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国产半导体IP供应商盘点

据市场分析公司IPnest预测,排名前5的接口IP产品在2025年的总营收将达到25亿美元,从2020年到2025年的年复合增长率为19%。
2022-05-26 10:01 · 微信公众号:半导体行业观察 杜芹

如今,半导体IP已成为集成电路设计与开发中不可或缺的核心要素。此前我国绝大部分的芯片都建立在国外公司的IP授权或架构授权基础上,但这几年,随着对底层技术的重视以及国产化需求的快速提升,本土半导体IP供应商迎来了良好的发展机会。

半导体IP是指集成电路(IC芯片)、逻辑或单元布局设计的可重复使用单元。根据不同的设计IP,半导体IP市场可分为接口IP、处理器IP、存储器IP以及其他IP(模拟到数字IP和数字到模拟IP)。在这几大领域,国内已经均有本土企业在布局。

热闹的接口IP赛道

随着数据中心对网络通信速度和性能需求的不断提升,接口IP正成为*发展潜力的IP分类。据市场分析公司IPnest预测,排名前5的接口IP产品在2025年的总营收将达到25亿美元,从2020年到2025年的年复合增长率为19%。接口IP主要是指以太网、DDR、PCIe、USB、MIPI、SATA等接口的IP核。不同的接口在不同的产品垂直领域中具有重要意义,这使得接口IP极为重要。

在接口IP领域,国内企业众多,主要有芯动科技、芯耀辉、牛芯、锐成芯微、纳能微、橙科微、和芯微、芯思原、灿芯、奎芯等。这些厂商已经涉猎了多种类的接口IP产品。接下来我们挑几个典型的接口IP,看看国内IP供应商的实力如何。

就拿DDR 接口IP举例来看。DDR PHY和内存控制器统称为DDR IP,他们保证了SoC和DRAM之间的数据传输。随着DDR的速度不断提升,DDR模块的设计难度也随之增大,所以芯片设计企业一般需要从IP公司购买DDR IP。但在DDR IP市场中,由于DDR PHY具有较高的技术门槛,所以国际厂商仍占据较高的市场份额。

国内DDR IP供应商中,芯动科技是DDR代际品类和覆盖面相对较全的IP公司,所能支持的速率也达到了较高的水平。芯动科技的存储接口IP全面支持JEDEC DDR5/4/3/2、LPDDR5X/5/4X/4/3/2、HBM3/2e,均包含PHY和控制器IP。此外芯动科技还是从GDDR5到GDDR6X全覆盖的IP厂商,据其官网所述,GDDR6X是世界上*个经过硅验证且的商用GDDR6/6X IP,为全球高性能芯片公司提供了重要的接口技术。芯动的合作伙伴美光在官网撰文表示,“这个IP改变了人工智能版图”!

信源:根据各厂商公开信息整理

再就是牛芯和灿芯。牛芯半导体能为客户提供DDR3/4/5和LPDDR2/3/4/4x/5 IP组合解决方案。灿芯的YouDDR IP可支持LPDDR2、DDR3、LPDDR3、DDR4、LPDDR4/4x和DDR5等应用,支持从667Mbps 到4800Mbps的数据传输速率。

安徽芯思原是由芯原和新思等4家公司共同投资设立。芯思原传承了芯原与新思成熟工艺节点的芯片接口和模拟IP,并致力于此类IP往中国新建的40/55nm foundry的移植开发。在DDR IP接口领域,芯思原有DDR3/2、DDRmultiPHY、DDR4 multiPHY三种,可支持DDR 2、DDR3、DDR4、LPDDR2、LPDDR3等应用。

芯耀辉研发团队正在集中力量自主研发28/14/12纳米及以下先进工艺IP研发和服务,芯耀辉也开发了DDR PHY IP产品。目前尚不太清楚芯耀辉所能支持的DDR具体应用有哪些,但芯耀辉正从可靠的SI(信号完整性)和PI(电源完整性)分析、高可靠性训练设计、高性能DDR IO设计和多频点快速切换4方面入手,攻克DDR PHY技术瓶颈。

除了DDR IP之外,高速SerDes接口IP已经成为了近年来研究的热点。在这方面,国内的芯动科技可提供16/32/56/64Gbps多标准SerDes全套解决方案,并已实现了最高5nm的设计,其中25G/32Gbps SerDes已经量产,56Gbps SerDes已经发布,64Gbps SerDes即将发布,正在攻克112Gbps SerDes技术。牛芯半导体可支持25/28/32Gbps的速率。和芯微与灿芯能为客户提供1.25-12.5Gbps多速率SerDes IP方案。纳能微电子有0.6G-12.5G通SerDes IP核。锐成芯微的SerDes IP最高速率可达16G,可支持USB、PCIe、SATA等接口协议。

信源:根据各厂商公开信息整理

再一个推动接口IP发展的技术则是Chiplet,进入2022年,国际大厂已经陆续推出了Chiplet的产品,国内芯片企业对Chiplet也是一致看好。Chiplet的发展也诞生了高速Die to Die接口的需求。但Chiplet与传统接口相比,其对带宽和时延的需求则更高,设计者还需要对工艺和封装有很深的了解,所以这也进一步增加了相关接口IP的设计复杂度。

在Chiplet的接口IP方面,国内芯原和芯动科技已经推出了实质性的产品。芯原是大陆首批加入UCIe产业联盟的企业,基于“IP芯片化,IP as a Chiplet”和“芯片平台化,Chiplet as a Platform”两大设计理念,芯原推出了基于Chiplet架构所设计的高端应用处理器平台,目前该平台12nm SoC版本已完成流片和验证,并正在进行Chiplet版本的迭代。

另一边,3月初英特尔等十家行业巨头共同推出UCle后不到三周,芯动科技就宣布率先推出自主研发物理层兼容UCIe标准的IP解决方案——Innolink Chiplet。据悉,这是国内首套跨工艺、跨封装的Chiplet(芯粒)连接解决方案,且已在先进工艺上量产验证成功。目前,芯动科技也已经成为UCIe联盟成员之一。

除此之外,也有其他IP供应商正在背后蓄力研发,如芯耀辉也已加入UCIe联盟等。奎芯科技未来也将重点打造基于互联IP的Chiplet产品。

在多媒体接口IP领域,芯动科技有全栈高清多媒体接口IP和音视频解决方案,支持HDM 2.1/2.0/1.4接口,支持96 db以上的Audio Codec录音和播放。芯动科技还有全系列的MIPI低功耗高速串行接口,包括MIPI D-PHY/C-PHY/M-PHY,其中C-PHY传输速率高达7.8Gbps/Trio。其他还有,芯思原的多媒体接口IP也可支持HDM 2.0 / 1.4;锐成芯微拥有MIPI D-PHY;和芯微有MIPI D-PHY(传输速率高达1.5Gbps)和M-PHY(6Gbps)两种。

国产处理器IP供应商显露锋芒

处理器IP是一种数字电路,用于完成取指令、执行指令及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作,主要包括CPU IP、GPU IP、神经网络处理器IP(NPU IP)、视频处理器 IP(VPU IP)、DSP IP、图像信号处理器 IP(ISP IP)等。

由于处理器IP主要应用于消费电子汽车等行业,这些领域的数量巨大,也使得处理器IP从中获益,迅速成长为全球*的IP种类。未来随着新能源汽车和自动驾驶的普及,汽车对各种微处理器(MPU)、微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)和图形处理单元的需求增加,处理器IP将在未来很长一段时间内继续占据半导体IP的*市场份额。

国内能提供处理器IP的企业还相对较少。芯原是国内较大的处理器IP供应商,此外还有寒武纪、平头哥、芯来科技、华夏芯等均提供不同种类处理器IP厂商。

目前芯原能提供包括GPU IP、NPU IP、VPU IP、DSP IP、ISP IP、显示处理器 IP的6大处理器IP。2021年度,公司实现营业收入21.39亿元,同比增长42.04%。其中,知识产权授权使用费收入 6.10 亿元,同比增长 21.00%;特许权使用费收入 0.96 亿元,同比增长19.63%;总的IP授权业务为7.06亿元,同比增长20.81%。接下来,芯原将着力发展Chiplet业务以及RISC-V生态的发展。

图源:芯原2021年财报

国内IP与国际*水平的差距很大,所以国产企业也在从多处寻找机会,在物联网碎片化环境中,开源指令集的RISC-V架构具有广泛的发展前景。而且RISC-V处于发展早期,在量产化和产业化方面,国内外差距并不大。在这方面,国内的平头哥、芯来科技、 赛昉科技这几年正在大力发展和推广RISC-V IP。

平头哥半导体成立于2018年9月19日,2021年10月,平头哥宣布全栈开源玄铁RISC-V系列处理器IP,包括玄铁E902、E906、C906、C910,以及基于玄铁的多操作系统的全栈软件及工具。

芯来科技是中国大陆本土专业的RISC-V处理器IP公司。自2018年成立以来芯来,相继推出了N100、N200、N300、N/NX/UX600、N/NX/UX900等系列产品覆盖了从低功耗到高性能的各种场景需求。据悉,芯来的处理器IP方案采用工业级稳健的Verilog编码,具有良好的可读性,相比国外其他家同类IP产品,具有明显的PPA与质量优势。

赛昉科技(StarFive)于2018 年成立,提供全球*的基于RISC-V的CPU IP、SoC、开发板等系列产品。成立至今,赛昉科技已相继推出了基于RISC-V的系列产品:全球*智能视觉处理平台、全球支持指令最全的高性能微处理器内核以及全球*AI单板计算机。

最近几年发展火热的人工智能似乎也成为IP厂商发力的机会,代表厂商如寒武纪、地平线。寒武纪的IP业务主要聚焦终端智能处理器IP业务。目前主要有1M系列和1H系列。在2020年的财报说明会上,寒武纪透露,目前搭载终端智能处理器IP的智能设备数量已超过1亿台。2021年寒武纪来自IP授权和软件的营收为687万元。面对当下整车厂造芯的大需求,地平线已经开放其人工智能专用处理器BPU IP授权,以此来满足自研能力强的部分车企的需求。

此外,国内还有在异构处理器IP布局的厂商。华夏芯是异构处理器IP的提供商,拥有完全自主知识产权的CPU、DSP、GPU和AI处理器IP,基于创新的 “统一指令集架构”、微架构和工具链,面向物联网、边缘计算和云计算应用,提供高性能和高能效等不同系列的定制化芯片产品。华夏芯已构建由100多项全球专利组成的知识产权体系,填补了国产异构处理器领域的空白。

华夏芯的IP产品一览

(图源:华夏芯官网)

不可不做的存储器 IP

存储器约占全球半导体产值的三分之一,市场高度集中。存储不是一个好做的行业,而存储IP更是。存储IP是基础IP的一种,是ASIC和SoC设计中的必备组成成分,也是技术门槛极高的细分领域,供应商主要以海外为主。国际上仅Arm、Synopsys、M31、Faradya等能提供完整的存储器IP,国内的方案还不多,但也有一些国内企业在存储IP领域上攻坚。

锐成芯微致力于高可靠性嵌入式非易失性存储(eNVM)IP的研发,包括LogicFlash® MTP、LogicEE® EEPROM、LogicFlash Pro® eFlash等。据悉,其LogicFlash®能够实现单颗IP上同时满足eFlash和EEPROM的要求,分别用于代码存储和数据存储。它既有逻辑工艺/BCD工艺/HV工艺的兼容性,又有flash的优良特性。

据了解,eNVM IP通常具有很高的技术壁垒,有大量的专利保护,后进入者很难突破已有的技术保护壁垒,这是由于eNVM IP与工艺器件特性强相关,有很严格的可靠性的要求,如数据保持能力、擦除和写入次数等,这些性能都会受工艺以及存储单元结构的影响。

苏州腾芯微(IPSOAR)成立于2018年,公司产品主要包括内存编译器、TCAM编译器、SRAM定制等。IP覆盖了从180nm到14nm先进工艺,可应用到不同的ASIC和SOC产品上。

其他IP

(模拟IP/数模混合 IP/射频 IP)

除了上述这几类之外,IP还包括一些其他物理IP,如模拟IP、射频IP以及数模混合IP等等。

锐成芯微的模拟IP和数模混合IP结合了获得专利的超低功耗技术,功耗可低至几十纳安。其低功耗和超低功耗模拟IP组合包括电源类IP、时钟类IP、ADC/DAC/Audio CODEC、传感器IP、检测IP、LVDS IP等。锐成芯微还可提供具有低功耗、高性能的RF IP,包括低功耗蓝牙,双模蓝牙(BLE&BT)、Wi-Fi6等。

针对物联网连接应用,芯原在 22nm FD-SOI 工艺上布局了较为完整的射频IP,种类包括双模蓝牙、低功耗蓝牙、NB-IoT、GNSS及802.11ah低频IP。目前其所有射频IP已经完成IP测试芯片的流片验证。除射频IP外,芯原还开发了基带IP,可以为客户提供完整的解决方案。目前NB-IoT、低功耗蓝牙、GNSS及802.11ah低频IP都已有客户授权。

和芯微的音频编解码可提供16位至24位高精度音频转换,高速AD提供位宽10bit/12bit,采样速率可达200MHz。奎芯也在做一些模拟IP,包括ADC、PLL、LDO、PVT Sensor。

结语

众所周知,IP是门苦生意,付出多回报少,谁做谁知道。这几年在国产替代的大背景下,国产半导体IP也开始逐渐被国内客户支持,国内半导体IP供应商得以根据客户的需求进行反馈和快速的更新迭代,部分IP厂商已经在点上取得了一定的突破。散点聚合,终将成线。

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