芯片設(shè)計(jì)的兩個(gè)板塊：EDA和IP核

無論你是不是半導(dǎo)體行業(yè)的從業(yè)者，最近一個(gè)月內(nèi)想必也被“國(guó)產(chǎn)化“、“芯片”等詞沖洗了一波：

這是因?yàn)椋菏鼙娝苤脑蛴绊懀絹碓蕉嗟娜酥匾暺鹆藝?guó)產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展；

簡(jiǎn)單的說，或許再過兩年，就連街邊唱《孤勇者》的小孩也將知曉光刻機(jī)的存在了。

當(dāng)然，光刻機(jī)只是芯片制造中的一套關(guān)鍵設(shè)備，而一顆芯片的起源還是要從設(shè)計(jì)開始講起：

圖片來自：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院整理

芯片的設(shè)計(jì)主要由EDA&IP核兩個(gè)主要板塊，它倆都是芯片設(shè)計(jì)的核心。

我們可以說：沒有EDA，就沒有芯片；它是最基礎(chǔ)、最上游的領(lǐng)域，貫穿了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的每個(gè)環(huán)節(jié)。

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簡(jiǎn)單地說：EDA就是芯片設(shè)計(jì)師的畫筆和畫板，就像操作文檔要用Word，制作圖片要用Photoshop一樣，它能高效設(shè)計(jì)、控制及管理數(shù)十億電路元件在一顆芯片里協(xié)同工作。

而作為芯片設(shè)計(jì)核心之一的IP核：可謂是在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，其重要性不輸芯片制造環(huán)節(jié)中的光刻機(jī)的存在。

圖片來自：三個(gè)刺客 ? IP核，（全稱：Semiconductor intellectual property core，中文名全稱：知識(shí)產(chǎn)權(quán)核）；IP核是指芯片中具有獨(dú)立功能的電路模塊的成熟設(shè)計(jì)。 ? 早期，芯片的集成規(guī)模較小，設(shè)計(jì)復(fù)雜度不高，芯片上所有的電路都可以由芯片設(shè)計(jì)者自主完成；隨著芯片集成度呈指數(shù)級(jí)增加，復(fù)雜性急劇增大，由一家企業(yè)獨(dú)立完成一款復(fù)雜芯片的設(shè)計(jì)幾乎變得不可能。 ? 聰明的芯片工程師們想到了借鑒搭積木的思路：重復(fù)使用預(yù)先設(shè)計(jì)好的成熟構(gòu)件，來搭建復(fù)雜系統(tǒng)，化繁為簡(jiǎn)，以求一鍵成“芯”。

IP 核按照固化程度劃分，可以分為軟核、固核與硬核三類：

IP軟核：是用 Verilog/VHDL等硬件描述語(yǔ)言描述的功能塊，如邏輯描述；它可沿用 Excel 的類比，IP 軟核即為該圖表模板的底層開發(fā)代碼。

IP 固核：是以電路元件實(shí)現(xiàn)的功能模塊。因?yàn)橛幸欢ǖ墓募s束、溫度條件等，用戶能夠設(shè)置IP軟核中的相應(yīng)參數(shù)，將其轉(zhuǎn)換成用邏輯門和觸發(fā)器達(dá)成的電路，通常以門級(jí)電路網(wǎng)表的形式提供給客戶。IP 固核可以看作是將底層代碼中圖表設(shè)置為部分固定的多個(gè)參數(shù)，并生成相應(yīng)簡(jiǎn)單模板。

IP 硬核：與制造工藝相關(guān)(例如 CMOS 工藝)，完成了布局布線，提供電路設(shè)計(jì)的最終階段產(chǎn)品—掩膜，進(jìn)而進(jìn)行光刻，生產(chǎn)芯片顆粒。簡(jiǎn)單的理解IP硬核就是IP 硬核就是完全設(shè)定好的某一Excel圖表模板，能夠重復(fù)使用，能實(shí)現(xiàn)特定功能。

眾所周知，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)不斷分工細(xì)化、上下游聯(lián)動(dòng)發(fā)展的過程；而，IP核的出現(xiàn)則讓芯片設(shè)計(jì)和芯片代工從IDM模式中獨(dú)立，成為芯片產(chǎn)業(yè)中的獨(dú)立行業(yè)。

圖片來自：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

時(shí)至今日，無論是傳統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)公司(Fabless)+芯片代工（FAB）模式，或是已經(jīng)成為當(dāng)今主流的芯片設(shè)計(jì)公司(Fabless)-材料設(shè)備-芯片代工（FAB）-封裝公司-終端客戶的模式中以IP核作為其核心競(jìng)爭(zhēng)力的芯片設(shè)計(jì)公司的地位尤為凸顯：

我們身邊耳熟能詳?shù)?a target="_blank">電子品牌英偉達(dá)、AMD、華為海思、蘋果、高通等，現(xiàn)如今都是純?cè)O(shè)計(jì)公司。

給這些設(shè)計(jì)公司提供架構(gòu)和IP核的，則是Arm、Synopsys、Cadence等公司；其中Arm的市場(chǎng)占有率更是高達(dá)40%。

對(duì)于整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈而言：IP核的出現(xiàn)及有效利用，勢(shì)必會(huì)助力于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來市場(chǎng)的正向增長(zhǎng)：

IP核主要用于縮短芯片上市時(shí)間以及降低芯片開發(fā)成本，ARM的IP核生態(tài)可將芯片開發(fā)成本降低50%以上。

特別是對(duì)于它們而言：IP核的出現(xiàn)極大的降低了研發(fā)成本和研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，以風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)、利益共享的模式形成了一個(gè)個(gè)小的以處理器內(nèi)核為核心的生態(tài)圈，使得低成本創(chuàng)新成為可能。

并且在未來模塊化設(shè)計(jì)趨勢(shì)、產(chǎn)品協(xié)議迭代以及功能集成增加的推動(dòng)下，IP需求將得到持續(xù)支撐，同時(shí)Chiplet 行業(yè)趨勢(shì)亦有望為IP 行業(yè)帶來新增量。

又對(duì)于設(shè)計(jì)公司自身而言：在芯片設(shè)計(jì)的上游供應(yīng)鏈中，IP是技術(shù)含量最高的的價(jià)值節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)lPnest數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在年均600多億美元的全球芯片研發(fā)開支中，IP只占36億美元，雖然占比只有5%，但從市場(chǎng)價(jià)值來看，IP的全球市場(chǎng)規(guī)模大約40億美元，卻帶領(lǐng)著5000億美元的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不斷向前發(fā)展。

特別是相關(guān)的EDA廠商同為產(chǎn)業(yè)鏈上游玩家，其產(chǎn)品商業(yè)模式與IP 較為相似，且面對(duì)客戶類型相同，故EDA 與IP 業(yè)務(wù)之間存在協(xié)同效應(yīng)，EDA 公司切入IP 行業(yè)將具備天然優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，我們應(yīng)該可以看出：我國(guó)未來想要走上半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的自主化道路，IP核的重要性絲毫不弱于光刻機(jī)！

圖片來自：粵開證券研究所

國(guó)內(nèi)代工廠以及芯片設(shè)計(jì)行業(yè)快速發(fā)展，芯片設(shè)計(jì)公司以及總銷售額快速增長(zhǎng)，也將推動(dòng)對(duì)IP核的相應(yīng)需求：

從行業(yè)下游領(lǐng)域來看：AI 應(yīng)用的拓寬，以及汽車智能化趨勢(shì)需要新的IP 對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行適配，這也將產(chǎn)生額外的IP 需求，中國(guó)是AI 應(yīng)用和汽車智能化的主要市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)企業(yè)有望借力下游領(lǐng)域快速發(fā)展，迎來發(fā)展良機(jī)。

同時(shí)，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)的蓬勃發(fā)展帶動(dòng)了設(shè)計(jì)服務(wù)和芯片定制化行業(yè)發(fā)展，而設(shè)計(jì)服務(wù)等有業(yè)務(wù)又有望驅(qū)動(dòng)國(guó)產(chǎn)IP 需求，部分國(guó)內(nèi)IP 公司采用設(shè)計(jì)服務(wù)和IP 授權(quán)雙輪驅(qū)動(dòng)的發(fā)展戰(zhàn)略。

當(dāng)然，國(guó)產(chǎn)IP 發(fā)展離不開半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)生態(tài)的支持，近年來國(guó)內(nèi)代工廠崛起，有望培育和帶動(dòng)國(guó)產(chǎn)IP 生態(tài)鏈的發(fā)展。

特別是對(duì)于被國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈寄予厚望的Chiplet技術(shù)而言：國(guó)內(nèi)IP核的自主研發(fā)無外乎是為Chiplet技術(shù)在拓寬“捷徑”。

從這個(gè)意義上來說，Chiplet就是一個(gè)新的IP重用模式；未來，以Chiplet模式集成的芯片會(huì)是一個(gè)“超級(jí)”異構(gòu)系統(tǒng)，可以帶來更多的靈活性和新的機(jī)會(huì)。

與傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)方式相比，Chiplet具有迭代周期快，成本低，良率高等一系列優(yōu)越特性。隨著Chiplet技術(shù)的興起，有望使芯片設(shè)計(jì)進(jìn)一步簡(jiǎn)化為IP核堆積木式的組合，半導(dǎo)體制造鏈生態(tài)鏈可能會(huì)重構(gòu)。

或許，在未來在國(guó)產(chǎn)化IP核加持下的Chiplet生態(tài)，可能帶來的一場(chǎng)新的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)革命：

以計(jì)算芯片為例：Chiplet主要涉及計(jì)算、內(nèi)存和IO接口，IO接口相對(duì)獨(dú)立，計(jì)算最難和上層算法解耦，內(nèi)存可以部分解耦；最終Chiplet會(huì)像搭樂高積木一樣，通過取舍提高客戶的迭代速度。

這將導(dǎo)致：一個(gè)Chiplet生態(tài)的第三方公司，直接從客戶需求出發(fā)，“化繁為簡(jiǎn)”直接從設(shè)計(jì)到封裝都可以直接幫客戶定義。

編輯：黃飛