半導體設計專題報告:IP核,模塊化晶元設計,稀缺性價值賽道

北京新浪網 08-12 19:11

來源:未來智庫

IP(Intellectual Property)核是晶元設計環節中逐步分離出來的、經過驗證的、可重 復使用的設計模塊,其作用就是在晶元設計環節中降低冗餘設計成本,降低錯誤發生的 風險,提高晶元設計效率。IP 核本身是產業鏈不斷專業化的產物,是晶元設計知識產權 的重要體現,也是半導體產業鏈下一步升級的重要方向。產業每一輪專業化升級都有其 內在的供需原因,且往往是追求規模成本效應的結果,IP 核行業的產生和發展也是如此。

晶元用量&品類催生 IP 需求:一方面,半導體市場持續擴容,PC、智能手機的誕生與 興盛帶來了海量的晶元需求,同時智能手機中有 CPU、存儲晶元、電源管理晶元、閃 存晶元、無線區域網晶元等幾十種不同類型的晶元,晶元品類也在不斷擴張;此外,芯 片迭代速度不斷加快,移動終端對低功耗、高節能的要求更高,晶元設計的時間、功能、 成本的要求也在不斷提升。另一方面,隨著晶元製程沿著摩爾定律不斷發展,各類製造 工藝、材料使用的探索和開發,晶元設計難度也在同步提升。用量、品類、設計速度、 功能、成本和難度共同構成了晶元設計環節進一步專業化分工的需求動力。

產業專業化孕育 IP 核供應:IP 核主要是 IDM、晶元設計公司在多年晶元設計過程中通 過設計重用以降低冗餘研發所產生的一些經過驗證的、可重複利用的指令集、代碼、功 能描述和具體物理模塊。隨著 IP 核的不斷累積、使用頻率的不斷加大,一部分專門提 供 IP 核授權的公司應運而生,其中最為著名的 ARM 公司就在這個浪潮中逐步成長起來 的全球龍頭,牢牢佔據著超 40%的 IP 行業份額。同時,由於 IP 核的特殊性(往往是指 令集、代碼等文件),IP 核行業形成了較為獨特的以「授權+版稅」為主的商業模式。

從公司發展的層面來看,ARM 是當之無愧的全球龍頭,既是時代和產業發展的產物, 也是自身戰略的結果。我們分析 ARM 作為全球龍頭其發展的歷史、興盛的原因,從 ARM 公司發展的歷史角度研判 IP 行業的發展趨勢,認為 IP 行業一方面會維持高度集中的競 爭格局,但後來者勢頭兇猛;另一方面平台化、生態化將會是未來 IP 行業的主要方向, 具備這些特質的公司將有更強的競爭能力。我們認為半導體國產替代確定性較強,未來 國內稀缺的 IP 供應商將佔價值高地,新賽道+國產化將是重要的投資價值。

IP:供需合力下的下一個產業升級方向

半導體知識產權的集中體現——IP 核

IP 核,是具有知識產權核的集成電路芯核的總稱,是經過反覆驗證過的、具有特定功能 的、可以重複使用的、包含特定核心元素的(指令集、功能描述、代碼等)集成電路設 計宏模塊(邏輯或功能單元),如 AHB、 APB、 乙太網、SPI、USB、UART 內核等, 主要應用於專用集成電路(ASIC)或者可編輯邏輯器件(FPGA)。採用 IP 授權方式設 計和開發晶元有如下優點:

1、 經過驗證的優質 IP 模塊,具有高性能、功耗低、可復用、可規模化、成本適中的 特點,可作為獨立設計成果被交換、轉讓和銷售;

2、 使用 IP 模塊可以讓晶元設計廠商基於「模塊」開發,避免了重複勞動,有利於芯 片設計廠商將精力聚焦到提升核心競爭力的研發中。

3、 在智能終端創新升級加速的階段,快速的晶元設計並推出產品是搶佔市場的重要手 段,IP 核心讓研發團隊僅須整合預先製作的功能區塊,不須進行任何設計或檢驗作 業,即能迅速開發大型的系統單晶元設計。

目前,IP 核已經變成系統設計的基本單元,如 Intel 的 CPU 技術、Nvidia 的 GPU 技術、 TI 的 DSP 技術、Motorola 的嵌入式 MCU 技術、Trident 的 Graphics 技術等。

IP 核模塊有行為(Behavior)、結構(Structure)和物理(Physical)三級不同程度的 設計,對應描述功能行為的不同分為三類,即軟核(Soft IP Core)、完成結構描述的固 核(Firm IP Core)和基於物理描述並經過工藝驗證的硬核(Hard IP Core)。

軟核:軟核是 IP 核應用最廣泛的形式。IP 軟核是獨立於製造工藝的寄存器傳輸級(RTL) 代碼,經過行為級(behavioral)的功能驗證(functional verification)和優化,一般指的是用語言描述的功能塊,包括邏輯描述、網表和幫助文檔等,並不涉及具體電路元件 以及任何的具體的物理信息。

硬核:IP 硬核是通過系統設計驗證、物理版圖設計驗證和工藝製造獲得的半成品或者產 品。其優點是確保電路性能達到設計目標,提交形式是晶元製造掩模版結構的全部版圖 和詳細系統的全套工藝相關文件。由於與成套工藝的綁定 ,硬核沒有應用靈活度。工 藝升級后相應的硬核需要重新驗證、重新進行物理設計。

固核:在軟核與硬核之間的是 IP 固核是軟核和硬核的一個折中,它只對描述功能中一 些比較關鍵的路徑進行預先的布局布線,而其他部分仍然可以任由編譯器進行相關優化 處理。固核通常以邏輯門級網表(gate-level netlist)的形式提交。由於固核多由設計客 戶完成最終布線設計,因此核的埠位置、核的形狀和大小都可以調整,比硬核更具有 靈活度。目前,固核也是 IP 核的主流形式之一。

產業鏈進一步專業化的未來

IP 產業的發展主要分為兩個階段,一個是 20 世紀 80 年代中後期至 2010 年前後,PC 興盛、移動終端逐步發展,這個時候 IP 核已逐步開始從晶元設計環節中單獨出來,最 典型的就是 ARM 公司的發展;另一個階段則是 2010 年開始的、以智能終端為驅動力 的高速發展階段,此時 Synopsys、Cadence 的 IP 業務也進入了高速發展期。縱觀 IP 產業發展,我們從市場需求和供給兩個角度研判,未來 IP 行業將在 5G+物聯網對晶元 用量和品類需求的持續增長+IP 供應商研發實力持續增強的驅動下,迎來第三次騰飛。

需求視角下的必然性 

需求:一方面是半導體市場整體容量擴大,大量的晶元設計需求推動了 IP 的誕生。在 上個世紀 80 年代中後期以歐美為主的半導體市場在個人 PC 的引領下進入快速發展期, 大量的市場需求推動了半導體產業鏈的專業化分工,Fabless、設計服務公司、晶圓代 工、封裝測測各司其職的模式逐步得到確立。在這個過程中,ARM 公司利用其在 RISC 指令集的優勢與 Intel 錯位競爭,並在蘋果的支持下改變其產品策略,不再生產晶元, 轉而以授權的方式開啟了 IP 商業模式,通過收取一次性授權費用和版稅提成獲取利潤,同時降低了直接生產產品所需要承擔的生產風險。隨後,在個人 PC、移動終端的快速 發展下,以 ARM 為代表的 IP 行業也在不斷發展。

未來,繼個人 PC、智能手機後半導體產業將在物聯網、雲計算、人工智慧和大數據等 新應用的興起下逐步進入下一個發展機遇期。根據 IBS 報告,這些應用驅動著半導體 市場將在 2030 年達到 10,527.20 億美元,2019~2030 年均復合增長率為 9.17%, 市場容量不斷擴大,晶元的品類、數量和更迭速度要求持續提升,IP 行業將得到進一步 的發展。據 ICInsight,預計 2020 年全球晶元出貨量將達 10,363 億顆,同比增長達 7.13%。

另一方面是隨著摩爾定律的演繹,製程和工藝持續改進,高性能晶元設計難度不斷在加 大。當前隨著摩爾定律的不斷深入下探,20nm 以及小於 20nm 先進節點的高性能 IC 設 計與 16nm/14nm FinFET、3D IC 相關的先進技術涉及到從系統設計驗證、晶元實現到 三維封裝設計已經非常複雜,高集成度與 IC 測試/驗證難度不斷加大。

1. 單顆晶元可容納晶體管數量增加。隨著先進工藝節點不斷演進,晶元的線寬不斷 縮小,單顆晶元上可容納的晶體管數量也快速增加,單位面積性能得以相應提升。根據 IBS 報告,以 80mm²面積的晶元裸片為例,在 16nm 工藝節點下,單裸片可 容納的晶體管數量為 21.12 億個;在 7nm 工藝節點下,晶體管數量為 69.68 億個。

2. 採用先進工藝節點的晶元設計成本逐漸提高。先進工藝節點使用晶體管數量持續 增長,使設計的複雜度不斷增加,從而提高了設計成本。根據 IBS 報告,以先進 工藝節點處於主流應用時期的設計成本為例,工藝節點為 28nm 時,單顆晶元設 計成本約為 0.41 億美元,而工藝節點為 7nm 時,設計成本則快速升至約 2.22 億 美元。即使工藝節點達到成熟應用時期,設計成本大幅度下降的前提下,相較同 一應用時期的上一代先進工藝節點,仍存在顯著提升。

高成本、高風險的設計投入使晶元設計公司在研發先進工藝節點的晶元產品時,需要有 大規模的產銷量支撐來平攤設計成本,為降低設計風險和成本,晶元設計公司越來越多 地尋求使用經過驗證的半導體 IP。未來,集成電路設計產業中基於平台的設計,即以應 用為導向,預先集成各種相關 IP,從而形成可伸縮和擴展的功能性平台,是一種可升級 的 IP 復用性解決方案,可以快速實現產品升級迭代,同時降低設計風險與設計成本。隨著個人計算機產業向手機產業邁進,終端產品更加複雜多樣,晶元設計難度快速提升, 研發資源和成本持續增加,促使全球半導體產業分工繼續細化,晶元設計產業進一步拆 分出半導體 IP 產業,而晶元設計服務產業的服務範圍也將進一步擴大。

供給視角下的充分性 

半導體產業鏈進一步精細化,傳統 IDM 或 Fabless 公司在多年的晶元設計中確立了設 計重用以降低重複設計、冗餘研發的原則,而其中一些成功的晶元設計成果的可重用部分經多次驗證和完善就形成了 IP 核。隨著運用 IP 核進行設計的晶元越來越多,ARM 公司獨闢蹊徑開創了 IP 核授權的商業模式。ARM 的 IP 核授權商業模式是基本授權費 (LicenseFee)和基於版稅(Royalty)模式的結合。設計公司首先通過支付 IP 技術授權費來 獲得在設計中集成該 IP 並在晶元設計完成後銷售含有該 IP 的晶元的權利,而一旦晶元 設計完成並銷售後,設計公司還需根據晶元銷售平均價格(ASP)按一定比例(通常在 1%~3%之間)支付版稅給 ARM。

ARM 的授權模式主要為:

 使用層級授權:作為最低的授權等級,擁有使用授權的用戶只能購買已經封裝好 的 ARM 處理器核心,不可更改原有設計。而如果想要實現更多功能和特性,則只 能通過增加封裝之外的 DSP 核心的形式來實現。由於擔心對知識產權保護不力, ARM 對很多中國背景的企業均採取這一級別的授權。

 內核層級授權(POP,Processor Optimization Pack):指可以以一個內核為基 礎然後再加上自己的外設,比如 USART、GPIO、SPI、ADC 等,形成新的 MCU, 代錶廠商包括三星、德州儀器(TI)、博通、飛思卡爾、富士通以及 Calxeda 等。

 架構/指令集層級授權:可以對 ARM 架構進行大幅度改造,甚至可以對 ARM 指令 集進行擴展或縮減,代錶廠商主要是蘋果(2013 年開始使用基於 ARM 架構自研 的 Cyclone 架構,後續開發出 Swift、Typhoon、Twister 等架構)、高通(基於 ARM 架構自研 Scorpion、Krait、Kryo 等架構)、Marvell 以及華為(ARMV8,自研達 芬奇架構)。

此外,根據不同用途還可分為:

 單用途授權:在某一個特定領域使用 ARM 技術。如 Cortex-A 系列的單用途授權 費前期約為 100 萬美元,每顆晶元版稅約 2%。這種授權非常適合創業公司,或 者目標明確的特定設計項目。

 多用途授權:適合大型企業,可用於多種產品。授權費相對較高,但在一定時間 內,授權技術可以儘可能地設計更多晶元、隨需求用在任何產品中,但是期限過 后則需續費方可繼續使用。 終身多用途授權:多用途授權中的終身使用版本,但由於技術更新換代較快,一 般而言使用期約為 10~20 年。

 訂購授權:大企業可以據此購買 ARM 一整套產品的技術,同時時間較長,內部研 發風險和成本相對較低,但門檻較高,往往需要數千萬美元。

 此外還有學術授權、設計入門等特殊授權,價格較低但不可用於銷售。

ARM 的各類授權層級為不同需求的客戶提供了針對性的可定製化的 IP 授權服務,通過 已驗證的 IP 核和架構大大縮減了晶元設計公司的晶元設計難度、驗證時間、設計成本,不僅為大型公司提供設計便利,也為許多缺乏深厚技術基礎的初創公司降低了晶元設計 門檻,大大促進了全球晶元設計產業尤其是 IP 產業的發展。除了類似 ARM 這樣的專業 的 IP 供應商外,IP 核還可來自 EDA、Foundry 和晶元設計服務公司,他們以提供 IP 核來提升用戶的黏性,IP 收入佔比一般較小。

供需共振打開 IP 行業快速上行通道 

IP 應用數量持續增加。隨著超大規模集成電路設計、製造技術的發展,集成電路設計步 入 SoC 時代,設計變得日益複雜。當前國際上絕大部分 SoC 都是基於多種不同 IP 組 合進行設計的,同時,隨著先進位程的演進,線寬的縮小使得晶元中晶體管數量大幅提 升,使得單顆晶元中可集成的 IP 數量也大幅增加。根據 IBS 報告,以 28nm 工藝節點 為例,單顆晶元中已可集成的 IP 數量為 87 個。當工藝節點演進至 7nm 時,可集成的 IP 數量達到 178 個。單顆晶元可集成 IP 數量增多為更多 IP 在 SoC 中實現可復用提供 新的空間,從而推動半導體 IP 市場進一步發展。

非 CPU 的多種 IP 不斷發展。隨著全球產業發展,處理器 IP 仍將佔據最大市場份額, 但隨著各種介面、GPU、數模、存儲 IP 技術的不斷成熟,未來非 CPU 的多種 IP 份額 將會持續提升,如新一代高速介面 IP:PCIe(PCI express)4.0(2017;5.0,2019)、 USB 3.2(2017)、DDR/LPDDR 5(2017)、HBM 2(高帶寬存儲器 high bandwidth memory,HBM;V2/V3,2016)、SATA rev3、HDMI 2.1、MIPI DSI/DPI、Bluetooth 5 (2016)和 Ethernet(400 Gbps,2018)等介面標準的新版本 IP 正在不斷湧現。

AI 演算法推動 IP 核研發加速,進一步提升 IP 核在晶元設計中的使用佔比。人工智慧(AI) 技術的發展帶來了計算模型的變革,一方面使得各大 IP 供應商紛紛推出為 AI 定製或與AI 結合的 IP,如 Synopsys 公司於日前推出了高性能嵌入式視覺處理器 IP—— DesignWare EV 系列;另一方面人工智慧演算法也被用在 IP 相關的 EDA 工具當中,如 華大九天推出的 Empyrean Mcfly 就是用人工智慧演算法實現 IP 驗證加速。

從行業主要玩家探尋未來發展趨勢 

行業格局:高度集中,後進追趕 

IP 核行業整體市場保持成長,產品需求增長較快,同時由於 IP 核技術壁壘較高,進入 難度大,主要玩家為 ARM、Synopsys、Cadence,同時後進新發競爭者較多;同時, 競爭者提供不大相同的產品或服務,用戶轉換成本較高。

全球 IP 核龍頭企業 ARM 從 2007 年 33%的市場佔有率增加到 2017 年的 46.2%,但 2018~2019 份額分別為 43.02%、40.8%,表明 IP 行業一方面具有高度集中的特徵,另 一方面集中度在後來者的逐步跟進下呈現下降的趨勢。

從授權和版權收費來看,Synopsys 收費模式主要為授權,ARM 則在版權收費上一騎絕 塵,同時授權收費亦處於第一梯隊。ARM 的授權+版稅模式是支撐其保持全球龍頭地位 的重要支柱。

ARM:全球 IP 絕對龍頭,生態化深築護城河 

ARM 是全球最大的晶元架構(IP)供應商,成立於 1978 年,1990 年代向 RISC 指令 集發展,隨後迅速成長為全球低功耗、高性能晶元架構龍頭,市佔率長期高於 40%。ARM 目前全球晶元客戶超過 500 家,生態合作夥伴遍布全球半導體產業鏈,已形成以 Arm 為核心的全球最大的技術生態體系。

ARM 的處理器架構具有性能高、成本優和能耗低的優勢,從 21 世紀開始在手機、平板 電腦、嵌入控制、多媒體數字等處理器領域迅速獲得主導地位。1991 年至 2017 年全球 已出貨超 1,000 億顆使用 ARMIP 核的晶元,而 ARM 預計下一個千億出貨量將在 2021 年實現。截至 2020 年,全球已出貨超 1,600 億顆使用 ARMIP 核的晶元。在中國市場 上,目前 ARM 的中國合作夥伴超過 200 家,國產 SoC 中有 95%是基於 Arm 處理器技 術,使用 Arm 處理器技術的中國客戶的出貨量超過 160 億。

ARM 處理器市場覆蓋率最高、發展趨勢廣闊,基於 ARM 技術的 32 位微處理器,市場 的佔有率目前已達到 80%。我國的中興集成電路、大唐電訊、華為海思,以及國外的一 些公司如德州儀器、意法半導體、Philips、Intel、Samsung 等都推出了自己設計的基 於 ARM 核的處理器。ARM 在多個領域具備優勢地位:

隨著 2010 年以來智能手機在全球市場的高速發展,低成本、高性能、低功耗的 ARM 架構受到各大廠商的歡迎,自 2011 年直到 2016 年底被 Softbank 收購前,ARM 營收 實現了年復合增長 17.28%(未計算 2016 年中數據),在 2015 年達到 14.34 億美元;凈利潤實現年復合增長 30.39%,達 5.03 億美元,凈利率超 30%。

IP 核授權業務是 ARM 最主要的營收來源,佔比在 2012H~2016H 持續提升,從 94.78% 不斷增長到 96.45%,顯示 IP 核授權業務在 ARM 自身技術和生態優勢下盈利能力不斷 增長。在 IP 核授權類收入中,版權費和授權費收入分別約佔總收入的 50%/40%,隨著 全球晶元出貨量的快速增長+ARM 商業策略的調整(Arm Flexible Access for Startups, 初創企業可實現 0 費用開發 ARM 晶元),版權費收入佔比呈現逐步提高的趨勢。

ARM 核心業務為 IP 架構研發和銷售,不從事晶元實際的生產與製造,因此毛利率較高, 2011~2016H 年間毛利率維持超 90%;凈利率同樣維持較高水平,截至 2016H 凈利率 達 33.36%;ROE 基本維持在 10%~20%之間。研發投入上 ARM 的研發支出/營業收入 佔比約為 30%。

「技術+生態」打造強大護城河。技術以外,ARM 的優勢在於其打造了基於 ARMIP 核 的全球技術生態,從晶元設計、製造到銷售提供了各類支持,以創新實力+深度合作打 造客戶的黏性,形成了 ARM 獨步全球的「技術+生態」護城河。通過 ARM 在驗證、IP 授權、架構、軟體支持、物理設計、晶元原型開發等環節上的服務支持,晶元設計公司 可大幅降低晶元設計成本,以中等複雜程度的 28nmSoC 晶元為例,通過 ARM 生態設 計的晶元設計成本約為 2,000 萬美元,大幅低於在無生態支持下的約 4,200 萬美元。龐 大的 IP 核生態圈疊加未來物聯網趨勢中將進一步擴大的晶元用量,ARM 的增長潛力將 得到進一步的釋放。

Synopsys:EDA 龍頭加速併購,IP 業務地位持續提升 

Synopsys 成立於1986 年,總部位於美國矽谷,是全球排名第一的電子設計自動化(EDA) 解決方案提供商,全球排名第二的晶元 IP 核供應商,同時還提供用於驗證包含晶元的 電子系統和在其上運行的軟體和硬體,另外還是全球領先的軟體安全供應商。Synopsys 的 2019 年營業額逾 33 億美元,擁有 3,200 多項已批准專利。Synopsys 目前擁有 14,000 多名員工,分佈在全球 116 個分支機構。

與 ARM 專注於 IP 核架構不同,Synopsys 主體業務為 EDA,IP 和系統集成業務約佔營 收的 30%,近年來 IP 核業務佔比穩定提升。

Synopsys 的 DesignWare IP 系列包括邏輯庫、嵌入式存儲器、嵌入式測試單元、模擬 IP、介面 IP、安全 IP 和嵌入式處理器等產品,整體覆蓋面較廣。Synopsys 的 IPAccelerated 通過 IP 原型開發套件和定製的 IP 子系統擴展其廣泛建立的、經過矽驗 證的 DesignWare IP 產品組合,從而可以幫助晶元設計公司加速原型開發、軟體開發以 及 IP 與 SoC 的集成。Synopsys 的 Verification IP 產品組合(屬於 Verification Continuum 平台)也屬於 IP 產品類別。

隨著 2010 年以來智能手機滲透率持續提升,可穿戴設備、IoT 等領域不斷發展,全球 晶元出貨量穩定增加,對 IP 核的需求也不斷提升。自 2010 年以來 SynopsysIP 核及系 統集成的營收佔比持續提升,從 2010 Q3 的 12.91%提升至 2019 Q4 的 31.86%。

伴隨著 IP 業務佔比提升的是持續的營收增長。Synopsys2010~2019 年營收復合增速達 10.39%,其中 IP 業務營收復合增速高達 20.32%,遠高於 EDA 業務的 8.29%;總體凈 利潤也實現了 9.40%的復合增長。

EDA 與 IP 核業務均不涉及晶元的實際生產製造,整體毛利率較高,2006 年以來毛利率 長期高於 75%;由於研發投入長期維持在 30%左右,同時每年預計為併購技術公司預 留 20%左右收入,Synopsys 凈利率長期維持在 10%上下。截至 2020H,Synopsys 的 毛利率、凈利率、ROE 分別為 77.76%、12.62%、5.12%。

與 ARM 不同,SynopsysIP 授權業務發展相對較晚,早期主要是作為其 EDA 軟體的配 套服務,近年來隨著晶元用量和品類的不斷擴大,IP 授權業務營收增長持續提速,公司 也在不斷加大對 IP 業務的投入,2014 年以來進行了多宗 IP 企業併購,覆蓋 ASIP、IoT、 存儲器到 SerDes 等多個領域。Synopsys 的 IP 業務發展方式主要是自研+併購。

Cadence:全球前三 IP 供應商,平台化打造競爭力 

Cadence 是專門從事 EDA 軟體服務的公司,是全球最大的 EDA、程序方案服務和設計 服務供應商之一,也是全球第三的 IP 核供應商。公司產品涵蓋了電子設計的整個流程, 包括系統級設計,功能驗證,IC 綜合及布局布線,模擬、混合信號及射頻 IC 設計,全 定製集成電路設計,IC 物理驗證,PCB 設計和硬體模擬建模等。

Cadence IP 產品組合包括經過矽驗證的 Tensilica IP 內核,模擬 PHY 介面,基於標準 的 IP 內核,驗證 IP 和其他解決方案,以及針對當前和新興行業標準的定製服務。IP 核 產品覆蓋 DDR/LPDDR、OSPI、SD/SDIO、NAND/ONFIToggle、SerDes、PCIe、CCIX 等。

Cadence 的 IP 產品佔比較低但整體增速較高,2012 營收佔比約為 7%,2019 提升到 13%,7 年間營收復合增長率達 18.45%,遠高於整體營收的 8.42%,從 2012 年不到 1 億美元收入增長至 3.04 億美元(2019 FY)。

Cadence 自 2009 年以來營收長期實現較為穩定的增長,2009~2019 年復合增長率為 8.42%,2020H 全球疫情下游終端需求疲軟的影響下亦保持了 7.15%的同比增長率。

與 ARM、Synopsys 類似,Cadence 毛利率較高,2006 年以來長期維持在 80%~90% 之間,凈利率波動較大,2019 年實現凈利率 42.33%,ROE 實現 58.32%。研發支出占 營收比重則較前兩家大,2016 年以來均約為 40%。

總結:行業競爭高度集中,生態化+平台化成競爭核心

1、 行業高度集中,Synopsys、Cadence 等老牌 EDA 廠商在積極擴張 IP 核業務,新 興玩家也在持續加入;

2、 不涉及實際製造環節,毛利率較高,研發費用+併購費用高;

3、 競爭核心力:

 IP 種類豐富度。需要技術自研能力,也需要以併購方式更快地獲取技術,打 造自身的技術護城河;

 對製程和工藝的持續探索。隨著摩爾定律演進,FinFET、FD-SOI 等新技術持 續發展,SoC、Chiplet 技術也在不斷完善,對於 IP 行業來說對先進技術的不 斷探索將會是競爭的重要環節。

 生態+平台化建設。由於 IP 模塊和晶元設計企業客戶的研發體系是深度耦合 的,IC 設計企業的技術積累,全都基於所採用的 IP,因此遷移成本較高。建 立上下游生態網路可增強客戶粘性,打造護城河;同時拓展多種客戶群體也 可增強經營韌性,尋求新的增長機遇。平台化建設則是在豐富、可靠的 IP 核 基礎上提供多樣化的協同服務,如軟體、IC 設計平台、IC 定製等設計服務, 一方面提高了對設計能力較弱的初創型公司、系統廠商的服務能力,另一方 面可通過業務之間的協同性增強用戶粘性。

國內 IP 迎國產替代浪潮,建議關注相關企業

半導體國產化將為 IP 產業發展提供增長動能。目前我國絕大部分的晶元都建立在國外 公司的 IP 授權或架構授權基礎上,一方面國外企業具有的優勢地位使得授權費用較高, 增加了我國晶元設計企業的設計成本;另一方面半導體核心技術和知識產權如果受制於 人對於我國的國產晶元的自主和安全而言是一個潛在的風險,因此推進 IP 和晶元底層 架構國產化是市場的選擇也是國家戰略的需求。

本土初創公司快速發展帶來 IP用量新市場。隨著中國晶元製造及相關產業的快速發展, 本土產業鏈逐步完善,晶圓代工、封測等廠商實力日益提升,為我國初創型晶元設計公司提供了強大的下游支持,我國晶元設計公司數量快速增加。同時,由於初創晶元設計 公司技術基礎相對薄弱,而快速變化的市場需求對晶元設計的效率和成本有了更高的要 求,IP 核可大幅提高晶元設計效率的特性將吸引大量初創晶元設計公司。ICCAD 公 布的數據顯示,自 2016 年以來,我國晶元設計公司數量大幅提升, 2015 年僅為 736 家, 2019 年則增長至 1,780 家,年均復合增長率為 24.71%。

系統廠商和互聯網公司晶元定製需求推動 IP 行業進一步發展。隨著市場競爭的加劇, 終端電子產品如手機、相機及平板電腦等生產廠商開始面對功能多樣化挑戰及成本壓力, 進而需要定製符合其特定應用環境下的高性能及低功耗的晶元,因此越來越多的系統廠 商和互聯網公司加入了定製晶元的行業,以應對產業升級、競爭加劇及核心技術國產化 的挑戰。例如華為、小米、蘋果等系統廠商都擁有了自己的晶元設計團隊或者希望依託 集成電路設計服務企業幫助自己開發專用晶元,Facebook、谷歌、亞馬遜、阿里巴巴 等互聯網公司紛紛著手開發與其業務相關的自有晶元,這種趨勢為集成電路設計產業中 半導體 IP 和設計服務模式的發展擴展了市場空間。

(報告觀點屬於原作者,僅供參考。報告來源:長江證券)

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