產(chǎn)研 | 中國半導(dǎo)體IP產(chǎn)業(yè)分析

超大規(guī)模芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜度不斷增加，使得IP及其復(fù)用技術(shù)成為推動(dòng)設(shè)計(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。如何利用已有的設(shè)計(jì)積累，顯著地提高芯片的設(shè)計(jì)能力，縮短設(shè)計(jì)周期，縮小設(shè)計(jì)能力與IC工藝能力之間的差距，成為芯片設(shè)計(jì)的首要課題。對于芯片設(shè)計(jì)公司而言，把經(jīng)過驗(yàn)證的IP集成到SoC系統(tǒng)中，已經(jīng)是提高效率突破設(shè)計(jì)能力瓶頸的重要路徑。

圖：IP行業(yè)發(fā)展和IC設(shè)計(jì)重要技術(shù)節(jié)點(diǎn)? ? ? ? 來源：安信證券研究中心

全球市場和發(fā)展趨勢

這一趨勢在不斷增長的IP市場規(guī)模上得到體現(xiàn)。2020年，全球半導(dǎo)體IP市場約為56億美元，到2025年預(yù)計(jì)將達(dá)到73億美元，年復(fù)合增長率為5.5%。此外，隨著芯片制程縮小，復(fù)雜度提升，設(shè)計(jì)難度加大，單芯片IP使用量也在不斷提升，目前7nm單芯片IP使用量達(dá)到178個(gè)，預(yù)計(jì)5nm將突破200個(gè)，這也提升了IP在設(shè)計(jì)行業(yè)營收中的占比。目前，IP行業(yè)營收占芯片設(shè)計(jì)行業(yè)的4%左右，IBS數(shù)據(jù)顯示，半導(dǎo)體IP市場將從2018年的46億美元增長至2027年的101億美元，年均復(fù)合增長率為9.13%。

圖：不同工藝節(jié)點(diǎn)下芯片所集成的IP數(shù)量? ? ? ? ? ? ? 來源：IBS

不過，從產(chǎn)品類別看，不同的IP增長速度也有差異。IP大致分可分為處理器和微控制器類IP、存儲(chǔ)器類IP、外設(shè)及接口類IP、模擬和混合電路類IP、通信類IP、圖像和媒體類IP。其中處理和微控制器IP是目前全球最大的IP產(chǎn)品種類，市占率超過50%，代表性供應(yīng)商主要有ARM、Imagination和CEVA；接口IP發(fā)展?jié)摿ψ畲?，代表性供?yīng)商主要有Synopsys和Cadence。

表：IP相關(guān)屬性及應(yīng)用分類? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?來源：與非網(wǎng)

IBS的數(shù)據(jù)顯示，處理器IP市場預(yù)計(jì)在2027年達(dá)到62.55億美元，2018年為26.20億美元，年均復(fù)合增長率為10.15%；數(shù)?；旌螴P市場預(yù)計(jì)在2027年達(dá)到13.32億美元，2018年為7.25億美元，年均復(fù)合增長率為6.99%；射頻IP市場預(yù)計(jì)在2027年達(dá)到11.24億美元，2018年為5.42億美元，年均復(fù)合增長率為8.44%。

IPnest的數(shù)據(jù)則顯示，從現(xiàn)在到2025年，接口IP將保持極高的增長率，接口IP供應(yīng)商在2020年的收入總額為10.68億美元，而2019年這個(gè)數(shù)據(jù)為872美元，同比增長率為22.4%。從市場區(qū)域看，目前亞太地區(qū)占據(jù)全球最大的半導(dǎo)體IP市場，并且有望成為全球增長最快的地區(qū)。從最終應(yīng)用來看，消費(fèi)電子領(lǐng)域在全球半導(dǎo)體IP市場中占有最高份額，未來，增速最快的是汽車領(lǐng)域。

圖：截止2019年全球IP市場中各類產(chǎn)品占比? ? 來源：IPnest

中國半導(dǎo)體IP產(chǎn)業(yè)情況

由于高技術(shù)門檻，一直以來，半導(dǎo)體IP行業(yè)是一個(gè)集中度很高的領(lǐng)域。最近十年來，這一格局依然保持不變——在移動(dòng)設(shè)備處理器領(lǐng)域，ARM占據(jù)第一，擁有超過四成市場份額，幾乎壟斷；Synopsys憑借EDA工具以及較全面的產(chǎn)品線占據(jù)第二，在接口芯片領(lǐng)域份額第一。其余如CEVA、Cadence等也長期位居前十。

表：2019年全球IP供應(yīng)商市占率排名? ? ? ? ? ? ? ? ? ?來源：IPnest

從上表可以發(fā)現(xiàn)，一家中國公司VeriSilicon（芯原微電子）已位列其七，這說明中國的半導(dǎo)體IP產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開始發(fā)揮影響。首要原因在于全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，促使中國半導(dǎo)體市場逐漸進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期，產(chǎn)業(yè)生態(tài)開始同步建立。2019年中國半導(dǎo)體市場規(guī)模占全球52.93%，近十年來年復(fù)合增長率超10%，IC設(shè)計(jì)行業(yè)年復(fù)合增長率更是高達(dá)25.5%。2020年，國內(nèi)的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)達(dá)到2218家，同比增加了438家，數(shù)量增長了24.6%；IC設(shè)計(jì)業(yè)年銷售收入達(dá)到3900億元，新增2600億元，年復(fù)合增長率達(dá)到25.9%。

雖然國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)公司的增長加大了對IP的需求，但目前本土IP產(chǎn)業(yè)的規(guī)模并不大。以最具代表性的芯原微電子為例，2020年，該公司營收15億元，同比增長12.4%，僅占全球1.8%的市場份額。

圖：中國半導(dǎo)體IP全球市占率不到1%? ? ? ? ? ? ? ? ? 來源：Gartner

據(jù)與非網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，目前，國內(nèi)IP供應(yīng)商（限以IP產(chǎn)品為主）約為17家，從城市分布看，北京3家，上海5家，成都2家，珠海1家，深圳、廣州、合肥、武漢、湖州、香港各1家，對比2020年中國IC設(shè)計(jì)業(yè)規(guī)模最大的十個(gè)城市（按IC銷售額排名：深圳、上海、北京、杭州、無錫、西安、南京、武漢、珠海、蘇州），以及設(shè)計(jì)公司增速最高的十個(gè)城市（重慶、南京、杭州、蘇州、西安、上海、長沙、天津、武漢、無錫），重合度與前者較高，顯示出IP產(chǎn)業(yè)和設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)規(guī)模集中度存在較高的關(guān)系，這一點(diǎn)比照2020年中國十大IC設(shè)計(jì)企業(yè)的區(qū)域分布（珠三角3家，長三有6家，京津環(huán)渤海1家）也能得出。

圖：中國半導(dǎo)體IP企業(yè)城市分布? ? ? ? ? 來源：與非網(wǎng)

雖然目前規(guī)模有限，不過就產(chǎn)品種類而言，國內(nèi)半導(dǎo)體IP已經(jīng)覆蓋處理器和微控制器、存儲(chǔ)器、外設(shè)及接口、模擬和混合電路、通信、圖像和媒體等各類IP。

圖：中國半導(dǎo)體IP企業(yè)產(chǎn)品類別? ? ?來源：與非網(wǎng)

結(jié)論

雖然，就全球市場而言，目前中國半導(dǎo)體IP產(chǎn)業(yè)在總體的規(guī)模上還比較小，但未來發(fā)展可期。與非網(wǎng)認(rèn)為，其推動(dòng)力主要來自以下四個(gè)方面：

市場規(guī)模的擴(kuò)張：中國半導(dǎo)體市場規(guī)模在2019年達(dá)到2122億美元，占全球市場的52.93%。預(yù)計(jì)到2030年，市場規(guī)模將達(dá)到6212億美元，將占全球市場59.01%，其市場年均復(fù)合增長率達(dá)10.26%。2018年，中國半導(dǎo)體市場的自給率為12.2%，預(yù)計(jì)2027年將達(dá)到31.2%。此外，在全球市場，中國廠商占10%以上市場份額的集中在少數(shù)幾個(gè)領(lǐng)域，而諸如DRAM、Server、PC、車規(guī)芯片、GPU、MEMS Sensor和FPGA這些重要領(lǐng)域，基本上都在1%以下，未來十年，這些領(lǐng)域提供了巨大的增量空間。

圖：未來十年中國自主芯片增量空間巨大? ? ? ? ? ? 來源：Gartner

設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展：過去十年，中國IC設(shè)計(jì)行業(yè)的年復(fù)合增長率達(dá)到25.5%，遠(yuǎn)高于世界平均水平10.03%，設(shè)計(jì)公司數(shù)量近五年復(fù)合增長率高達(dá)24.71%，規(guī)劃中的設(shè)計(jì)項(xiàng)目數(shù)量增速也顯著高于全球其他地區(qū)。另外，中國IC制造產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)入一個(gè)上升拐點(diǎn)，未來幾年也將推動(dòng)本土上游芯片設(shè)計(jì)有關(guān)制造工藝IP的發(fā)展。

新興市場帶動(dòng)芯片設(shè)計(jì)需求：中國已經(jīng)明確新基建的發(fā)展戰(zhàn)略方向，圍繞5G、自動(dòng)駕駛、人工智能和智能制造等領(lǐng)域展開布局，國內(nèi)半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)環(huán)境也正在快速升級(jí)，芯片設(shè)計(jì)國產(chǎn)化進(jìn)程加快，一些專用IP替代通用IP等趨勢，也為國內(nèi)半導(dǎo)體IP公司提供了機(jī)遇。

圖：2010年（左）和2020年（右）市場對IP需求的變化 來源：IPnest

技術(shù)升級(jí)新增需求：新晶體管結(jié)構(gòu)（FinFET/FD-SOI）、Chiplet和開放指令集（如RISC-V）等新技術(shù)的出現(xiàn)，增加了芯片設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，原來對IP后來者至為關(guān)鍵的生態(tài)及相關(guān)兼容性的壁壘，在一些領(lǐng)域已經(jīng)被IP本身的性能、易用性、產(chǎn)品線全面性、服務(wù)質(zhì)量等因素打破，為本土后來者提供了差異化競爭的機(jī)會(huì)。