2022年半导体IP行业深度研究.docx

2022年半导体IP行业深度研究一、半导体IP是用于提升芯片设计效率的功能模块1、半导体IP是预先设计、经过验证、可重复使用的功能模块，处于产业链最上游半导体IP是指集成电路设计中预先设计、经过重复验证的、可重复使用的功能模块。半导体IP服务于芯片设计，因部分通用功能模块在芯片中被反复使用，半导体IP即为此类预先设计好的功能模块，从而在芯片设计中结合使用EDA软件与半导体IP来缩短芯片设计周期、降低开发成本。IP由于性能高、功耗优、成本适中、技术密集度高、知识产权集中、商业价值昂贵，是集成电路设计产业的核心产业要素和竞争力体现。半导体IP核可应用于芯片中多个功能部件。IP核可应用于芯片中多个组件，当前的IP供应商可提供芯片中绝大部分部件的IP，如处理器、外围接口、模拟部件、RAM/ROM、安全模块等，不同组件对应于不同的IP需求。通过将不同组件的IP组合起来构成一块完整的芯片设计版图。芯片设计由自主设计部分与外购IP组合而成，外购IP占比有提高趋势。芯片由芯片设计公司自主设计的电路部分和多个外购的IP核连接构成。而经过多次验证且可重复使用的外购IP核可减少设计工作量，缩短设计周期，提高芯片设计的成功率。当前芯片设计中验证IP、嵌入式存储IP以及有线接口IP中的外购IP部分已超过50%，CPU等处理器IP外购占比更高，且外购IP使用占比有提高的趋势。半导体IP行业处于产业链最上游，为芯片设计提供基本模块。半导体产业链可大体分为芯片设计、制造与封测三环节，而其中芯片设计环节是根据芯片规格要求，通过系统设计、逻辑设计、电路设计和物理设计，最终形成设计版图。该环节上游的EDA等工具供应商和半导体IP供应商分别提供芯片设计所需的自动化软件工具和搭建SoC所需的核心功能模块；设计服务供应商提供各个研发环节部分或全部的研发服务及后续晶圆制造、封装及测试的委外管理。目前芯片厂商大多采用外购部分IP+自主设计部分IP，结合外购EDA工具进行独立芯片设计的模式，Fabless与IDM企业为IP核厂商的主要下游客户。2、半导体IP产品类型丰富，处理器IP和接口IP占据较大市场规模半导体IP可按照交付方式、产品类型以及功能进行分类。按照交付方式分，可以将IP内核分为硬核、固核和软核：硬核：硬核是较为成熟的板块IP，硬核主要以偏后期的版图形式存在，硬核提供设计的最终阶段产品即掩膜，掩膜是指经过完全布局布线，经过前端和后端验证的设计版图，可预见性好，同时可以针对特定工艺或下游客户进行功耗和尺寸上的优化，灵活性和可移植性差。但也因为硬核不需要提供RTL文件，从而更容易实现知识产权保护。固核：对于一些对时序要求严格的内核，可预布线特定信号或分配特定的布线资源，以满足时序要求，这一类内核可归类为固核。固核是软核和硬核的折衷，采用门级网表的IP提交形式，与芯片实现工艺仍具有一定的相关性，从而灵活性与可靠性上均为软核与硬核的折衷，由于内核的建立、保持时间和握手信号都可能是固定的，因此其他电路设计时都必须考虑与该内核进行正确地接口。如果内核具有固定布局或部分固定的布局，那么这还将影响其他电路的布局。软核：软核是最原始的IP，主要以HDL等硬件描述语言存在，软核IP的设计周期相对较短，设计投入相对较少，由于不涉及物理实现，故软核具有一定灵活性和适应性，其主要缺点是在一定程度上使后续工序无法适应整体设计，从而需要一定程度的软核修正，在性能上也无法获得全面的优化，此外，因为软核需要提交RTL源代码文件，故较易涉及知识产权的问题。按产品类型分，半导体IP常见分类为处理器IP、接口IP、物理IP与数字IP，往下细分又可分为处理器、接口、模拟、基础、安全IP以及SoC架构和IP加速。接口IP。接口是SoC的基本功能之一，是实现SoC中嵌入式CPU访问外设或与外部设备进行通信、传输数据的必备功能。接口IP品类较多，主要包括SerDes、USB、DDR、PCIe、MIPI、SATA等，接口IP市场中Synopsys覆盖品类较广，占有较高份额。模拟IP。模拟IP即服务于模拟IC的IP，模拟芯片主要可分为电源管理类芯片与信号链芯片，分别需求对应的IP核产品，电源管理IP包括LDO、DC/DC、AC/DCIP等，信号链IP包括如AD/DAIP等。模拟芯片相较而言更多采用定制化设计或芯片厂自主设计，故模拟类IP用量相对较少，主要有Synopsys、MIPS（后被Imagination收购）等厂商布局。基础IP。基础IP包括部分存储IP、逻辑单元库与IO等。存储IP种类较多，基础IP类别主要包含嵌入式存储器类，其中又可分为RAM、ROM等类别，不同存储器产生不同的存储IP需求。逻辑单元库包括反相器、与门、寄存器、选择器、全加器等完成基本逻辑运算的基础单元库。IO单元也属于基础IP的类别，IO