編者按：2021年，半導(dǎo)體行業(yè)依然在挑戰(zhàn)中前行。后疫情時(shí)代、產(chǎn)能緊張、地緣政治等因素仍深刻地影響著全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈及生態(tài)。2022年，全球半導(dǎo)體行業(yè)如何發(fā)展？新的挑戰(zhàn)又會(huì)從何而來？為了厘清這些問題，集微網(wǎng)特推出【2021-2022專題】，圍繞熱點(diǎn)話題、熱門技術(shù)和應(yīng)用、重大事件等多維度梳理，為上下游企業(yè)提供參考鏡鑒。

我們往往很難單從市場規(guī)模來論述IP對于整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的重要性。相對于SIA給出的2021年全球半導(dǎo)體市場5530億美元的規(guī)模，多數(shù)機(jī)構(gòu)對IP市場同期市場規(guī)模的預(yù)測堪堪超過50億美元，增速更是大大落后于產(chǎn)業(yè)整體。

缺芯讓產(chǎn)業(yè)注意力從設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移至制造，使身處拐點(diǎn)的IP產(chǎn)業(yè)顯得更加靜默。但一些變革已深深影響到產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，摩爾定律失效、先進(jìn)封裝提速、異構(gòu)集成崛起……這些2021年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵詞背后，IP革命已悄然展開。

在風(fēng)云變幻的2021年，由RISC-V引領(lǐng)的芯片架構(gòu)競爭格局重塑，Chiplet帶來的D2D接口IP崛起和異構(gòu)集成高端IP市場擴(kuò)容，構(gòu)成了IP產(chǎn)業(yè)變革的兩大要素，預(yù)備成為兩大支點(diǎn)，撬動(dòng)2022年的6000億美元、甚至更大的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

RISC-V進(jìn)入爆發(fā)前夜 芯片架構(gòu)競爭格局重塑

2020年9月，英偉達(dá)宣布將以400億美元的價(jià)格從軟銀集團(tuán)手中收購Arm，讓剛剛為了規(guī)避地緣政治風(fēng)險(xiǎn)而將基金會(huì)遷移至瑞士的RISC-V，受到了開發(fā)至今最大程度的矚目。

雖然從目前來看，這項(xiàng)交易獲得審批通過的可能性已變得越來越小，但RISC-V仍然在2021年迎來了更多的玩家，以及更加友好的生態(tài)，這表明，RISC-V并非僅僅是Arm back-up，除了免費(fèi)、開源且不受出口限制以外，基于其優(yōu)勢特性的市場需求正在起量。

從技術(shù)角度來說，RISC-V架構(gòu)出色的靈活性、可擴(kuò)展性和功耗優(yōu)化已得到業(yè)內(nèi)公認(rèn)，在5G、IoT時(shí)代快步到來的當(dāng)下，物聯(lián)網(wǎng)將是發(fā)揮其最大效能的主戰(zhàn)場之一。此外，在半導(dǎo)體行業(yè)迎來眾多初創(chuàng)企業(yè)的當(dāng)下，RISC-V將會(huì)是其平衡成本、研發(fā)的最佳選擇。

Counterpoint Research報(bào)告指出，到2025年，全球半導(dǎo)體IP市場規(guī)模將以11%復(fù)合年增長率增長，達(dá)到86億美元，其中RISC-V的作用不容忽視。另據(jù)德勤近期行業(yè)報(bào)告預(yù)測，RISC-V處理內(nèi)核的市場將在2022年較2021年翻番，并且在2023年將再次翻番。強(qiáng)勁的市場增量由幾大半導(dǎo)體巨頭共同引領(lǐng)。首先是英特爾，年初即有消息傳出，其將收購基于RISC-V架構(gòu)的SiFive，雖然最新消息稱該談判由于在財(cái)務(wù)條款及技術(shù)整合方式上沒能達(dá)成一致而宣告破裂，但作為幾十年來X86架構(gòu)的最大受益者，英特爾此舉意味濃厚。

與最初業(yè)內(nèi)猜想英特爾此舉是為應(yīng)對英偉達(dá)收購Arm不同，事實(shí)上，今年以來，英特爾RISC-V動(dòng)作頻頻，例如計(jì)劃首發(fā)的7nm CPU將基于與SiFive合作的Horse Creek平臺(tái)，采用RISC-V架構(gòu)，這一消息近期在SiFive的新聞稿中被證實(shí)。

需要指出的是，一些觀點(diǎn)認(rèn)為，英特爾采用RISC-V核心的并非為主要CPU，而是作為輔助使用，這也印證行業(yè)內(nèi)對RISC-V一種發(fā)展趨勢的判斷，即憑借設(shè)計(jì)彈性，作為X86、Arm架構(gòu)的補(bǔ)充，在如高性能計(jì)算（HPC）等新興應(yīng)用市場將得到更加廣泛的應(yīng)用。

另一不能忽視的RISC-V玩家是中國。德勤最新報(bào)告指出，在地緣政治威脅之下，更多的中國設(shè)計(jì)公司為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，將選擇RISC-V架構(gòu)以減少對海外供應(yīng)商的依賴。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，大約三分之一的RISC-V組織成員來自中國，多家中國大公司已經(jīng)發(fā)布了RISC-V芯片。

其中，身處地緣政治風(fēng)暴核心已久的華為，對RISC-V的多年布局，終于在2021年年末迎來曙光乍現(xiàn)。就在本月，華為海思傳聞已久的高清電視芯片Hi373V110露出廬山真面目，這或是華為基于RISC-V架構(gòu)推出的首款處理器，且支持鴻蒙操作系統(tǒng)。

同樣也是在本月月初，中科院計(jì)算所研究員包云崗公開表示，高性能RISC-V開源處理器“香山”第一代內(nèi)核“雁棲湖”已經(jīng)在7月15日流片，基于28nm工藝，裸片面積6.6平方毫米，單核二級(jí)緩存1MB，預(yù)計(jì)功耗5W。第二代核心“Nanhu”目標(biāo)是14nm 2GHz。

生態(tài)系統(tǒng)方面，今年10月，阿里平頭哥宣布全棧開源玄鐵RISC-V系列處理器，并開放系列工具及系統(tǒng)軟件。這一舉措將極大推動(dòng)RISC-V架構(gòu)走向成熟，幫助RISC-V軟硬件技術(shù)加速融合發(fā)展，推動(dòng)創(chuàng)新落地。而在此之前，玄鐵910已宣布實(shí)現(xiàn)兼容安卓。

與上述兩大玩家不同，憑借2020年推出自研芯片M1成功證明自身半導(dǎo)體研發(fā)實(shí)力的蘋果，更像是伺機(jī)而動(dòng)的利益收割者。盡管M1芯片采用Arm架構(gòu)，極大加深了Arm架構(gòu)在PC領(lǐng)域?qū)86架構(gòu)的威脅，但這并不表示蘋果是Arm架構(gòu)的絕對擁護(hù)者。

根據(jù)9月的一份招聘通知，蘋果正計(jì)劃為一個(gè)跨軟硬件的研發(fā)團(tuán)隊(duì)招攬RISC-V高性能程序員，該團(tuán)隊(duì)正實(shí)施創(chuàng)新的RISC-V解決方案，以支持機(jī)器學(xué)習(xí)、視覺算法、信號(hào)和視頻處理等計(jì)算。鑒于蘋果在科技行業(yè)的影響力，這一小小的招聘啟示，傳遞的信息量是龐大的。

對于財(cái)大氣粗的蘋果來說，為了節(jié)省幾百萬的Arm架構(gòu)許可費(fèi)轉(zhuǎn)向RISC-V的說法是站不住腳的，更符合邏輯的理解是，RISC-V作為一種開源的架構(gòu)，在摩爾定律難以支撐算力高速發(fā)展的前提下，相較于封閉的Arm、X86等架構(gòu)，更利于后來者如蘋果進(jìn)行自由開發(fā)。

新老巨頭爭相入場，地緣政治加速生態(tài)建設(shè)，RISC-V已進(jìn)入爆發(fā)前夜，但這一夜或許比想象的漫長。當(dāng)前，RISC-V仍缺乏Arm或X86架構(gòu)的某些功能，并且在代工制造層面上與傳統(tǒng)架構(gòu)有很大不同。德勤認(rèn)為，到2025年，X86、Arm架構(gòu)仍然是主流架構(gòu)。

Chiplet站上風(fēng)口 接口IP有望乘風(fēng)破浪

2021年，“摩爾定律失效”是半導(dǎo)體行業(yè)高頻詞之一。一方面，臺(tái)積電、三星、英特爾之間的先進(jìn)制程大戰(zhàn)正酣，但參與者寥寥，大多數(shù)人淪為看客，另一方面，上述巨頭紛紛加快先進(jìn)封裝布局，也昭示了在更先進(jìn)制程的比拼上，有了另一維度的標(biāo)準(zhǔn)。

Chiplet是巨頭們的共同選擇。就本質(zhì)而言，Chiplet是以硅片形式供應(yīng)的IP（甚至可以理解為一種硬核IP），是硅片級(jí)別的IP重用，其意義在于，對于某些IP而言，無需Fabless自己做設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，只需要購買IP，在一個(gè)封裝里集成一個(gè)SiP即可。

如同當(dāng)初SoC帶來了IP重用技術(shù)的興起、進(jìn)而推動(dòng)IP市場的增長一樣，Chiplet時(shí)代的到來，同樣將為IP市場帶來顯著的增量。不過，鑒于Chiplet以2.5D/3D封裝技術(shù)為基礎(chǔ)，目前為止，最大的推動(dòng)力來自于臺(tái)積電、三星、英特爾以及AMD等代工廠或設(shè)計(jì)巨頭。

對于IP供應(yīng)商而言，Chiplet最大的價(jià)值之一，來自于其對接口IP、尤其是D2D（die to die）IP的廣闊需求。在Chiplet中，裸片之間通過D2D接口進(jìn)行互聯(lián)。根據(jù)IPnest預(yù)測，2021年-2025年，接口IP將以22.4%的年增長率增至25億美元，其中以太網(wǎng)&D2D增速最高達(dá)29%。

目前，業(yè)內(nèi)對于D2D標(biāo)準(zhǔn)暫未形成統(tǒng)一，領(lǐng)先的D2D標(biāo)準(zhǔn)包括：由英特爾提出、目前提供免費(fèi)版本的高級(jí)接口總線（AIB、AIB2）、由DRAM裸片在硅介質(zhì)層上堆疊的高帶寬內(nèi)存（HBM)、已經(jīng)定義了BoW和OpenHBI的開放專用域架構(gòu)（Open Domain-specific Architecture，ODSA）子組。此外，英特爾等廠商也提供一些內(nèi)部D2D協(xié)議。

隨著Chiplet市場擴(kuò)容，對融合的D2D協(xié)議的需求將變得迫切，而這也是IP供應(yīng)商的切入點(diǎn)。IPnest報(bào)告指出，正如在2000年代的SoC構(gòu)建中，半導(dǎo)體公司過渡到集成不同來源的各種IP核，這些發(fā)揮重要作用的IP供應(yīng)商將不可避免地成為2020年代的Chiplet供應(yīng)商。對于某些功能，如高速SerDes或復(fù)雜協(xié)議（PCIe、以太網(wǎng)或CXL）, IP供應(yīng)商有最好的技術(shù)在硅上實(shí)現(xiàn)。

從當(dāng)前的接口IP競爭格局來看，龍頭企業(yè)主要包括ARM、新思科技、CEVA、Cadence，其中新思科技在有線接口類別中占據(jù)了領(lǐng)先地位，并且在今年9月推出了完整的D2D IP解決方案，這也表明了IP供應(yīng)商在D2D IP領(lǐng)域的攻勢已經(jīng)展開。

國內(nèi)IP廠商同樣瞄準(zhǔn)了接口IP作為進(jìn)入市場的切入點(diǎn)。其中，芯動(dòng)科技在高速接口IP領(lǐng)域具備國際頂尖創(chuàng)新能力，成功推出全球第一款GDDR6/6X內(nèi)存技術(shù)，中國第一個(gè)自主Chiplet、HBM2e/DDR5/LPDDR5，高速PCIe5等先進(jìn)技術(shù)，其Memory接口和Chiplet接口上的優(yōu)勢和布局尤為突出。

此外，芯耀輝已完成14nm/12nm接口的布局，正在向下一代的產(chǎn)品研發(fā)，已陸續(xù)推出覆蓋DDR、PCIe、HDMI、USB、SATA、MIPI等產(chǎn)品解決方案；和芯微自主開發(fā)的USB 2.0 PHY IP技術(shù)已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平，量產(chǎn)數(shù)量過億。傳輸速率高達(dá)4.8Gbps的高速串行接口技術(shù)也已通過了階段性驗(yàn)證，擬投入量產(chǎn)。

與此同時(shí)，接口IP大廠在2021年投資并購活動(dòng)頻頻，也側(cè)面證明了這一市場的潛力。今年5月，112G PAM4 SerDes的領(lǐng)導(dǎo)者Alphawave IP在倫敦證交所上市，僅2021年上半年就募集了190美元。同月，新思科技宣布完成對10G至800G數(shù)據(jù)速率的以太網(wǎng)數(shù)字控制器IP核公司MorethanIP的收購。

Chiplet的到來對IP供應(yīng)商的影響還在于對異質(zhì)芯片市場的創(chuàng)建，從而從另一維度擴(kuò)大半導(dǎo)體IP市場。與傳統(tǒng)SoC不同，Chiplet能夠多個(gè)基于不同工藝節(jié)點(diǎn)和不同材料（Si、GaN、SiC、InP等）、單獨(dú)制造的裸片封裝到一起，這種混合策略既降低了成本，也降低了與其他IP核直接集成到主SoC相關(guān)的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，突破了IP重用技術(shù)當(dāng)前面臨的阻礙。

IPnest指出，異構(gòu)集成的商業(yè)模式將更有利于IP供應(yīng)商生產(chǎn)基于其IP的Chiplet，例如ARM生產(chǎn)基于ARM的CPU Chiplet，Si-Five生產(chǎn)基于RISC-V的計(jì)算Chiplet。“IP供應(yīng)商更有能力快速發(fā)布由自己的IP構(gòu)建的Chiplet，并提供最好的TTM，將風(fēng)險(xiǎn)最小化。”

不過需要指出的是，盡管IP供應(yīng)商在以上兩方面均具備優(yōu)勢，這些都不能阻止芯片廠設(shè)計(jì)他們自己的Chiplet和采購復(fù)雜的設(shè)計(jì)IP，以保護(hù)他們獨(dú)特的架構(gòu)或?qū)崿F(xiàn)自制的互連。對于自產(chǎn)或購買Chiplet的決定將在核心競爭力保護(hù)和非差異化功能的采購之間進(jìn)行權(quán)衡。

IPnest認(rèn)為，分別芯片廠和IP供應(yīng)商主導(dǎo)的兩種Chiplet商業(yè)模式將在未來市場中并存，不過，自2000年以來，IP業(yè)務(wù)的歷史和現(xiàn)代化增長是通過不斷采用外部資源來維持的，歷史也表明，對于芯片廠來說，外采Chiplet最終將會(huì)壓倒性地取代自產(chǎn)模式。

寫在最后

2021年，RISC-V站上風(fēng)口、異構(gòu)集成趨勢、Chiplet蔚然成風(fēng)，都使得在過去顯得相對低調(diào)的IP供應(yīng)商被推至聚光燈下。與此同時(shí)，在摩爾定律失效的背景之下，基于IP的各項(xiàng)技術(shù)成為支撐算力的最大支撐，由此，IP供應(yīng)商們也正更加深入地滲透到包括制造、設(shè)計(jì)在內(nèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)：

8月，安謀科技發(fā)布自研IP品牌“核芯動(dòng)力”，囊括已發(fā)布的“周易”人工智能平臺(tái)、“山海”信息安全解決方案、“玲瓏”ISP和“玲瓏”VPU；12月，新思科技宣布與臺(tái)積電合作，基于后者N4P制程技術(shù)開發(fā)廣泛的Synopsys DesignWare?接口和基礎(chǔ)IP核組合，為高性能計(jì)算和移動(dòng)SoC設(shè)計(jì)提供優(yōu)化的功耗和性能……

可以預(yù)見，在即將到來的2022年，隨著代工廠新產(chǎn)能的開出，行業(yè)內(nèi)對制造端持續(xù)已久的強(qiáng)烈關(guān)注或?qū)⒏嬉欢温洌?strong>另一方面，5G、HPC、物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，也對半導(dǎo)體產(chǎn)品的性能以及迭代速度提出了更高的要求，由新品驅(qū)動(dòng)的IP產(chǎn)業(yè)，也將迎來市場快速擴(kuò)容。

2020年以來，“1美元IP投入帶來100美元芯片價(jià)值”已成為描述IP對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈重要性的經(jīng)典話術(shù)。而根據(jù)SIA最新預(yù)測數(shù)據(jù)，2022年，全球半導(dǎo)體銷售額將達(dá)到6015億美元，在此趨勢下，1美元IP所能撬動(dòng)的芯片價(jià)值，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止100美元。

（校對/holly）