5G浪潮下，IP廠商的獻(xiàn)力與共贏

盡管半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)去年的市場(chǎng)總額為4183億美元，相較2018年下降了11.9%，但19年的IP市場(chǎng)卻走勢(shì)樂(lè)觀，市場(chǎng)總額增長(zhǎng)了5.2%。分析機(jī)構(gòu)認(rèn)為，這一增長(zhǎng)意味著該市場(chǎng)已經(jīng)擺脫了依靠智能手機(jī)帶來(lái)的急速增長(zhǎng)，而進(jìn)入了2020年以數(shù)據(jù)為核心的時(shí)代。以下是2019年全球十大IP廠商的市場(chǎng)份額。

2019全球十大IP廠商的市場(chǎng)份額 數(shù)據(jù)來(lái)源：IPNEST

而IP下也有不少分類，其中最主要是處理器和接口兩種，處理器中包含CPU、DSP和GPU IP，而接口IP則往往與協(xié)議相關(guān)，囊括USB、PCI Express、以太網(wǎng)、MIPI、SATA、DP等。以下是2018年與2019年不同IP的市場(chǎng)占比。

2018/2019年不同IP的市場(chǎng)份額占比 數(shù)據(jù)來(lái)源：IPNEST

從上圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，處理器IP的市場(chǎng)份額從53.5%降至51%，而接口IP的市場(chǎng)份額則從20.3%增至22.1%。這足以說(shuō)明除處理器外的IP市場(chǎng)滲透率增長(zhǎng)，回顧2016年的情況，處理器IP可是霸占了63.8%的市場(chǎng)。

ARM

ARM在2019年依然是不折不扣的第一名，但其年增長(zhǎng)比較平緩。從具體收入來(lái)看，相較2018年，ARM的授權(quán)收入增長(zhǎng)了13.8%，而版稅收入?yún)s下降了6%，ARM將其歸結(jié)于智能手機(jī)份額的下跌。

新興的RISC-V對(duì)ARM究竟有何影響目前來(lái)看還難以得出結(jié)論，確切影響可能要幾年后才能做出評(píng)判，但不管怎么說(shuō)，CPU IP的商業(yè)模式在發(fā)生改變，這也是客戶們喜聞樂(lè)見(jiàn)的。

Cortex-A77原理圖

ARM最新推出的CPU架構(gòu)為Cortex-A77，這是基于DynamIQ技術(shù)的第三代高性能CPU，也是ARM為5G應(yīng)用推出的專用IP方案，在IPC性能上相較上代Cortex-A77有了20%的提升。該CPU采用了面向應(yīng)用的Armv8-A架構(gòu)，不僅擁有更大的物理地址，64位的虛擬尋址，新的異常模型，還擁有更高效率的緩存管理。結(jié)合了big.LITTLE技術(shù)后，能夠兼具高運(yùn)算性能和高能耗效率。

Ethos-N77原理圖

除了高性能CPU外，ARM也推出了Ethos-N77這類專為機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能準(zhǔn)備的處理器IP，提供高至4TOP/s的算力（2048個(gè)8位MAC），在多核部署的情況下可以實(shí)現(xiàn)100TOP/s以上的算力。同時(shí)該處理器在3x3的內(nèi)核上使用了Winograd算法，實(shí)現(xiàn)了225%的卷積性能提升，90%的MAC利用率。

Synopsys

市場(chǎng)份額占比18.2%的Synopsys，IP營(yíng)業(yè)額在19年增長(zhǎng)了13.8%，增長(zhǎng)最多的當(dāng)屬其接口IP方案（19.3%）。為了滿足先進(jìn)5G芯片組設(shè)計(jì)的需求，Synopsys也在自身DesignWare?IP產(chǎn)品組提供了5G的解決方案，其中包括了高速模擬前端，還有先進(jìn)FinFET技術(shù)和處理方案中的接口IP。

DesignWare 5G原理圖

其接口IP支持7nm到22nm的工藝，依靠CSI-2、DSI和M-PHY這幾個(gè)MIPI協(xié)議，為圖像處理器等應(yīng)用提供高速的串行接口。LPPDR5/4/4X的IP實(shí)現(xiàn)了幾種低功耗狀態(tài)，且退出延遲極低。PCI Express 5.0/4.0 IP為芯片間通信提高了吞吐量。多協(xié)議物理層為PCIe、CCIX和以太網(wǎng)等接口提供了高質(zhì)量的信號(hào)完整性和高級(jí)的電源管理功能。

Cadence

與Synopsys同為老牌IP廠商和EDA廠商的Cadence，市場(chǎng)份額也從2018年的5.2%提升至2019年的5.9%，IP營(yíng)業(yè)額也有了22.9%的增長(zhǎng)，其中兩大“功臣”為接口IP和自家的Tensilica 處理器IP。

ConnX B20 DSP原理圖

Cadence在去年推出了ConnX B20 DSP，該DSP IP在高性能低能耗的數(shù)字信號(hào)處理上設(shè)下了新標(biāo)準(zhǔn)，專為5G和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的雷達(dá)和激光雷達(dá)應(yīng)用打造。ConnX B20最多包含128MAC，每個(gè)周期可以加載1024位數(shù)據(jù)，在16nm制程上實(shí)現(xiàn)1.4GHz以上的頻率。在某些通訊處理過(guò)程中，B20比上一代BBE32EP要快30倍。

CEVA

CEVA作為頂級(jí)的DSP IP廠商，也早早就開(kāi)始在5G領(lǐng)域布局了。CEVA在2018年就推出了面向eMBB設(shè)備的5G NR IP平臺(tái)PentaG。

PentaG 原理圖

PentaG支持5G eMBB下的所有應(yīng)用案例，包括SA、NSA、毫米波和sub-6GHz。同時(shí)還兼容LTE-A Pro和傳統(tǒng)LTE和3G技術(shù)。該IP平臺(tái)能夠維持10Gbps以上的比特率，而且可擴(kuò)展的架構(gòu)保證了所有先進(jìn)無(wú)線技術(shù)的支持，比如大規(guī)模MIMO、波束成形、復(fù)雜鏈路自適應(yīng)等。

隨著5G NR邁入第二階段，CEVA在今年推出了全新的高性能DSP CEVA-XC16。CEVA-XC16基于全新的第四代CEVA-XC多線程架構(gòu)，專為滿足現(xiàn)代5G RAN架構(gòu)的基帶計(jì)算需要打造。作為一款可擴(kuò)展的靈活SDR平臺(tái)，CEVA-XC16可以客制化以應(yīng)對(duì)多種應(yīng)用，比如大規(guī)?；鶐У?a href="http://srfitnesspt.com/article/zt/" target="_blank">聚合和處理、DU加速、OpenRAN部署和大規(guī)模MIMO RRU等。

CEVA-XC16原理圖

CEVA-XC16使用了深度流水線和創(chuàng)新物理設(shè)計(jì)，在7nm制程上可以實(shí)現(xiàn)難以媲美的1.8GHz頻率，為256MAC的矢量計(jì)算單元和2048位寬的存儲(chǔ)器訪問(wèn)帶寬提供時(shí)鐘，最高可以實(shí)現(xiàn)1600 GOPS的算力。這款雙標(biāo)量的DSP核基于CEVA-BX架構(gòu)，在控制代碼效率和代碼大小上比前代CEVA-XC有了30%的提升。而且全新的設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)同樣的性能下，比前代DSP多節(jié)省了35%的占用面積。

還有不少IP廠商也在加緊研發(fā)自身5G應(yīng)用的IP方案，比如芯原微電子（VeriSilicon）也加入了這類應(yīng)用的DSP研發(fā)。芯原目前正在著手一款名為ZSP G5-V128i的DSP IP研發(fā)，據(jù)其描述可知，這是一款基于RISC架構(gòu)、針對(duì)5G應(yīng)用的高性能矢量數(shù)字信號(hào)處理器。在28nm半導(dǎo)體工藝的條件下，該DSP可以實(shí)現(xiàn)單時(shí)鐘周期內(nèi)128個(gè)16x16bit的乘累加運(yùn)算，可滿足5G、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、人工智能等應(yīng)用的運(yùn)算性能需求。

Achronix為了助力5G芯片的快速上市，也對(duì)應(yīng)推出了Speedcore嵌入式FPGA（eFPGA）IP。這種高度集成的做法有許多好處，與chiplet小芯片的技術(shù)相比，該接口能夠提供更高的帶寬，更低的延遲和更低的能耗。像5G極化碼之類的后期改動(dòng)都可以交由eFPGA而非ASIC，新的加密標(biāo)準(zhǔn)也可以通過(guò)嵌入式可編程邏輯解決，而不需要借助軟件和外部FPGA。這樣做延長(zhǎng)現(xiàn)有SoC的生命周期，不用為了滿足URLLC和mMTC等新標(biāo)準(zhǔn)的要求，進(jìn)行額外的新品開(kāi)發(fā)工作，從而縮短了上市時(shí)間。

適用于5G基帶單片集成的異構(gòu)多核SoC

5G大時(shí)代的來(lái)臨，也讓Imagination Technologies這類專注于GPU IP的公司從中發(fā)現(xiàn)了進(jìn)一步擴(kuò)展的機(jī)會(huì)。隨著5G提高了連接速度減少了延遲，VR/AR以及光線追蹤在手機(jī)端上的應(yīng)用場(chǎng)景也擴(kuò)大了，Imagination Technologies借此東風(fēng)也在去年年底推出了IMG A系列的GPU。該系列GPU聲稱性能比上一代PowerVR GPU提升了2.5倍，AI處理速度提升了8倍，同時(shí)降低了60%的功耗。

小結(jié)

從MarketsandMarkets的研報(bào)來(lái)看，半導(dǎo)體的IP市場(chǎng)將從2017年的47億美元增至2024年的65億美元，該預(yù)測(cè)期間內(nèi)的復(fù)合年增長(zhǎng)率為4.8%。在這7年的區(qū)間內(nèi)，處理器IP市場(chǎng)仍將占據(jù)最大的份額，主要分布在消費(fèi)類電子和汽車領(lǐng)域的ADAS內(nèi)。

從市場(chǎng)趨勢(shì)來(lái)看，以數(shù)據(jù)為核心的IP開(kāi)發(fā)才是各家廠商當(dāng)前的重中之重。這些IP為高性能的5G應(yīng)用實(shí)現(xiàn)提供了便利，而且未來(lái)云計(jì)算、VR/AR、AI以及自動(dòng)駕駛都需要更大的數(shù)據(jù)處理能力。相信在5G R17標(biāo)準(zhǔn)的推行下，未來(lái)各大廠商的IP也會(huì)在IIOT和URLLC有著進(jìn)一步的增強(qiáng)。