 工藝節(jié)點(diǎn)為例，單顆芯片中已可集成的 IP 數(shù)量為 87 個(gè)。當(dāng)工藝節(jié)點(diǎn)演進(jìn)至 7nm 時(shí)，可集成的 IP 數(shù)量達(dá)到 178 個(gè)，5nm 制程下可集成數(shù)字 IP 數(shù)量與數(shù)?；旌?IP 數(shù) 量分別為 126 和 92 個(gè)，總計(jì) 218 個(gè)。
因此向Chiplet產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的IP 企業(yè)可受益于先進(jìn)制程的不斷迭代而大幅提高毛利率，整個(gè)市場的增幅不容小覷。
不過，目前Chiplet尚處于起步階段，只有少數(shù)公司擁有開發(fā)這些產(chǎn)品的能力，大多數(shù)企業(yè)還沒有足夠的專業(yè)知識(shí)，包括設(shè)計(jì)能力、die、die到die互連和制造策略等，一旦Chiplet定義出現(xiàn)問題，芯片IP廠商的大量存貨容易造成滯銷，還會(huì)產(chǎn)生存貨減值的風(fēng)險(xiǎn)。
IP復(fù)用的難點(diǎn)
近年來，由于芯片行業(yè)在資本市場上炙手可熱，不少芯片公司選擇大量采購IP從而快速拼裝出一顆讓投資人滿意的芯片，但芯片IP背后所隱藏的技術(shù)難點(diǎn)還沒有被解決。
Die-to-Die接口成新挑戰(zhàn)
進(jìn)入2022年，工業(yè)界已有多款Chiplet產(chǎn)品面世，國內(nèi)芯片企業(yè)對Chiplet也是一致看好，不過Chiplet的發(fā)展也誕生了高速Die to Die接口的需求。
合適的Die-to-Die接口是影響芯片性能的重要因素，不同模塊的架構(gòu)與互聯(lián)協(xié)議都不相同，設(shè)計(jì)者必須考慮到工藝制程、封裝技術(shù)、系統(tǒng)集成、擴(kuò)展等諸多復(fù)雜因素。同時(shí)還要滿足不同領(lǐng)域、不同場景對信息傳輸速度、功耗等方面的要求，因此在Chiplet的設(shè)計(jì)過程中IP接口統(tǒng)一達(dá)到高效的數(shù)據(jù)傳輸異常艱難，而解決這些問題的最大挑戰(zhàn)就是缺少統(tǒng)一的互連標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
今年3月，AMD、英特爾、三星等十大行業(yè)龍頭宣布成立Chiplet行業(yè)聯(lián)盟，共同構(gòu)建Chiplet互連標(biāo)準(zhǔn)UCLe（通用芯粒互連技術(shù)），推進(jìn)開放生態(tài)，國內(nèi)芯原和芯動(dòng)科技等國內(nèi)企業(yè)也加入U(xiǎn)CIe了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，目前已推出了實(shí)質(zhì)性的產(chǎn)品。比如芯原基于Chiplet架構(gòu)所設(shè)計(jì)的高端應(yīng)用處理器平臺(tái)；芯動(dòng)科技也發(fā)布了自研的首套跨工藝、跨封裝物理層兼容UCIe國際標(biāo)準(zhǔn)的Innolink Chiplet解決方案，不過還都處于發(fā)展初期。
尋找可復(fù)用的IP
找到可重復(fù)使用的IP模塊也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
目前，半導(dǎo)體公司大多選用之前項(xiàng)目使用過的IP模塊或通過公司IP目錄搜索。雖然這種方法有效，但并不能為手頭項(xiàng)目尋找到性能最佳的IP。有時(shí)候單是找到合適的IP就至少需要一天或更長時(shí)間，后續(xù)還需要載入目錄和認(rèn)證。因此尋求一種更標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)化的方法來實(shí)現(xiàn)IP重用尤為重要。
最后，跟蹤和確定IP的質(zhì)量也是一項(xiàng)難題。
企業(yè)的競爭格局
就半導(dǎo)體IP競爭格局而言，英國ARM公司和美國新思科技2021年以40.4%、19.7%（2020年分別為41%和19.3%）的高市占率穩(wěn)居全球第一、第二位置，中國大陸僅有芯原股份以3.3%的全球市占率擠進(jìn)前十名。
IP 市場參與者主要分為兩類：一類是與EDA 工具捆綁型的半導(dǎo)體IP供應(yīng)商，如楷登電子(Cadence)、新思科技(Synopsys)等；一類是提供專業(yè)領(lǐng)域IP模塊的半導(dǎo)體IP供應(yīng)商，如ARM、芯原股份、芯動(dòng)科技、CEVA、ImaginaTIon等。Arm作為移動(dòng)時(shí)代王者，布局CPU和GPU架構(gòu)等核心IP多年，還聯(lián)合合作伙伴建立了IP-芯片-應(yīng)用的一體化生態(tài)，已形成較高的生態(tài)壁壘。
眾所周知，IP產(chǎn)業(yè)重要的不只是芯片設(shè)計(jì)技術(shù)，生態(tài)建設(shè)也至關(guān)重要。通常電腦、手機(jī)、服務(wù)器等平臺(tái)型應(yīng)用領(lǐng)域都會(huì)受到軟硬件生態(tài)系統(tǒng)的很大影響。隨著國內(nèi)芯片IP企業(yè)逐漸發(fā)展，IP產(chǎn)品種類也不斷拓展，受到ARM軟硬件生態(tài)系統(tǒng)的影響也越來越大，百般尋覓良機(jī)，最終，選定道路向 to B領(lǐng)域進(jìn)軍。
在to B領(lǐng)域，IP產(chǎn)品線的兼容性、易用性及服務(wù)周期到便捷性、產(chǎn)品性能與穩(wěn)定性等都將成為影響勝負(fù)的因素。芯片的升級越來越多的依賴于多核、IP核復(fù)用、軟件升級等來實(shí)現(xiàn)；IP授權(quán)的開發(fā)模式，極大地縮短了芯片開發(fā)的時(shí)間，降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高了芯片的可靠性，因此對于后來者卻有優(yōu)勢。
隨著人工智能、5G通訊、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和Chiplet等新浪潮的出現(xiàn)，國內(nèi)企業(yè)的舞臺(tái)變得越來越大，另外RISC-V的出現(xiàn)，也為中國處理器IP的發(fā)展提供了一個(gè)千載難逢的機(jī)會(huì)。
結(jié)語
就全球市場而言，中國半導(dǎo)體IP 產(chǎn)業(yè)在總體的規(guī)模上還比較小，國產(chǎn)IP類別完整性也比較差，還處于中低端技術(shù)水平。不過近兩年來我們也可以看到國產(chǎn)IP在產(chǎn)品系列、與本土芯片代工企業(yè)的配合、國產(chǎn)EDA融合發(fā)展方面，都有著顯著的進(jìn)步。
對于IP企業(yè)來說，IP作為集成電路設(shè)計(jì)與開發(fā)中不可或缺的核心要素，國產(chǎn)替代將是未來 國內(nèi) IP 企業(yè)發(fā)展的新契機(jī)。這個(gè)時(shí)候需要依托他們完成的，就是不斷加速創(chuàng)新，打通內(nèi)外循環(huán)，形成完整的生態(tài)系統(tǒng)，推動(dòng)整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。總的來看，國產(chǎn)IP前景一片大好。