資訊 | 從通用到專用，5G時(shí)代IP核的新故事

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硅IP核產(chǎn)業(yè)自誕生以來(lái)就不斷演進(jìn)。最開(kāi)始主要由各半導(dǎo)體公司內(nèi)部的IP核部門來(lái)開(kāi)發(fā)維護(hù)，伴隨設(shè)計(jì)復(fù)雜度上升與上市時(shí)間要求縮短，第三方商業(yè)IP核開(kāi)始出現(xiàn)，他們?cè)诔杀?、性能與規(guī)模效應(yīng)上優(yōu)勢(shì)明顯，很多半導(dǎo)體公司開(kāi)始采用第三方IP核，并逐漸減少在自研IP核上的投入，IP核產(chǎn)業(yè)日益興盛。

如同芯片在不斷迭代，IP核也在不斷進(jìn)步。集成電路技術(shù)60年來(lái)基本遵循摩爾定律的演進(jìn)規(guī)律。隨著進(jìn)入后摩爾時(shí)代，即兩年一代技術(shù)更換的節(jié)奏開(kāi)始放緩，設(shè)計(jì)和制造企業(yè)開(kāi)始更加重視產(chǎn)品的多樣化發(fā)展，而不再一味追求特征尺寸的縮小，使得IP核技術(shù)發(fā)展也出現(xiàn)新的趨勢(shì)，5G的到來(lái)將加速這一趨勢(shì)的凸顯。

5G的新需求

此前，新思科技（Synopsys）總裁兼聯(lián)席首席執(zhí)行官陳志寬博士曾公開(kāi)表示，不同于4G或者以前的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，5G的高速度、高帶寬和高頻率，這些特性將會(huì)給半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)明顯的轉(zhuǎn)變。

相比于4G，5G的業(yè)務(wù)場(chǎng)景擴(kuò)大，業(yè)務(wù)需求發(fā)生重大變化。5G具有大帶寬、低延時(shí)、廣聯(lián)接的特性，這為整個(gè)行業(yè)帶來(lái)了顛覆性的新應(yīng)用機(jī)會(huì)。

來(lái)源：新思科技

對(duì)于5G手機(jī)來(lái)說(shuō)，5G顯著地提高了手機(jī)的數(shù)據(jù)吞吐量，導(dǎo)致業(yè)內(nèi)對(duì)于高效處理解決方案、支持高速芯片到芯片通信的接口IP等解決方案的需求也急劇提升。

同樣，在汽車領(lǐng)域，5G的商用為L(zhǎng)TE-V2X提供了更強(qiáng)大的性能和更多的可能性，5G形成了端到端的生態(tài)系統(tǒng)，也產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，使人們開(kāi)始更多的思考安全性。為避免發(fā)生安全問(wèn)題，當(dāng)今汽車SoC中不斷增加安全功能，導(dǎo)致要求IP核提供商采取嚴(yán)格的流程以確保IP核滿足功能安全性和可靠性標(biāo)準(zhǔn)。

而在物聯(lián)網(wǎng)方面，將幾十億智能“事物”連接到我們的指尖，其核心指標(biāo)要求超低功耗，這就提出了超低功耗 IP核的一系列需求。而且，隨著城市、樓宇、家居的智能化和網(wǎng)絡(luò)化以及可穿戴市場(chǎng)的發(fā)展，亦催生了對(duì)藍(lán)牙、NB-IoT等一系列射頻類協(xié)議IP核的需求。

不難發(fā)現(xiàn)，無(wú)論5G時(shí)代發(fā)生怎樣的變化，提出怎樣的需求，都與IP核有著密不可分的聯(lián)系。

IP核的重要性

事實(shí)上，不僅5G，IP核對(duì)于整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)都非常重要，尤其是在近年來(lái)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展及全球?qū)χR(shí)產(chǎn)權(quán)越來(lái)越重視的情況下。

技術(shù)在飛速進(jìn)步，芯片不斷推陳出新，開(kāi)發(fā)節(jié)奏越來(lái)越快，分工越來(lái)越明確，業(yè)內(nèi)人士意識(shí)到用成熟IP核開(kāi)發(fā)產(chǎn)品迅速搶占市場(chǎng)的重要性，并且這種意識(shí)還在不斷加強(qiáng)。

過(guò)去10年來(lái)，IP核細(xì)分市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)10%，遠(yuǎn)高于EDA和整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的增長(zhǎng)。如果將Chiplet也歸入IP核類別的話，未來(lái)10年IP有望趕上EDA的市場(chǎng)規(guī)模。

因此，雖然在年均600多億美元的全球芯片研發(fā)開(kāi)支中，IP核占比只有5%，約36億美元，但其價(jià)值和影響力卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出金錢衡量的份額。可以毫不夸張地說(shuō)，在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)這座金字塔上，IP核處于價(jià)值鏈的最頂端。

這一現(xiàn)象從最新數(shù)據(jù)中也可見(jiàn)端倪。近期，市場(chǎng)分析公司IPnest發(fā)布了2019年全球半導(dǎo)體IP廠商的營(yíng)收排名。

2019年排名前10的IP公司及收入（百萬(wàn)美元），資料來(lái)源：IPnest

根據(jù)該表格顯示，2019年全球半導(dǎo)體IP核市場(chǎng)總價(jià)值約為39.4億美元，比2018年的37.4億美元增長(zhǎng)了5.2％?？紤]到半導(dǎo)體市場(chǎng)在2019年下降了約15％，且IP核特許權(quán)使用費(fèi)通常與芯片銷售價(jià)格掛鉤，這份榜單正好說(shuō)明IP核在半導(dǎo)體市場(chǎng)的滲透率進(jìn)一步提高了。

說(shuō)回5G，正如前文所言，在5G時(shí)代，無(wú)數(shù)新應(yīng)用、新產(chǎn)品將會(huì)催生無(wú)數(shù)新需求，這些需求發(fā)展迅速且更加個(gè)性化，要求芯片制造商以更快的速度推動(dòng)新產(chǎn)品上市。在5G爆火的這兩年中，芯片制造商一直在競(jìng)相開(kāi)發(fā)5G SoC，以便在5G技術(shù)首次亮相時(shí)及時(shí)投放市場(chǎng)。然而采用新工藝的新款芯片成本、功耗多少？能否快速上市？都是芯片制造商需要考慮的問(wèn)題。

IP核的復(fù)用是提高片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率、縮短設(shè)計(jì)周期的關(guān)鍵。基于IP核復(fù)用技術(shù)的SoC設(shè)計(jì)使芯片設(shè)計(jì)從以硬件為中心轉(zhuǎn)向軟件為中心，芯片設(shè)計(jì)不再是門級(jí)的設(shè)計(jì)，而是IP核的接口及其復(fù)用設(shè)計(jì)。

在芯片制造商爭(zhēng)分奪秒搶占市場(chǎng)的今天，一款全新的可靠的IP核將成為廠商的制勝法寶。從整個(gè)市場(chǎng)來(lái)看，在沒(méi)有全新IP核的情況下，整個(gè)行業(yè)的發(fā)展速度都將減緩。

如何靠近5G？

為了解決這一現(xiàn)狀，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，設(shè)計(jì)一款滿足5G需求的IP核成為了現(xiàn)下芯片制造商關(guān)注的重點(diǎn)。系統(tǒng)架構(gòu)師在設(shè)計(jì)中尋找針對(duì)各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)方法，以求降低風(fēng)險(xiǎn)并加快設(shè)計(jì)進(jìn)度。

對(duì)于一款5G手機(jī)來(lái)說(shuō)，其5G芯片需要多種處理解決方案，能夠在基帶解決方案所要求的多種不同工作負(fù)載之間保持高效；而同樣的芯片，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域則需要降低復(fù)雜性實(shí)現(xiàn)低功耗的特性。

對(duì)于接口IP也是如此，在5G手機(jī)中接口IP依舊需要具有高復(fù)雜性，而在網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)中則需要接口IP節(jié)省系統(tǒng)成本。

相較于以上領(lǐng)域，對(duì)于汽車領(lǐng)域而言，安全和可靠則成了主旋律

對(duì)于這些要求，傳統(tǒng)的通用IP核顯然已經(jīng)不太適用。為此，一些廠商已經(jīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)5G市場(chǎng)的創(chuàng)新型IP核。IP巨頭新思科技就是其中的先行者。

面對(duì)5G市場(chǎng)的細(xì)分化需求，新思科技推出了Designware IP產(chǎn)品組合，包括邏輯庫(kù)、嵌入式存儲(chǔ)器、嵌入式測(cè)試、模擬IP、有線和無(wú)線接口IP、安全I(xiàn)P、嵌入式處理器和子系統(tǒng)。這些產(chǎn)品分別具有低功耗、復(fù)雜基帶處理、低延遲、高安全性等特點(diǎn)，以應(yīng)對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

為了適應(yīng)5G手機(jī)復(fù)雜的基帶處理，新思科技的ARC EV6x以及帶增強(qiáng)DSP功能的ARC HS處理器，能夠提高每個(gè)周期中完成的工作量，并減少這些復(fù)雜解決方案的能耗。對(duì)于定制的基帶處理設(shè)計(jì), 新思科技ASIP Designer工具使客戶能夠構(gòu)建針對(duì)其獨(dú)特設(shè)計(jì)需求進(jìn)行優(yōu)化的處理器。

同樣對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)需要的低功耗系帶處理器，新思科技的ASIP Designer工具可以開(kāi)發(fā)出具有超低功耗、超小尺寸以及高計(jì)算吞吐量的可編程的、針對(duì)具體任務(wù)優(yōu)化的內(nèi)核/加速器。

此前，臺(tái)積電設(shè)計(jì)建構(gòu)管理處資深處長(zhǎng)Suk Lee盛贊新思科技的Designware IP，表示新思科技一直走在IP解決方案的前端。提供的IP解決方案能滿足AI、汽車與云端運(yùn)算等應(yīng)用領(lǐng)域的SoC部署對(duì)于效能、功耗和芯片面積的要求。

從通用到專用

縱覽整個(gè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，我們不難發(fā)現(xiàn)，芯片開(kāi)始出現(xiàn)定制化需求，而分析近年IP市場(chǎng)，也同樣得出市場(chǎng)正在從通用IP核（例如CPU、DSP、基礎(chǔ)IP）向更多特定應(yīng)用的IP核轉(zhuǎn)變的結(jié)論，對(duì)于CPU或DSP尤其如此。

具體看來(lái)，由于物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等新興技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體產(chǎn)品生態(tài)將會(huì)更加豐富，同時(shí)設(shè)計(jì)規(guī)模和設(shè)計(jì)難度也將進(jìn)一步加大，使得客戶對(duì)于IP核的種類、功能和性能都提出了更多個(gè)性化的需求。

IP核在向更專業(yè)化的垂直細(xì)分領(lǐng)域發(fā)展，例如存儲(chǔ)器IP面向不同的市場(chǎng)和應(yīng)用，客戶會(huì)選擇不同技術(shù)類型的存儲(chǔ)器，如汽車電子應(yīng)用偏好高可靠性，一些電源類產(chǎn)品偏好高耐壓，而一些消費(fèi)類產(chǎn)品傾向于低成本。

看向新思科技的5G IP解決方案，就能發(fā)現(xiàn)3G，4G演變到5G時(shí)代中IP方案有所不同之處。據(jù)新思科技資料指出，其5G IP解決方案將會(huì)有低功率、處理復(fù)雜基帶、高帶寬、AI以及安全性等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)可以應(yīng)用在無(wú)論是5G基礎(chǔ)設(shè)施中的服務(wù)器、5G的eCPRI又或者是高速安全加速器等場(chǎng)景中。

以基帶為例，復(fù)雜的基帶解決方案必須適應(yīng)更高的帶寬、載波聚合和大規(guī)模MIMO（或具有波束形成的多天線）。新思科技的ARC VPX是一個(gè)DSP解決方案，它包括512bit訪問(wèn)，可以解決這些向量處理需求的復(fù)雜性。

不僅如此，目前，人工智能正以5G自優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)或5G子網(wǎng)的形式部署，以處理5G基礎(chǔ)設(shè)施的大部分復(fù)雜性。新思科技的ARC-EV處理器提供了在設(shè)備上處理這些實(shí)現(xiàn)所需的所有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能，而不是將所有數(shù)據(jù)進(jìn)一步向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

同時(shí)，新思科技的SerDes還能夠支持CPRI和ECRPI。

IPnest負(fù)責(zé)人埃里克·埃斯特維（Eric Esteve）指出，在過(guò)去10年的大部分時(shí)間里，IP核業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)主要依靠智能手機(jī)。而在未來(lái)幾年中，IP核收入的增長(zhǎng)來(lái)源將是高性能計(jì)算和數(shù)據(jù)中心、有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在這些高性能的應(yīng)用當(dāng)中，接口IP的重要性正在增長(zhǎng)，而且其在整個(gè)IP核市場(chǎng)的占比正在蠶食處理器IP的市場(chǎng)份額，成為了最具發(fā)展?jié)摿Φ腎P核品類。

Eric Esteve繼續(xù)談到，處理器之后，物理IP、有線接口IP、SRAM存儲(chǔ)器編譯器、其他存儲(chǔ)器編譯器、物理庫(kù)，模擬和混合信號(hào)以及無(wú)線接口IP，都是新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

在有線接口類別中，新思科技是明顯的領(lǐng)導(dǎo)者，最新數(shù)據(jù)顯示，2018年，該公司擁有約45％的市場(chǎng)份額，在物理IP市場(chǎng)則占有約35％的市場(chǎng)份額。

近幾年，新思科技還進(jìn)行了不少收購(gòu)，增強(qiáng)其細(xì)分產(chǎn)品組合的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。例如，其于2016年收購(gòu)的Gold Standard Simulations Ltd（GSS），該公司專門從事用于納米級(jí)電子設(shè)備的TCAD軟件研發(fā)。

今年1月，新思科技又收購(gòu)了Invecas的某些基礎(chǔ)和模擬IP資產(chǎn)，并表示，此次收購(gòu)將擴(kuò)大其DesignWare邏輯庫(kù)，通用I / O，嵌入式存儲(chǔ)器，接口和模擬IP產(chǎn)品組合。此外，新思科技還收購(gòu)了DINI Group、QTronicGmbH和eSilicon的一些資產(chǎn)。

說(shuō)在最后

5G，讓科幻作品中的世界將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。不久的將來(lái)，我們或許將面對(duì)當(dāng)前無(wú)法想象的社會(huì)，生活方式和思考方式也會(huì)受到巨大沖擊。云技術(shù)的廣泛應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、成熟的無(wú)人駕駛技術(shù)等都會(huì)向我們走來(lái)。

與此同時(shí)，5G也為更多的領(lǐng)域創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，IP核作為其中一個(gè)細(xì)小的領(lǐng)域，正在以蝴蝶振翅之力，掀起滔天巨浪。

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*聲明：本文轉(zhuǎn)載自“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”。文章內(nèi)容系作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表深圳華芯任何立場(chǎng)，轉(zhuǎn)載僅為了傳達(dá)一種不同的觀點(diǎn)，如有任何建議或意見(jiàn)，歡迎隨時(shí)聯(lián)系我們。