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IP核
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伍鑫童
伍鑫童·头豹分析师
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行业定义
IP核(Intellectual Property),别名知识产权核,是预先设计、经过验证、可重复使用的芯片设计模块(芯片由芯片设计公司自主设计的电路部分和多个外购的IP核连接构成)。IP核通常属于个人或企业的知识产权,知识产权核因此而得名。不同的IP核具有不同的特定功能,其功能包括:基于处理器运行系统及应用软件、视频图像编码解码、运行算法软件等。可重用设计方法的流行促进IP核的诞生,经过多次验证且可重复使用的外购IP核可减少设计工作量,提升芯片设计的工作效率。IP核属于芯片产业链上游供应商,由于其技术密集度高、采购成本昂贵,是集成电路设计产业的核心产业要素。
AI访谈
行业分类
按照产品类型分类,IP核可分为接口IP核、处理器IP核、物理IP核、模拟IP核等。不同类型的IP核针对芯片的不同功能,接口IP核负责芯片与其他芯片或外接设备的连接,处理器IP核负责运行系统软硬件、图像处理、高性能计算等,物理IP核负责射频、存储等功能,模拟IP核负责模拟芯片的电源管理及信号连接功能。
AI访谈
行业特征
中国IP核行业具有技术壁垒高、国产化率低和细分赛道众多的特点。在技术壁垒方面,IP核研发耗费资金较多且研发周期较长,研发难度及成本投入随着制程工艺的缩小而逐渐增加。在国产化率方面,每年中国进口大量的IP核。全球IP核龙头企业不仅在中国处于垄断地位,在全球也占据较高的市场份额。在细分赛道方面,不同IP核的功能差异导致企业无力涵盖多个IP核品类,因此多数IP核企业采取专业化的经营模式,专注于单个或几个IP核品类的研发。
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发展历程

IP核行业

目前已达到 3个阶段
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行业规模
IP核行业规模
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IP核行业
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竞争格局
中国IP核市场总体呈现以芯原科技为国产厂商龙头,其他IP核供应商在各自领域掌握少数核心技术的竞争格局。
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摘要
IP核(Intellectual Property),别名知识产权核,是预先设计、经过验证、可重复使用的芯片设计模块(芯片由芯片设计公司自主设计的电路部分和多个外购的IP核连接构成)。IP核通常属于个人或企业的知识产权,知识产权核因此而得名。不同的IP核具有不同的特定功能,其功能包括:基于处理器运行系统及应用软件、视频图像编码解码、运行算法软件等。可重用设计方法的流行促进IP核的诞生,经过多次验证且可重复使用的外购IP核可减少设计工作量,提升芯片设计的工作效率。IP核属于芯片产业链上游供应商,由于其技术密集度高、采购成本昂贵,是集成电路设计产业的核心产业要素。IP核行业上游为EDA软件开发工具,IP核是利用EDA工具开发的可重复调用软件包。从事EDA工具开发的代表企业有Synopsys、Cadence和华大九天。中游为IP核授权商,负责将开发出的IP核授权给芯片设计厂商使用从而赚取授权费。代表性IP核授权商包括ARM、Synopsys、芯原科技等。下游为芯片设计商,芯片设计商负责芯片整体的逻辑设计和物理设计,设计厂商将各种IP核模块组合并应用于实际功能中。代表性芯片设计商包括晶圆半导体、高通、苹果等。得益于下游SoC芯片设计行业对IP核的需求增长,中国IP核市场规模从2017年的44.6亿元增长至2022年的144.9亿元,年复合增长率26.6%。未来,中国IP核市场将因为AI市场的需求拉动和芯粒的普及而继续保持增长,预计将从2023年的138.7亿元增长至2027年的249.8亿元,年复合增长率达12.5%。中国IP核市场总体呈现以芯原科技为国产厂商龙头,其他IP核供应商在各自领域掌握少数核心技术的竞争格局。
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IP核是指可重复使用的硬件模块,通常用于集成电路设计中。它们可以是数字电路、模拟电路或混合电路,并且可以包含多个功能模块。IP核通常由芯片制造商、第三方供应商或开源社区提供。 在IP核行业中,有几种常见的定义。其中一种定义是“可编程逻辑器件(FPGA)IP核”,这是指专门为FPGA设计的IP核。这些IP核通常具有高度可定制性和灵活性,可以根据特定的应用程序进行配置和优化。 另一种定义是“ASIC IP核”,这是指专门为应用特定集成电路(ASIC)设计的IP核。这些IP核通常具有更高的性能和更低的功耗,但也需要更长的设计时间和更高的成本。 还有一种定义是“软件IP核”,这是指在软件中实现的IP核。这些IP核通常具有更高的灵活性和可重用性,但也可能会牺牲一些性能。 这些定义之间的区别和差异在于它们所针对的硬件平台、应用场景和设计要求不同。因此,在选择IP核时,需要根据具体的需求来选择最适合的IP核类型。
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IP核(Intellectual Property),别名知识产权核,是预先设计、经过验证、可重复使用的芯片设计模块(芯片由芯片设计公司自主设计的电路部分和多个外购的IP核连接构成)。IP核通常属于个人或企业的知识产权,知识产权核因此而得名。不同的IP核具有不同的特定功能,其功能包括:基于处理器运行系统及应用软件、视频图像编码解码、运行算法软件等。可重用设计方法的流行促进IP核的诞生,经过多次验证且可重复使用的外购IP核可减少设计工作量,提升芯片设计的工作效率。IP核属于芯片产业链上游供应商,由于其技术密集度高、采购成本昂贵,是集成电路设计产业的核心产业要素。
芯片产业链包括芯片设计、晶圆制造、芯片封装、成品测试四个环节。在产业链中有两种商业模式,分别是IDM模式(Integrated Design and Manufacturing)和Fabless(Fabrication+less)模式。IDM模式指企业建立自有生产线,芯片设计、制造、测试等环节全部独立完成的模式。Fabless模式指企业仅负责芯片研发设计的模式,芯片制造由外包晶圆代工厂完成。由于生产线费用高昂,目前仅三星、德州仪器、IBM等少数企业维持IDM模式,其余大部分企业采用Fabless模式。在Fabless模式成为主流后,IP核作为独立的产业开始发展。
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IP核行业可以根据不同的分类标准进行分类,其中最主流的分类标准包括应用领域、技术类型和供应商类型。 1. 应用领域分类 按照应用领域分类,IP核行业可以分为通信、嵌入式、消费电子、汽车电子、工业控制等多个领域。其中,通信领域是IP核行业中最大的应用领域之一,其典型内容包括LTE、5G、WiFi、蓝牙等通信协议的IP核;嵌入式领域则包括微控制器、数字信号处理器、FPGA等IP核;消费电子领域则包括音视频编解码器、图像处理器、人机界面控制器等IP核;汽车电子领域则包括车载网络、驾驶辅助系统、车载娱乐系统等IP核;工业控制领域则包括PLC、工业以太网、机器视觉等IP核。 不同应用领域的IP核具有不同的特点和差异。例如,通信领域的IP核需要具备高速传输、低功耗、低延迟等特点;嵌入式领域的IP核需要具备小尺寸、低功耗、高性能等特点;消费电子领域的IP核需要具备高清晰度、低功耗、低成本等特点;汽车电子领域的IP核需要具备高可靠性、抗干扰、低功耗等特点;工业控制领域的IP核需要具备高可靠性、抗干扰、高精度等特点。 2. 技术类型分类 按照技术类型分类,IP核行业可以分为数字电路、模拟电路、混合信号电路等多个类型。其中,数字电路是IP核行业中最主流的技术类型之一,其典型内容包括逻辑门、存储器、处理器等IP核;模拟电路则包括模拟信号处理器、放大器、滤波器等IP核;混合信号电路则包括ADC、DAC、PLL等IP核。 不同技术类型的IP核具有不同的特点和差异。例如,数字电路的IP核具有高速、低功耗、可编程等特点;模拟电路的IP核具有高精度、低噪声、低失真等特点;混合信号电路的IP核则需要同时具备数字电路和模拟电路的特点。 3. 供应商类型分类 按照供应商类型分类,IP核行业可以分为IP核设计公司、IP核授权公司、IP核服务公司等多个类型。其中,IP核设计公司是IP核行业中最主流的供应商类型之一,其典型内容包括Synopsys、Cadence、ARM等公司;IP核授权公司则包括CAST、Chipidea、MIPS等公司;IP核服务公司则包括TSMC、UMC、GlobalFoundries等公司。 不同供应商类型的IP核具有不同的特点和差异。例如,IP核设计公司的IP核具有高性能、高可靠性、高定制化等特点;IP核授权公司的IP核则更加注重知识产权保护、授权管理等方面;IP核服务公司则更加注重客户需求、生产流程等方面。 综上所述,IP核行业可以根据不同的分类标准进行分类,不
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按照产品类型分类,IP核可分为接口IP核、处理器IP核、物理IP核、模拟IP核等。不同类型的IP核针对芯片的不同功能,接口IP核负责芯片与其他芯片或外接设备的连接,处理器IP核负责运行系统软硬件、图像处理、高性能计算等,物理IP核负责射频、存储等功能,模拟IP核负责模拟芯片的电源管理及信号连接功能。
按照产品类型分类
IP核分类
接口IP核
接口IP核指实现芯片嵌入式CPU访问外设或与外部设备进行通信、数据传输的接口模块。接口IP核多采用外部采购模式,中国接口IP核国产率低,外资接口IP核厂商在中国占有率高达90%。接口IP核种类繁多,包括有线IP核和无线IP核两种。常见的有线IP核包括USB、以太网IP核等,常见的无线IP核包括蓝牙、Zigbee等。有线IP核是主流的接口IP核,占接口IP核整体市场95%的市场份额。目前,中国的接口IP核厂商包括芯动科技、芯耀辉、牛芯、锐成芯微、芯思原等。
处理器IP核
处理器IP核指实现各种微处理器功能的IP核设计模块,具体包括CPU、GPU、DSP和VPU处理器IP核。CPUIP核指中央处理单元,芯片基于CPUIP核运行系统软件或应用软件。CPUIP核是处理器IP核的核心产品,该类IP核技术壁垒和厂商准入门槛较高。目前,全球CPUIP核市场基本由ARM垄断。GPUIP核指数字图形处理单元,芯片基于GPUIP核运行各种游戏、进行高性能计算、实现图形UI界面的渲染和特效。DSPIP核指用于运行运算量较大的算法软件或应用软件,如视频编解码、语音处理等。VPUIP核是视频/图像编码解码单元,该类IP核用于对终端产品上各种格式的视频进行解码和播放。处理器IP核领域的厂商包括ARM、Cadence、Synopsys、国芯科技、芯原科技和寒武纪等。
物理IP核
物理IP核包括射频IP核和数模混合IP核,数模混合IP核是主要的物理IP核。数模混合IP核指既有数字电路又有模拟电路的IP核模块。数模混合IP核种类较多,包括SoC子系统、数据接口、存储等。存储IP核可分为半导体存储、光学存储和磁性存储。不同的存储IP核在读写方式、可编程性和存储方式上具有不用特性,因而适用于不同的存储场景。ARM、Cadence、Synopsys、SST等厂商在物理IP核领域均有所布局。
模拟IP核
模拟IP核指用于模拟芯片的IP核设计模块。模拟芯片可分为电源管理类芯片和信号链芯片,不同的芯片类型对应不用的IP核产品。模拟芯片使用的IP核模块多才采用定制化设计或厂商自主设计,因此通用型的模拟IP核用量较少,在IP核市场占比较小。目前,模拟IP核供应商有Synopsys、MIPS(后被Imagination收购)等。
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AI专家访谈专家访谈
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中国IP核行业是一个快速发展的行业,具有以下三个重要的特征:商业模式、竞争环境和用户画像。 商业模式 中国IP核行业的商业模式主要是基于授权和定制化设计。授权模式是指IP核供应商将自己的技术授权给客户使用,客户可以在自己的芯片中集成这些IP核。定制化设计模式是指IP核供应商根据客户的需求进行定制化设计,以满足客户的特定需求。这两种商业模式都具有一定的优势和劣势。授权模式可以帮助IP核供应商快速扩大市场份额,但是可能会面临盗版和侵权等问题。定制化设计模式可以提高客户的满意度,但是需要更多的时间和资源来满足客户的需求。 竞争环境 中国IP核行业的竞争环境非常激烈。目前,国内外有许多IP核供应商,其中包括Synopsys、Cadence、ARM、Imagination Technologies等知名企业。这些企业都在不断地推出新的产品和技术,以满足客户的需求。此外,还有一些小型的IP核供应商,它们通常专注于某个特定领域或市场细分。这些小型企业通常具有更灵活的商业模式和更快的响应速度,但是它们也面临着资金和人才等方面的挑战。 用户画像 中国IP核行业的用户主要包括芯片设计公司、系统集成商和OEM厂商等。这些用户通常需要使用IP核来设计和生产各种类型的芯片,如手机芯片、汽车芯片、物联网芯片等。这些用户通常具有较高的技术水平和较强的市场竞争力。此外,随着人工智能、5G等新兴技术的发展,中国IP核行业的用户画像也在不断地变化和扩大。 结论 综上所述,中国IP核行业具有多种特征,其中商业模式、竞争环境和用户画像是最为重要的三个维度。商业模式主要是基于授权和定制化设计,竞争环境非常激烈,用户主要包括芯片设计公司、系统集成商和OEM厂商等。这些特征都对中国IP核行业的发展产生了深远的影响。数据来源主要是从相关行业报告、企业年报和公开数据等多个渠道收集整理而来。
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中国IP核行业具有技术壁垒高、国产化率低和细分赛道众多的特点。在技术壁垒方面,IP核研发耗费资金较多且研发周期较长,研发难度及成本投入随着制程工艺的缩小而逐渐增加。在国产化率方面,每年中国进口大量的IP核。全球IP核龙头企业不仅在中国处于垄断地位,在全球也占据较高的市场份额。在细分赛道方面,不同IP核的功能差异导致企业无力涵盖多个IP核品类,因此多数IP核企业采取专业化的经营模式,专注于单个或几个IP核品类的研发。
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IP核行业技术壁垒高
作为芯片的预制模块,IP核研发技术突破难度大,对企业技术创新体系要求较高。
当下芯片行业已处于后摩尔时代,制程工艺的提升空间已逼近极限。芯片制程节点的缩小极大考验IP核的快速移植能力。同时,IP核研发过程中的时间投入和资金投入随着制程工艺的缩小而大幅增加。以130nm制程工艺的芯片开发为例,130nm工艺的芯片所采用的IP核开发平均需要耗费约500万美元的研发资金,耗时超过18个月。而28nm的IP核研发投入接近1,000万美元,且研发周期延长至21个月。制程工艺小导致研发投入变大的主要原因是IP核的研发要在更高集成度的情况下保证芯片性能合格且满足各类市场功能需求。130nm工艺节点的芯片平均需要33个IP核模块(19个数模混合IP核和14个数字IP核),而5nm的芯片平均需要218个IP核(92个数模混合IP核和126个数字IP核)。IP核授权商需要为每次技术更新重新投入研发,可见IP核研发工作对企业研发能力和资金要求较高,并且随着制程节点变小,准入门槛提升。因此,IP核行业的技术壁垒较高。
2
IP核行业国产化率低
中国IP核进口额高昂,国外厂商长期垄断中国IP核市场。
近十年,中国集成电路设计企业每年IP核进口金额超过10亿美元,占全球IP核总进口额比例超过30%。中国芯片设计市场对IP核的大量需求和IP核的低国产化率产生巨大的落差。近十年来,全球前十大IP核供应商格局大体保持稳定,ARM、Synopsys、Cadence作为全球IP核三巨头常年占据全球IP核市场份额60.0%以上。全球前十大IP核供应商中,仅芯原股份一家来自中国大陆,且市场份额常年低于2%。在中国市场,每年超过10亿元的IP核进口额中有约3亿元属于ARM、Synopsys的授权费。不仅如此,国外厂商的垄断地位仍在不断加强。2022年,全球IP核市场CR3达到66.1%(ARM、Synopsys、Cadence),CR10达到80.3%(除芯原股份外,其余9家头部厂商均为国外企业)。早期积累的技术优势帮助头部企业逐渐占据市场,新入局的企业在资金和技术研发方面难以实现突破。当前中国大部分IP核厂商均处于起步阶段,外部压力的倒逼使中国IP核国产替代进程更加紧迫。
3
IP核细分赛道众多
IP核针对芯片的不同使用功能而预先定制,芯片的功能多样化导致IP核种类繁多。
根据产品类型,IP核可大致分为接口IP核、处理器IP核、物理IP核和模拟IP核。但每个IP核种类的分支众多,以处理器IP核为例,主要的处理器IP核包括CPUIP核、GPUIP核、NPUIP核、VPUIP核、DSPIP核和ISPIP核六大类。不同的IP核使用功能不同,除CPUIP核外,其他处理器IP核均为专用性IP核,即针对不同的功能而设计,如DSPIP核用于执行运算量大的算法软件、VPUIP核用于视频编码和解码。IP核研发支出较高,技术突破难度大,不同IP核的功能差异导致企业无法同时覆盖多品类IP核,因此IP核因使用功能不同而细分出众多的赛道。例如,中科寒武纪致力于研发智能处理器IP核、国芯科技致力于研发嵌入式CPUIP核、锐成芯微提供物理IP核解决方案。当前,中国仅少数企业IP核覆盖领域较广,如芯原股份。芯原股份的IP核包括GPU、DSP、VPU等多个类型,业务范围涵盖消费电子、汽车电子、计算机等多个领域。未来,随着中国芯片产业链的国产化进程加速,IP核细分赛道的参与者将逐步增多。
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