半导体IP行业深度研究：构筑芯片大厦的“砖瓦”

（报告出品方/作者：招商证券，鄢凡、卢志奇）半导体 IP 是用于提升芯片设计效率的功能模块半导体 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。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/DC IP 等，信号链 IP 包括如 AD/DA IP 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 单元用于芯片信 号输入、输出和电源供给。安全 IP。

安全 IP 解决方案主要包括信任根、内容保护、加密，以及可集成到 SoC 的安全协议加速器，安全 IP 集成解决方案主要用于实现多种安全标准的核心内容，支持机密性、数据完整性、用户/系统认证、不可否认性 以及肯定授权。SoC 架构 IP。SoC 架构 IP 用于 SoC 集成，适用于多种场景，包括宽带通信、多媒体和嵌入式数据采集，包括 数据路径 IP、AMBA 片上总线架构以及适用于标准总线接口的微控制器等。处理器 IP 是半导体 IP 中最大市场规模的子类。

主要处理器 IP 可分为 CPU IP、GPU IP、NPU IP、VPU IP、DSP IP 以及 ISP IP 六类，其中 CPU IP 市场规模最大，同时也具有极高的技术壁垒与生态壁垒，当前 CPU IP 市场基本由 ARM 垄断，目前国内国芯科技专注于嵌入式 CPU IP 研发。其余处理器 IP 为专用型处理器 IP，GPU IP 市场中 Imagination 具有较高市场份额，其余海外主要玩家仍为 ARM、Cadence 与 Synopsys 三家，国内如芯原股份、寒武 纪等公司对 NPU IP、ISP IP、DSP IP 等有所覆盖。接口 IP 包括有线接口 IP 与无线接口 IP，为增速最快子类。

接口 IP 中主要为有线接口 IP，有线接口 IP 包括 USB IP、 PCIe IP、DDR IP、SATA IP、D2D IP 等，其中应用较多的为 USB、DDR、PCIe、MIPI 与以太网 IP。无线接口 IP 主要包括蓝牙、Zigbee、Thread IP 等。接口 IP 中主要均为有线接口 IP，据 IPnest 数据，有线接口 IP 占接口 IP 市 场的 95%。物理 IP 可分为射频 IP 与数模混合 IP。

其中物理接口类 IP 如 DDR 控制器 IP 等也可归为接口类 IP，在 IPnest 的行业 统计口径中并入到接口 IP 类别中。物理 IP 当中数模混合 IP 种类较多，包括 SoC 子系统、数据接口、存储、单元库 以及模拟 IP 等，目前一些龙头公司如 ARM、Synopsys 与 Cadence 等均有布局。物理 IP 中存储 IP 包含多种类别，应用于半导体类存储。

存储器按存储介质分为半导体存储、光学存储以及磁性存储， 存储 IP 应用于半导体类存储。半导体类存储又可分为易失性存储与非易失性存储（Non-Volatile Memory，NVM）， 易失性存储类。