什么是IP核，它对于芯片制造到底有多重要

什么是IP核？有人说，如果说光刻机是工业皇冠上的明珠，那么IP核就是这颗明珠的魂。芯片只是我们看到的表象，一块芯片的诞生，用千锤百炼来说一点都不为过。首先来看一下，芯片从无到有需要经历哪几个阶段。

芯片设计和制造流程简单来说可以分四个阶段：功能/性能定义(需求分析)、IC设计(集成电路设计)、IC制造(光刻机部分)、封装测试。芯片功能/性能的定义是指在做设计芯片之前要先定位，这个芯片是用来干什么的，它要性能指标要达到什么样的要求。比如，厂家要出一个处理器芯片，最简单的一点就要先确定这是一个多少位的CPU，多少核的。比如咱们买电脑的时候，经常看到电脑搭载的是英特尔64位四核处理器。那么这个芯片在出厂之前，英特尔就定好了，它是64位的，里面有四个核心。

64位是采用64位处理技术的CPU，简单理解就是处理器一次运行64位数据，这个数字越大说明单次可以运行的数据越多，处理速度越快。四核处理器就是基于单个半导体的一个处理器上拥有四个处理器核心。并且四个核心的处理能力和功能是一样，可以同时运行，所以业界将这样的处理器称为真四核。然后还需要定义该芯片的其他的一些属性，比如I/O驱动能力、功耗、工作温度等等。

IC设计这个环节就真正要用到EDA软件和IP核了。如果这里翻车，也就没光刻机什么事了，这步骤包含的内容非常之多，比如系统设计、算法设计、行为级描述/优化、逻辑综合/优化、仿真、测试、制版数据生成等等。EDA和光刻机不少业界朋友都有所科普，而关于IP核这块的内容比较少，所以这里咱们的主角IP核就登场了。

为什么IP核越来越重要？这里的IP跟咱们常熟知的IP地址中的IP不一样。它的全称是Intellectual property，也就是知识产权。这些IP核心就是别人做好的模块，可以在设计中直接使用。如果说设计和制造芯片就像盖房子一样，那么IP核就是砖、门框和窗户等。

IP核对于整个半导体行业都非常重要，尤其是在近年来产业高速发展及全球对知识产权越来越重视的情况下。它于上世纪70年代诞生，随着芯片设计的不断演进，IP核也发生不断的变化。最早，各半导体公司有一个内部的IP核部门，专门来开发维护特定功能的IP核，如接口IP、存储IP、安全IP等等。但伴随SoC设计复杂度上升与上市时间要求缩短，第三方IP供应商开始出现。由于economic of scale，它们在成本、性能上具有优势明显，因此很多半导体公司开始采用外部第三方IP核，并消减内部在IP核上的研发投入，IP核产业从而不断壮大。

过去10年来，IP核市场的年复合增长率超过10%。其增长主要伴随着市场上新应用、新产品产生的新需求——无人驾驶、AI芯片、5G、物联网、云计算等新兴技术发展，推动了IP核迅速且更加个性化的(针对应用)发展。IP核的复用(reuse)是提高片上系统的设计效率、缩短设计周期的关键。从整个市场来看，在没有全新IP核的情况下，整个行业的发展速度都将受到阻碍。

IP核的来源有哪些？芯片设计公司的自身积累。传统IDM公司或Fabless公司在多年的芯片设计中往往有自身的技术专长，设计成果的可重用部分形成了IP(这些IP往往是硬核)。Foundry厂的积累。Foundry厂商为了吸引更多的芯片设计公司投片，往往设立后端设计队伍或者与IP核供应商合作，从而配合后端设计能力较弱的芯片设计公司进行布局布线工作。IP核主要集中于Memory、EEPROM和Flash Memory等领域。

专业IP公司。不仅提供已经成熟的IP，同时针对当前的技术热点、难点开发芯片设计市场急需的IP核。目前国内成熟的专业IP公司仅芯动科技、芯原股份，二者均在各自领域拥有全球领先的核心竞争力，是全球各主流代工厂的IP工艺库重要合作伙伴。芯动科技更是迄今为止国内唯一具备两家代工厂(台积电、三星)5nm工艺库和设计流片能力的技术提供商。EDA(Electronic Design Automation)厂商。这些IP核基本是以软核形式出现。

设计服务公司。芯片设计服务公司是目前能立即向国内IC设计公司提供IP硬核的最主要途径，除了自身积累的IP外，通过与IP专业供应商的战略合作关系，向国内用户提供各类 IP。由于单纯的IP核授权难以和两大国际巨头竞争，国内两大IP企业均提供一站式设计服务，提供除IP外的全套定制解决方案，但区别于一般的芯片设计。

目前，半导体IP 的市场参与者可大致分为两类：一类是与EDA 工具捆绑型的半导体IP供应商，如楷登电子(Cadence)、新思科技(Synopsys)等；一类是提供专业领域IP的半导体IP供应商，如ARM、芯原股份、芯动科技、CEVA、Imagination等。这段时间软银集团欲出售的Arm公司就是IP环节的头号玩家，据悉全球90%的智能手机的处理器都是用Arm的IP授权，苹果、高通、华为海思、三星都是其客户。

为什么需要IP核授权？芯片设计公司自己去做IP核行不行？可以，但是面临以下几方面的问题。1、专利保护，能否绕开现有IP授权公司专利。2、巨大投入，人力、物力、时间。3、够不够打，做出来了，能不能与竞争对手对抗。4、容错率低，一旦设计不当，满盘皆输。大家都知道，华为海思采购的是IP就是Arm公司授权的v8架构，华为在其基础上再进行芯片设计，试想如果华为海思自行设计IP的话，其智能产品能够在这么短的时间内上市吗？显而易见，短期内是实现不了的，如果没有Arm授权，咱们也不会在这么短的时间内看到如此优秀的华为海思麒麟处理器。

在5G时代，新应用、新产品将会层出不穷，需求多且更加个性化，要求芯片厂商以更快的速度推动新产品上市。比如现今的芯片厂商都在开发5G SoC(系统芯片)，以便快速适应5G技术，并将产品及时投放到市场。因此厂商需要考虑采用新工艺的芯片成本、功耗、温度、算力多少？能否快速上市等问题，而IP核的强大之处就在于这些它都帮你验证好了。下面是一张系统SOC结构的示意图，它是一种实现复杂系统功能的超大规模集成电路，大家可以看到里面包含有大量的IP核，功能越复杂，对IP核的依赖就越多。

看到这里，想必大家都知道为什么Arm可以席卷全球了吧。由于Arm的IP核授权，让很多芯片设计公司省去了很多事，该验证的环节、该考虑的因素，Arm全帮你解决了；公司的产品可以快速上市，占领市场先机。另外，Arm是一家纯粹的IP授权公司，大家对其很放心。Arm成功很大一部分也得益于其商业模式，就是以IP授权为核心的无晶圆半导体公司，即只做IP授权,其他一概不涉及。

不过如今的情况或将有所变化，因为Arm的大股东软银公司准备将它卖了。如果是卖给一家与芯片公司无关的企业，大家还是很放心；如果是卖给了一家芯片公司，那相当于站队了，其他芯片公司就会有担心Arm不授权的话(英特尔的X86就不授权，所以市面上的PC机CPU基本上一家独大)，芯片就没办法做了。然后芯片厂商就会自己想办法来做IP这块，这样一来，Arm不仅业务量受到影响，还多了竞争对手。所以Arm联合创始人发言称，若Arm被芯片厂商英伟达收购，则对Arm来说是个灾难。

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