半導體IP產業還能繼續健康發展嗎？

來源：本文由半導體行業觀察翻譯自semiengineering，作者Brian Bailey，謝謝。

半導體行業已經經歷了很多變化，每一種變化都想要降低與晶元的設計和製造相關的總成本。20 年前，大多數公司都有它們自己的晶圓廠，並且自己設計每種晶元上的所有電路。今天，僅有少數幾家公司有自己的晶圓廠，而以知識產權（IP）形式的外包設計已經成為了常態。

IP 已經佔據了 EDA 行業的最大份額，而且大多數人預計在可預見的未來其還將繼續增長。但這個行業健康嗎？又面臨著哪些阻礙？

MarketsandMarkets 預計全球半導體 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 年的複合年增長率將達到 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 和服務的季度收入。來自 ESD MSS（未報告的公司包括 ARM、CEVA 和 Rambus。ARM Physical IP 是從 2016 年第四季度開始估計的）

但半導體行業里有很多不確定性，未來幾年可能就會發生很大的變化。那麼我們需要懷疑這個行業的長期發展潛力嗎？

德州儀器（TI）全球硅開發部門高級總監兼研究員 Sanjive Agarwala 發出了他的獨家警告。他目前正在開發用於汽車和工業 4.0 的晶元，這些晶元的特點是擁有大型處理器和大量感測器。「不管是在 TI 內部還是外部，我們都在努力尋找最好的技術。」Agarwala 說，「現在 IP 已經發展了很多年了。所以我們能使用 ARM 內核，因為它們是現在最好的。介面方面也是類似，因為它們也在發展。」

但是，當被問到對未來的看法時，Agarwala 認為有很多發展阻力。「人們感覺 IP 業務還在增長，但我認為它不會繼續增長，就算增長也不會超過一兩年。原因很簡單。節點數量增長減速、行業整合、IP 標準化——這些都會增加利潤壓力，而研發成本則依賴於你能承受多少。在我看來，這意味著在未來幾年裡繼續參與競爭將變得非常艱難，而你將需要自己鞏固你的 IP 業務。過去有很多內部 IP 開發都轉向了外部，這是有意義的。有很多東西我們都不再自己內部做了，但這種轉變將不再發生。」

IP 公司的發展健康嗎？「據 ESD Alliance ，IP 產業正在以兩位數的速度增長，所以它肯定是健康的。」Uniquify, Inc. 營銷副總裁 Graham Bell 說，「但是，我們可以看到並非所有 IP 公司都能平等分享這些財富。ARM 是這個市場的份額領先者，而且近期的增長率為 22%。大多數 IP 公司的增長率都是個位數。競爭很激烈，很多二級和三級供應商的投資組合都有重疊。」

但收入和增長並非健康與否的標準。「健康有兩個維度。」eSilicon 戰略和產品副總裁 Hugh Durdan 說，「一是收入。它在增長嗎？目前看起來相當健康。第二個維度是盈利能力。這才是 IP 業務真正的難題所在。」

行業演化

IP 產業自誕生以來就在不斷演進。「我們看到那些曾經自己擁有 IP 部門的公司開始採用第三方 IP。」Cadence IP 設計營銷總監 Tom Wong 說，「這個趨勢正在加速。這種研發還是購買的決策和總體擁有成本的結論最終讓公司支持第三方商業 IP。」

公司購買 IP 的原因有很多。「有一些器件（比如內存）從一家確保它們可以被生產製造的公司獲得要更合理。」 OneSpin Solutions 營銷副總裁 Dave Kelf 說，「因為成本的關係，自己研發不值得。往上一層，我們是構建一個團隊來做標準介面，還是諮詢銷售這種 IP 標準的專家？如果這不是我們的核心競爭力，那麼可能就不值得去開發它。最後，還有處理器等等，除了硬體之外還需要很多東西，比如編譯器。你難道想參與到這些事情中嗎？」

而公司的核心競爭力也會隨時間變化。「一二十年前，處理器被認為是差異化的主要方面，」 NetSpeed Systems 業務發展副總裁 Anush Mohandass 說，「那時候沒人認為處理器可以外包。移動行業就曾有這樣的謬誤。類似的事情將發生在這個市場的不同領域，往不同的方向騰飛。在汽車領域，我們關注的焦點是異構計算和功能安全性，而在物聯網領域，焦點則是關於數萬億的設備。將會製造研發這些設備和 IP 的大量公司是這種增長得以實現的基礎。」

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，只要這種產品類型是有需求的。」Silvaco 的 IP 部門總經理 Warren Savage 說，「對 EDA 而言，一旦你有了整個流程，你基本上就只需要優化它，而且相對於消費市場驅動的半導體設計，新的流程的生命周期相對較慢。」

而且 IP 創業公司的數量總是很多。「不只是 EDA 公司會供應 IP，而且實際上我們也看到了越來越多的可以提供專業 IP 的 IP 設計公司。」Moortec CTO Oliver King 說，「這些供應商可以以通用 IP 供應商無法辦到的方式優化它們的 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 供應商合作。這比自己內部設計更有利，而且能開源解決方案。IP 的成本可以相對應對替代解決方案的風險。」

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

摩爾定律減速的影響

如果新節點的開發和採用速度減慢，可以認為 IP 將變得更加穩定。但似乎這個斷言與實際發生的情況正好相反。

首先，新節點還在繼續。「從 10nm 到 7nm 的節點遷移比 28nm 到 16nm 的節點遷移時間更短。」Cadence 的 Wong 指出，「擴散的速度超過了 IP 供應商支持所有每種新工藝方法的能力。現在有 Bulk CMOS、finFET 和 FD-SOI。我們在同一個時間段有 16nm、14nm、12nm、10nm、7nm 共存。」

甚至更老的節點也在獲得復甦。「過去在 40nm 節點時，你可能會有一個低功耗版本和一個高性能版本，」Durdan 說，「當 40nm 節點結束之後，大家都遷移到了下一個節點。但28nm 卻繼續演化到了今天，現在有原來的 28 HPP 以及 HPM 和 HPL。現在他們還有 HPC 和 HPC+。」

這給 IP 開發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點提供了差異化的機會，但同時因為這些節點出現了變體，所以也是一個負擔，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 繼續說，「這給 IP 供應商帶來了一些困難，因為他們必須進行投資，才能跟上每家代工廠每個工藝節點的每種變體。」

如果客戶沒有遷移到新的更小的節點，那還會帶來新的情況。「我們將如何增加下一代系統的性能？」 RISC-V 執行總監 Rick O』Connor 問道，「大家達成共識的看法是專用異構內核，而且是大量這種內核。如果你在打造一款物聯網設備，你就不需要伺服器級別的機器所使用的所有指令。如果一款物聯網設備每隔幾分鐘才處理幾個數據包，那你就不需要用 x86 設備來驅動它。RISC-V 讓你可以為下一代你想運行的確切應用構建這些多核異構平台或嵌入式的專門實現的單核。」

事實上，這個行業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，」Gary Smith EDA 的首席分析師 Laurie Balch 說，「這個行業的解決方案是開發多種不同解決方案的組合方案，而不是開發一個許多人都可以使用的單一平台。這是針對小眾用戶的定製產品，在 EDA 行業中，這些產品變化得比工具更快。」

新工藝的快速發展確實給 IP 用戶和代工廠帶來了潛在的問題。「有很多客戶並沒有他們自己的 IP，嚴重依賴於第三方的 IP 生態系統。」Durdan 指出，「如果代工廠不能為他們的節點維持一個可行的第三方 IP 生態系統，那就會限制那些目標是有自己的 IP 的客戶。」

不斷演化的標準

標準可能有用，也可能毫無幫助。

計算機科學家 Andrew Tanenbaum 在 1981 年寫道：「在標準方面，好就好在你有很多標準可選。而且就算你不喜歡所有這些標準，你也只需要等待下一年的模型。」

隨著這個思路，標準其實並不穩固。「標準在不斷演化，工藝越變越複雜。」 Synopsys 解決方案組營銷副總裁 John Koeter 說，「所以在一個給定工藝節點，更複雜的協議以及該協議的更艱難的實現不僅會保持價格穩定，甚至還會導致上漲。 PCI Express 很複雜，USB 很複雜，大多數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。」

這些標準也還有重要的物理 IP 部分，需要專門的設計技巧。

「有兩件事在驅動 IP 供應商不得不持續投資。一是工藝技術以及代工廠開發出該工藝技術的變體的速度。另一個是新版本的標準。曾經有 LPDDR4 和 LPDDR4x（低電壓版本），然後有了 LPDDR5——在不斷演化。」

行業整合

該行業面臨的另一個阻力是半導體行業內的整合。這會改變大公司的規模經濟嗎？

「如果你是一家每年做三款晶元的中小型公司，那麼從頭開發 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 款晶元的大公司，那麼就可能改變開發還是購買的經濟模式，那麼也就可能會內部開發一些 IP。這樣做還有一些其它好處，包括更強的控制和更大的靈活性。而且相對通用晶元市場而言，還可以為特定晶元的 IP 做更多優化。」

一些公司可能還有經濟激勵。One Spin 的 Kelf 解釋說：「如果商業模式是基於版稅的，當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這個 IP。」

但這個說法似乎和現在發生的情況不符。「有一個有趣的相反的情況。」Durdan，「一些公司認為每個業務單元都需要能自力更生，它們並不相信開發 IP 並將其提供給多家企業的中心化企業組織。過去，它們有大型的中心開發部門，但現在它們是遠遠更加去中心化的結構。」

這也假定了每個部門都有相同的需求。「產品可能是千差萬別的，所以一個業務的需求可能不同於另一個部門的需求。」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繫了起來。「沒有人有足夠的工程師可以跟上他們的任務。只是因為它必須要正確地完成，並不意味著這會讓晶元不同——所以其基本的平衡沒有變化。其次，隨著工藝技術的爆髮式發展，內部團隊不僅必須為一種工藝變體而設計，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 也覺得沒什麼根本變化。「是的，半導體行業內部確實有整合，但這其實有助於 IP 產業。IP 產業是一種購買或開發的決策，人們將會尋找可以直接買來用的 IP，並利用自己的專用技術保存內部的差異化。」

IP 還會繼續

目前還幾乎沒有什麼危險的跡象。「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，任何人都無法承擔失敗的後果。」 Flex Logix 的 CEO Geoffrey Tate 說，「和幾家高質量的、證明了自己的且價格合理的 IP 供應商合作會更好，而不是冒內部開發團隊失敗的風險。在十年內，如果還有公司在可以購買現成可用的 IP 時還選擇內部自己開發，我會感到非常驚訝。」

「我的死亡報告被嚴重誇大了。」——馬克·吐溫

「我們很高興地報告聯盟很強大，」Wong 說，「IP 產業很健康，並且還將繼續創新。」

今天是《半導體行業觀察》為您分享的第1337期內容，歡迎關注。

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