本文來自微信公眾號「半導體行業觀察」，作者：杜芹。
英偉達收購Arm的新聞引起了海內外的轟動，作為英國科技業「皇冠上的明珠」，Arm的命運對英國的未來至關重要，也對全球的發展有着很大的影響。英國擔心技術主權的流失，以及工人失業，其他人擔心Arm還能保持中立否？同門師兄弟RISC-V也再次被推上風口浪尖。
有人説，如果美國企業英偉達真的將Arm收入麾下，那麼必將會讓美國補上IP這個芯片領域的重要一環。但即使不收購Arm，美國的IP實力也是冠絕全球的。
説説IP核
在半導體中，我們常説的IP，其實是指IP核心（半導體知識產權核）。半導體IP（Intellectual Property）指在集成電路設計中，經過驗證的、可重複使用且具備特定功能的集成電路模塊，通常由第三方開發。
IP內核可以許可給另一方，也可以由一個單獨方擁有和使用。IP能幫助降低芯片開發的難度、縮短芯片的開發週期並提升芯片性能，是集成電路產業鏈上游關鍵環節，主要客户是設計廠商。
根據不同的設計IP，半導體IP市場可分為處理器IP、接口IP、內存IP以及其他IP（模擬到數字IP和數字到模擬IP）；在IP核的基礎上，半導體IP市場主要細分為軟核和硬核；按收費方式分類，IP 商提供許可( license )和版税(royalty)兩種模式，其中版税佔據較大份額。
在許可（Licensing）模式下，設計商按 IP 授權次數付費，是一次性產品授權費。在版税（Royalty）模式下，設計商按製造的芯片數量付費，是跟產品銷量掛鈎的授權費。
據Markets and Markets預測，半導體IP市場將從2017年的47億美元增長到2024年的65億美元，預計將推動市場發展的主要因素是消費電子領域的多核技術的進步以及對現代SoC設計的需求不斷增長。
其中處理器IP市場將佔據最大的市場份額，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，尤其是汽車領域，隨着自動駕駛的來臨，汽車半導體IP市場將以最高複合年增長率增長。這些處理器主要包括微處理器單元（MPU），微控制器單元（MCU）和數字信號處理器（DSP）。
再者就是，版税的半導體IP市場預計將佔據最大份額。在特許權IP採購中，芯片製造商必須為製造的每個芯片付費。
由於技術市場的波動，特許權使用費的市場正在蓬勃發展，因為版税的模式可以幫助製造商生產所需數量的產品，並且只需為該產品支付一定比例的版税即可。
「滿屏的」美國IP廠商
IP核在芯片設計中的許可和使用在1990年代很普遍。如今，使用最廣泛的IP內核來自Arm，Synopsys，Imagination和Cadence。下圖1是全球前十五的設計IP廠商排名，而在這些主要的廠商中，美國幾乎佔據了大半壁江山，見圖2。
圖1：全球TOP15 半導體IP廠商排名
圖2：半導體IP廠商所屬國家
按產品種類分類，半導體IP廠商主要提供包括處理器IP、有線接口IP、物理IP等不同產品。
處理器IP是一種數字電路，用於完成取指令、執行指令及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，主要包括CPU IP、GPU IP、神經網絡處理器IP（NPU IP）、視頻處理器 IP（VPU IP）、DSP IP、圖像信號處理器 IP（ISP IP）六大類。
接口 IP 集成了基於協議的功能，其最大份額來自於以數據為中心的應用，主要包括通用串行總線（USB IP）、串行高級技術附件（SATA IP）、高清多媒體接口/顯示端口（HDMI/DP IP）等。
物理 IP 主要用於模擬及混合信號、物理接口、存儲單元和其他的數字 IP，主要包括數模混合IP、射頻IP等。
在這些不同的IP產品中，其中接口IP在市場上的重要性正在增長。
接口類IP主要集成了基於協議的功能，如USB、PCI Express、以太網、MIPI、SATA、DP，以及Die-to-Die (D2D)接口和內存控制器(DDRn、LPDDRn、HBM、GDDR)。
根據IPnest的統計，2018到2019年，處理器IP的市場份額從53.5%下降到51%，而接口類IP的市場份額則從20.3%上升到22.1%。從增長和市場份額來看，接口IP市場是最大的贏家，2019年的份額為8.7億美元。而在2009年，接口IP類別僅佔了2.2億美元，在10年裏翻了4倍。
2018-2019年IP分類的演進（資料來源：IPnest）
具體來看美國各大IP供應商所經營的情況：
美國兩大「一站式」IP 供應商
除了Arm之外，EDA軟件工具商Synopsys和Cadence也是IP陣營的主要參與者。而且就半導體知識產權（IP）的前期技術許可的收入而言，Synopsys在2019年的表現優於ARM。
2019年半導體IP許可的市場份額，但不包括特許權使用費。（資料來源：IPnest）
2019年Synopsys 收入同比增長13.8％，取得了18.2％的市場份額，是目前除ARM外唯一市佔率超過10%的半導體IP公司。Synopsys市佔率提升的主要原因是近年來數據中心蓬勃發展帶動接口IP需求的增長。
2019年Synopsys的最高增長來自接口IP類別，大約佔據19.3%的來源，其他類別也有貢獻，但較少。目前，在有線接口類別中，Synopsys 市佔率排名第一，2018 年其份額達到 45％。排在第三的Cadence也是主要通過共享接口IP和DSP IP 為主要收入。
Synopsys和Cadence的增長率表明他們的IP長期戰略是成功的。兩家EDA供應商圍繞着「一站式」IP 供應商戰略，通過收購各自領域內領先的中小型IP優質供應商，創建了自己的IP產品。
但成為「一站式」供應商戰略之所以成為可能，是因為兩家公司都是足夠大的公司，財力雄厚，可以通過多次收購來支持這一定位。
Synopsys從2000年初開始就開始了一系列收購，據不完全統計Synopsys共收購了近20家IP供應商。比較有代表的是IP供應商ARC，Synopsys 2010年以3.15億美元收購IP供應商Virage；
2015年收購 Elliptic Technologies公司以及Vision的 Bluetooth Smart IP；
2017年收購了Sidesense；
2018年以非公開的價格收購了非易失性內存IP供應商Kilopass；
2020年1月，Synopsys又收購了INVECAS部分IP資產，這有助於拓展新思科技DesignWare邏輯庫、通用I/O、嵌入式內存、接口和模擬IP產品組合。
Cadence定位在IP是在2010年收購IP驗證公司Denali開始。2013年，Cadence又收購了IP供應商Cosmic Circuits和Tensilica，收購兩家公司之後，Cadence在2013年躋身半導體IP核心供應商的前四名。
2017年11月，Cadence收購了專注在超高速SerDes通信IP的公司nusemi inc，nusemi的超高速SerDes技術將有效補充Cadence強勢IP產品，包括內存IP、存儲IP、互聯IP和數字信號處理（DSP）IP的全套方案。
存儲器IP領域的領導者SST
SST提供NVM IP，該領域無可爭議的領導者，收入超過1億美元或超過2倍的第二收入。
Silicon Storage Technology（簡稱「SST」）成立於1989年，於1995年上市，並於2010年4月被Microchip收購。SST現在是Microchip的全資子公司，總部位於加利福尼亞州聖何塞。
SST是SuperFlash® 技術的創造者，該技術是一種創新，高度可靠且用途廣泛的NOR閃存。SuperFlash技術於1995年與ESF-1（第一代嵌入式SuperFlash）一起投入量產。
開發中的最新一代產品是用於28 nm工藝節點的ESF-3。從ESF-1到ESF-3，該技術已被證明具有可擴展性，與標準制造工藝兼容且高度可靠。它還通過高產，面積優化的IP和低掩膜數量的鑄造工藝來降低與大批量生產相關的成本。
「隨着半導體行業的無晶圓廠化，越來越多的半導體公司通過SST的靈活許可模式利用我們差異化的非易失性存儲器IP解決方案，」SST技術許可副總裁Mark Reiten説。「隨着我們與一系列代工廠，IDM和無晶圓廠合作伙伴的建立，SuperFlash技術已成為半導體行業創新的隱祕寶石。這項技術正通過其依賴的電子設備和機器悄悄地普及到世界上的大多數人口。」
排名第九的Rambus為各種類型的內存和SerDes提供PHY和控制器IP，聚焦於DRAM的IP 供應，在內存接口IP市場份額排行全球第三。
Rambus的發展過程也有不少收購：
2010年5月Rambus以225萬美元的價格收購了unio - pixel的部分IP產品，涉及動態背光、現場順序彩色顯示和時間多路光快門顯示技術；
2016年8月，以3200萬美元收購Semtech公司的Snowbush IP資產，該公司是一家高性能串行鏈路解決方案提供商；
2019年12月，Rambus以4500萬美元的價格從Verimatrix(以前是Inside secure)收購了硅IP、安全協議和供應業務。
FPGA和eFPGA IP供應商
排在第八位的Achronix是唯一在批量生產中同時具有高性能和高密度獨立FPGA和嵌入式FPGA（eFPGA）解決方案的IP供應商。
2013年，Achronix推出了Speedster®22i FPGA系列，並提供了用於高性能有線應用的嵌入式系統級IP，從而交付了業界最先進的FPGA。
2016年，Achronix開始向世界上一些最大的技術公司交付Speedcore™嵌入式FPGA（eFPGA）IP。
Speedcore IP是全球唯一在大批量應用中投入生產的eFPGA IP解決方案。Speedcore IP目前可用於TSMC 16FF +，TSMC 7nm和TSMC 12FFC技術。
在2019年，Achronix宣佈推出基於臺積電7nm FinFET技術的革命性Speedster7t FPGA產品系列，這是第一個提供2D片上網絡（NoC）和針對AI / ML工作負載進行了優化的機器學習處理器的FPGA架構。
另外，還有美國的Flex Logix也是eFPGA硬IP和軟件的領先提供商。Flex Logix的EFLX eFPGA現在可用於12、16、22、28和40nm，是臺積電的第一個eFPGA IP聯盟合作伙伴。
同門師兄弟MIPS和RISC-V
今年4月29日，美國AI初創企業Wave Computing根據美國《破產法》第11章向美國加利福尼亞州北區聖荷西分部破產法院提交了救濟申請書。MIPS未來究竟屬於哪個國家，還不得而知，鑑於其沒有落到實處，暫且還將其歸到美國陣營。
儘管智能手機熱潮繞過了MIPS架構，但基於它的近100億個芯片已經運用於成千上萬的電子設備中。MIPS架構在嵌入式處理器市場中扮演着重要角色，包括Microchip，Mobileye和MediaTek在內的數百家客户繼續在商業上使用它。常見的應用是機頂盒，住宅網關和路由器。
國內也有不少MIPS的忠實用户，國人較為熟悉的如龍芯、君正、珠海炬力，還有上海芯聯芯今年也取得了MIPS在中國的獨家商業經營權。
另一個廣受業界關注的RISC-V，美國也是比較早涉獵的，美國的SiFive是第一家基於自由開放的RISC-V指令集架構構建定製硅的無晶圓廠半導體公司。它將開源RISC-V ISA的功能與CPU IP的創新相結合，帶給了半導體行業，從而使開發特定領域的硅變得比以往更快。SiFive Core IP產品組合涵蓋了從高性能多核異構應用處理器到區域優化的低功耗嵌入式微控制器。SiFive Core IP標準核心微體系結構基於RISC-V ISA，可提供64位和32位選項。
NoC互聯IP廠商Arteris IP躋身第12位
2019年，美國IP廠商Arteris IP躋身半導體IP供應商15強之列，排在第12位。在前15家半導體IP公司中，Arteris IP的年營收增長率位居第二，並憑藉其2019年3400萬美元的營收，在互連IP市場佔據了31.3%的份額。
這種增長來自全球所有地區和所有用於領先應用的產品線(FlexNoC Interconnect、Ncore Cache Coherent Interconnect、CodaCache Last Level Cache IP)，如機器學習、汽車、5G和基礎設施SoCs。
Arteris發明了業界第一個商用芯片網絡(NoC) SoC互連IP解決方案，是業界的領導者。Arteris為片上系統(SoC)製造商提供片上網絡(NoC)互連半導體知識產權(IP)，因此他們可以減少週期時間，增加利潤，並容易地增加功能。
Arteris IP為百度、Mobileye、三星、華為/ HiSilicon、東芝和NXP等客户提供網絡芯片(NoC)互連IP，用於加速系統芯片(SoC)半導體組裝，應用範圍廣泛，從AI到汽車、手機、物聯網、相機、SSD控制器和服務器。
與傳統的解決方案不同，Arteris interconnect即插即用技術是靈活和高效的，允許設計師優化吞吐量、功率、延遲和平面圖。
結語
由上文分析可以看出，美國成功的IP廠商可以分為兩類：一類是如Synopsys和Cadence等大型EDA公司提供一站式的IP組合；另一類是，是那些非常專注並有能力成為其細分市場或子細分市場技術領導者的公司。
這些IP供應商的祕密就是其設計(和產品)的質量是第一位的，能夠提供創新和先進的解決方案緊隨其後。這或許是我們的一大借鑑思路。
反觀管內，從排行榜中也可以看出，大陸只有芯原股份上榜全球IP榜單，當前國產 IP 的產業影響力相對較小，但是本土企業已積極佈局。目前中國大陸有平頭哥、芯來、芯原股份、寒武紀、華大九天、橙科微、IP Goal 和 Actt 等IP廠商。
而從其產品佈局和市場影響力來看，這些IP廠商還有很長的一段路要走。
編輯/isaac