半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了很多變化，每一種變化都想要降低與芯片的設(shè)計和制造相關(guān)的總成本。20年前，大多數(shù)公司都有它們自己的晶圓廠，并且自己設(shè)計每種芯片上的所有電路。今天，僅有少數(shù)幾家公司有自己的晶圓廠，而以知識產(chǎn)權(quán)（IP）形式的外包設(shè)計已經(jīng)成為了常態(tài)。

IP已經(jīng)占據(jù)了EDA行業(yè)的最大份額，而且大多數(shù)人預(yù)計在可預(yù)見的未來其還將繼續(xù)增長。但這個行業(yè)健康嗎？又面臨著哪些阻礙？

MarketsandMarkets預(yù)計全球半導(dǎo)體IP市場將會從2015年的30.9億美元增長到2022年的70.1億美元，2016年至2022年的復(fù)合年增長率將達(dá)到10.55％。

圖1：從1996年第一季度到2017年第一季度，按類別給出的EDA、IP和服務(wù)的季度收入。來自ESDMSS（未報告的公司包括ARM、CEVA和Rambus。ARMPhysicalIP是從2016年第四季度開始估計的）

但半導(dǎo)體行業(yè)里有很多不確定性，未來幾年可能就會發(fā)生很大的變化。那么我們需要懷疑這個行業(yè)的長期發(fā)展?jié)摿幔?/p>

德州儀器（TI）全球硅開發(fā)部門高級總監(jiān)兼研究員SanjiveAgarwala發(fā)出了他的獨家警告。他目前正在開發(fā)用于汽車和工業(yè)4.0的芯片，這些芯片的特點是擁有大型處理器和大量傳感器。“不管是在TI內(nèi)部還是外部，我們都在努力尋找最好的技術(shù)。”Agarwala說，“現(xiàn)在IP已經(jīng)發(fā)展了很多年了。所以我們能使用ARM內(nèi)核，因為它們是現(xiàn)在最好的。接口方面也是類似，因為它們也在發(fā)展。”

但是，當(dāng)被問到對未來的看法時，Agarwala認(rèn)為有很多發(fā)展阻力。“人們感覺IP業(yè)務(wù)還在增長，但我認(rèn)為它不會繼續(xù)增長，就算增長也不會超過一兩年。原因很簡單。節(jié)點數(shù)量增長減速、行業(yè)整合、IP標(biāo)準(zhǔn)化——這些都會增加利潤壓力，而研發(fā)成本則依賴于你能承受多少。在我看來，這意味著在未來幾年里繼續(xù)參與競爭將變得非常艱難，而你將需要自己鞏固你的IP業(yè)務(wù)。過去有很多內(nèi)部IP開發(fā)都轉(zhuǎn)向了外部，這是有意義的。有很多東西我們都不再自己內(nèi)部做了，但這種轉(zhuǎn)變將不再發(fā)生。”

IP公司的發(fā)展健康嗎？“據(jù)ESDAlliance，IP產(chǎn)業(yè)正在以兩位數(shù)的速度增長，所以它肯定是健康的。”Uniquify，Inc.營銷副總裁GrahamBell說，“但是，我們可以看到并非所有IP公司都能平等分享這些財富。ARM是這個市場的份額領(lǐng)先者，而且近期的增長率為22%。大多數(shù)IP公司的增長率都是個位數(shù)。競爭很激烈，很多二級和三級供應(yīng)商的投資組合都有重疊。”

但收入和增長并非健康與否的標(biāo)準(zhǔn)。“健康有兩個維度。”eSilicon戰(zhàn)略和產(chǎn)品副總裁HughDurdan說，“一是收入。它在增長嗎？目前看起來相當(dāng)健康。第二個維度是盈利能力。這才是IP業(yè)務(wù)真正的難題所在。”

行業(yè)演化

IP產(chǎn)業(yè)自誕生以來就在不斷演進(jìn)。“我們看到那些曾經(jīng)自己擁有IP部門的公司開始采用第三方IP。”CadenceIP設(shè)計營銷總監(jiān)TomWong說，“這個趨勢正在加速。這種研發(fā)還是購買的決策和總體擁有成本的結(jié)論最終讓公司支持第三方商業(yè)IP。”

公司購買IP的原因有很多。“有一些器件（比如內(nèi)存）從一家確保它們可以被生產(chǎn)制造的公司獲得要更合理。”O(jiān)neSpinSolutions營銷副總裁DaveKelf說，“因為成本的關(guān)系，自己研發(fā)不值得。往上一層，我們是構(gòu)建一個團(tuán)隊來做標(biāo)準(zhǔn)接口，還是咨詢銷售這種IP標(biāo)準(zhǔn)的專家？如果這不是我們的核心競爭力，那么可能就不值得去開發(fā)它。最后，還有處理器等等，除了硬件之外還需要很多東西，比如編譯器。你難道想?yún)⑴c到這些事情中嗎？”

而公司的核心競爭力也會隨時間變化。“一二十年前，處理器被認(rèn)為是差異化的主要方面，”NetSpeedSystems業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁AnushMohandass說，“那時候沒人認(rèn)為處理器可以外包。移動行業(yè)就曾有這樣的謬誤。類似的事情將發(fā)生在這個市場的不同領(lǐng)域，往不同的方向騰飛。在汽車領(lǐng)域，我們關(guān)注的焦點是異構(gòu)計算和功能安全性，而在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，焦點則是關(guān)于數(shù)萬億的設(shè)備。將會制造研發(fā)這些設(shè)備和IP的大量公司是這種增長得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)。”

而且變化的速度可能還將加速。“和EDA不一樣，IP有無限的彈性，只要這種產(chǎn)品類型是有需求的。”Silvaco的IP部門總經(jīng)理WarrenSavage說，“對EDA而言，一旦你有了整個流程，你基本上就只需要優(yōu)化它，而且相對于消費市場驅(qū)動的半導(dǎo)體設(shè)計，新的流程的生命周期相對較慢。”

而且IP創(chuàng)業(yè)公司的數(shù)量總是很多。“不只是EDA公司會供應(yīng)IP，而且實際上我們也看到了越來越多的可以提供專業(yè)IP的IP設(shè)計公司。”MoortecCTOOliverKing說，“這些供應(yīng)商可以以通用IP供應(yīng)商無法辦到的方式優(yōu)化它們的IP解決方案。公司只會與那些他們相信會提供有效的且已證明的解決方案的IP供應(yīng)商合作。這比自己內(nèi)部設(shè)計更有利，而且能開源解決方案。IP的成本可以相對應(yīng)對替代解決方案的風(fēng)險。”

但是，TI的Agarwala所指出的阻力是確實存在的，盡管其最終結(jié)果可能不會很糟。

摩爾定律減速的影響

如果新節(jié)點的開發(fā)和采用速度減慢，可以認(rèn)為IP將變得更加穩(wěn)定。但似乎這個斷言與實際發(fā)生的情況正好相反。

首先，新節(jié)點還在繼續(xù)。“從10nm到7nm的節(jié)點遷移比28nm到16nm的節(jié)點遷移時間更短。”Cadence的Wong指出，“擴(kuò)散的速度超過了IP供應(yīng)商支持所有每種新工藝方法的能力。現(xiàn)在有BulkCMOS、finFET和FD-SOI。我們在同一個時間段有16nm、14nm、12nm、10nm、7nm共存。”

甚至更老的節(jié)點也在獲得復(fù)蘇。“過去在40nm節(jié)點時，你可能會有一個低功耗版本和一個高性能版本，”Durdan說，“當(dāng)40nm節(jié)點結(jié)束之后，大家都遷移到了下一個節(jié)點。但28nm卻繼續(xù)演化到了今天，現(xiàn)在有原來的28HPP以及HPM和HPL。現(xiàn)在他們還有HPC和HPC+。”

這給IP開發(fā)商的利潤帶來了壓力。“這是一把雙刃劍，因為其確實通過使用這些節(jié)點提供了差異化的機(jī)會，但同時因為這些節(jié)點出現(xiàn)了變體，所以也是一個負(fù)擔(dān)，在下一個變體到來之前要收回投資和賺取利潤就變得更加困難了。”Durdan繼續(xù)說，“這給IP供應(yīng)商帶來了一些困難，因為他們必須進(jìn)行投資，才能跟上每家代工廠每個工藝節(jié)點的每種變體。”

如果客戶沒有遷移到新的更小的節(jié)點，那還會帶來新的情況。“我們將如何增加下一代系統(tǒng)的性能？”RISC-V執(zhí)行總監(jiān)RickO’Connor問道，“大家達(dá)成共識的看法是專用異構(gòu)內(nèi)核，而且是大量這種內(nèi)核。如果你在打造一款物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，你就不需要服務(wù)器級別的機(jī)器所使用的所有指令。如果一款物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備每隔幾分鐘才處理幾個數(shù)據(jù)包，那你就不需要用x86設(shè)備來驅(qū)動它。RISC-V讓你可以為下一代你想運行的確切應(yīng)用構(gòu)建這些多核異構(gòu)平臺或嵌入式的專門實現(xiàn)的單核。”

事實上，這個行業(yè)正在尋求越來越大的多樣化。“IP市場還有巨大的增長空間，但其中大部分都是專用的，”GarySmithEDA的首席分析師LaurieBalch說，“這個行業(yè)的解決方案是開發(fā)多種不同解決方案的組合方案，而不是開發(fā)一個許多人都可以使用的單一平臺。這是針對小眾用戶的定制產(chǎn)品，在EDA行業(yè)中，這些產(chǎn)品變化得比工具更快。”

新工藝的快速發(fā)展確實給IP用戶和代工廠帶來了潛在的問題。“有很多客戶并沒有他們自己的IP，嚴(yán)重依賴于第三方的IP生態(tài)系統(tǒng)。”Durdan指出，“如果代工廠不能為他們的節(jié)點維持一個可行的第三方IP生態(tài)系統(tǒng)，那就會限制那些目標(biāo)是有自己的IP的客戶。”

不斷演化的標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)可能有用，也可能毫無幫助。

計算機(jī)科學(xué)家AndrewTanenbaum在1981年寫道：“在標(biāo)準(zhǔn)方面，好就好在你有很多標(biāo)準(zhǔn)可選。而且就算你不喜歡所有這些標(biāo)準(zhǔn)，你也只需要等待下一年的模型。”

隨著這個思路，標(biāo)準(zhǔn)其實并不穩(wěn)固。“標(biāo)準(zhǔn)在不斷演化，工藝越變越復(fù)雜。”Synopsys解決方案組營銷副總裁JohnKoeter說，“所以在一個給定工藝節(jié)點，更復(fù)雜的協(xié)議以及該協(xié)議的更艱難的實現(xiàn)不僅會保持價格穩(wěn)定，甚至還會導(dǎo)致上漲。PCIExpress很復(fù)雜，USB很復(fù)雜，大多數(shù)公司只想把它交給一家IP提供商，他們希望提供商能為他們的SoC需求做好配置。”

這些標(biāo)準(zhǔn)也還有重要的物理IP部分，需要專門的設(shè)計技巧。

“有兩件事在驅(qū)動IP供應(yīng)商不得不持續(xù)投資。一是工藝技術(shù)以及代工廠開發(fā)出該工藝技術(shù)的變體的速度。另一個是新版本的標(biāo)準(zhǔn)。曾經(jīng)有LPDDR4和LPDDR4x（低電壓版本），然后有了LPDDR5——在不斷演化。”

行業(yè)整合

該行業(yè)面臨的另一個阻力是半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)的整合。這會改變大公司的規(guī)模經(jīng)濟(jì)嗎？

“如果你是一家每年做三款芯片的中小型公司，那么從頭開發(fā)IP將不具有任何成本效益。”Koeter說，“但如果你是一家每年做10或20款芯片的大公司，那么就可能改變開發(fā)還是購買的經(jīng)濟(jì)模式，那么也就可能會內(nèi)部開發(fā)一些IP。這樣做還有一些其它好處，包括更強(qiáng)的控制和更大的靈活性。而且相對通用芯片市場而言，還可以為特定芯片的IP做更多優(yōu)化。”

一些公司可能還有經(jīng)濟(jì)激勵。OneSpin的Kelf解釋說：“如果商業(yè)模式是基于版稅的，當(dāng)你有兩家公司為同一個IP支付版稅時，它們會整合，否則它們需要為同樣的投資支付雙倍的版稅，它們可以把這筆投資用來開發(fā)這個IP。”

但這個說法似乎和現(xiàn)在發(fā)生的情況不符。“有一個有趣的相反的情況。”Durdan，“一些公司認(rèn)為每個業(yè)務(wù)單元都需要能自力更生，它們并不相信開發(fā)IP并將其提供給多家企業(yè)的中心化企業(yè)組織。過去，它們有大型的中心開發(fā)部門，但現(xiàn)在它們是遠(yuǎn)遠(yuǎn)更加去中心化的結(jié)構(gòu)。”

這也假定了每個部門都有相同的需求。“產(chǎn)品可能是千差萬別的，所以一個業(yè)務(wù)的需求可能不同于另一個部門的需求。”Durdan說，“所以即使公司變得更大了，買的晶圓更多了，也不意味著它們會擴(kuò)張在IP方面的投資。”

Koeter也將這個與IP一開始被外包的原因聯(lián)系了起來。“沒有人有足夠的工程師可以跟上他們的任務(wù)。只是因為它必須要正確地完成，并不意味著這會讓芯片不同——所以其基本的平衡沒有變化。其次，隨著工藝技術(shù)的爆發(fā)式發(fā)展，內(nèi)部團(tuán)隊不僅必須為一種工藝變體而設(shè)計，而且還可能涉及到3、4或5種變體。在這一點上，將其外包給投資了40種工藝變體的公司可能更有效。”

NetSpeed的Mohandass也覺得沒什么根本變化。“是的，半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)部確實有整合，但這其實有助于IP產(chǎn)業(yè)。IP產(chǎn)業(yè)是一種購買或開發(fā)的決策，人們將會尋找可以直接買來用的IP，并利用自己的專用技術(shù)保存內(nèi)部的差異化。”

IP還會繼續(xù)

目前還幾乎沒有什么危險的跡象。“所有的公司都會隨時間購買IP，因為這能得到的更高的投資回報率，任何人都無法承擔(dān)失敗的后果。”FlexLogix的CEOGeoffreyTate說，“和幾家高質(zhì)量的、證明了自己的且價格合理的IP供應(yīng)商合作會更好，而不是冒內(nèi)部開發(fā)團(tuán)隊失敗的風(fēng)險。在十年內(nèi)，如果還有公司在可以購買現(xiàn)成可用的IP時還選擇內(nèi)部自己開發(fā)，我會感到非常驚訝。”

“我的死亡報告被嚴(yán)重夸大了。”——馬克·吐溫

“我們很高興地報告聯(lián)盟很強(qiáng)大，”Wong說，“IP產(chǎn)業(yè)很健康，并且還將繼續(xù)創(chuàng)新。”