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本文來自格隆匯專欄：半導體行業觀察；作者： 李晨光

半導體IP大家都不陌生，即經過驗證的可重用的芯片設計模塊，和EDA一樣是芯片產業的上游核心技術，IP開發和複用技術極大促進了芯片設計業的快速發展。

從市場價值來看，當前全球半導體IP市場規模約為50億美元，但卻撬動着6000億美元的半導體產業不斷演進，並賦能1.4萬億的電子信息製造業持續發展。

可見，半導體IP的價值和作用極為重要。毫不誇張地講，在全球半導體產業這座金字塔上，IP處於價值鏈的最頂端。

接口IP有望登頂？

近日，半導體IP研究機構IPnest發佈了“設計IP報吿”，報吿顯示，2022年設計IP市場規模達到66.7億美元，同比增長了20.2%。相比之下，2021年增速為19.4%，2020年的增速是16.7%，半導體IP市場增速保持提升勢頭。

IPnest預計，到2025年半導體IP市場規模將超過100億美元，2021-2026年的複合年增長率為16.7%。

從ToP 10名單來看，對於大多數IP供應商來説，2022年設計IP的主要趨勢是非常積極的。其中，Synopsys、Alphawave和Rambus在2022年的增速再次證實了有線接口IP類別（增長26.8%）的市場張力。

從IP類別來看，2017-2022年間，接口IP市場份額佔比從18%增長到了24.9%；而如CPU、GPU和DSP等處理器IP的複合年增長率從 57.6% 下降到49.5%；物理和數字IP這兩類幾乎保持不變。

可以理解為，接口IP的重要性在日益增長，且正在搶奪處理器IP的市場份額，成為了最具發展潛力的IP品類。

過去十多年來，智能手機是推動IP行業前進的強大動力，在這個過程當中，處理器IP受益最大，迅速成長為全球最大的IP種類。

近年來，以數據為中心為代表的HPC市場蓬勃發展，以及異構計算的興起，各個組成部分之間的連接需求愈加迫切，傳統方法和技術已經難以滿足這麼多數量、這麼高速度連接的要求。對DDR內存控制器（DDR5，LPDDR5，HBM），PCIe、CXL和以太網/ SerDes提出了更多需求，有線接口IP成為了新的增長引擎，現已成為市佔率第二的IP種類。

據IPnest預測，2025年接口IP市佔率有望超過CPU，成為排名第一的IP品類。

從具體分類來看，接口IP分為有線接口IP和無線接口IP，有線接口IP包括USB、PCIe、DDR、SATA、D2D等，應用較多的為USB、DDR、PCIe、MIPI和以太網IP；無線接口IP主要包括藍牙、Zigbee、Thread等。未來接口IP市場增量將主要來自與數據中心關聯度較高的PCIe IP、DDR IP以及以太網、SerDes 、D2D等。

有數據統計，PCIe、DDR、以太網和D2D這四類接口IP預計將在2022-2026年期間以27%的複合年增長率增長。如果只考慮高端接口，2021-2026年這4大接口IP的全球複合年增長率將達到75%。

2021-2026年按收入劃分的4大接口IP

除了上述推動因素外，近期大熱的大模型和AIGC也正在催生接口IP的市場需求，比如大模型的訓練需要大量的GPU，據透露，ChatGPT的訓練就使用了1萬張英偉達的高端GPU，這些大量的GPU需要集羣在一起去訓練。

同時，AI訓練、推理所面對的數據量指數增長，使得無論單服務器中多GPU、CPU間C2C通信，還是在多服務器間組網，數據傳輸總體都呈現出高帶寬、低延遲的技術需求，這對於IO吞吐的要求也會更高，對高速接口IP帶來了多方面影響：

加速產品迭代，提高IO接口的性能需求

拓寬IO接口的需求範圍

計算芯片廠商對接口IP定製化的需求增加，以提升自己芯片的性能

另一方面，隨着Chiplet市場的升温，把芯片切分成不同的小芯片並互聯，也進一步推動了相關接口IP市場的新需求，特別是在佈局Chiplet的D2D接口方面。有數據顯示，Chiplet互聯接口IP的發展時間雖然較短，但其增速迅猛，預計從2021年到2026年，年複合增長率會高達50%。至2026年，全球產值將達3.2億美元。

綜合來看，接口IP在諸多市場應用推動下，正迎來快速發展。IPnest預測，2026年接口IP的市場規模將達到30億美元。

技術差距下，國產接口IP廠商機會何在？

上文提到，半導體IP市場在2021-2026年的複合年增長率為16.7%，而中國市場增長率更高，雖然接口IP市場前景廣闊、增長迅速，但中國市場自給率卻不足10%，主要市場被Synopsys、Alphawave、Rambus等IP廠商佔據。

業內人士向筆者表示，國內各類接口標準依舊跟隨國際主流的國際協議，Synopsys、Alphawave、Rambus等廠家依賴先發優勢和在各自擅長接口的主導地位，對於標準的建立和改進擁有巨大的影響力。

據瞭解，Synopsys在高性能SerDes市場佔有55.6%的份額，而該類IP是有線高速互連市場的重要支柱，Synopsys支持幾乎所有協議（USB、PCIe、以太網、SATA、HDMI、MIPI、DDR 內存控制器等），並在每個協議IP市場都處於領先地位。

而創建於2017年的Alphawave在IP領域已經排到了第四位，顯示了高性能SerDes IP對於當下以數據中心應用為主要市場驅動力的重要性。目前，Alphawave是台積電、三星和英特爾IFS等頂級晶圓代工廠7nm、5nm和3nm所需的PAM4 112G SerDes IP的重要供應商。

尤為值得關注的是，3nm工藝平台對於開發新一代高性能芯片至關重要，這些芯片需要應對AI生成數據的指數增長，並實現更高的性能、增強的內存和I/O帶寬以及降低功耗。這也是當前Alphawave產品組合中性能最高的SerDes，在3nm工藝上將為未來高性能AI系統的開發鋪平道路。近日，在加利福尼亞州聖克拉拉舉行的台積電北美研討會上，Alphawave基於台積電3nm工藝、具有112G以太網和PCIe 6.0 IP的硅平台將進行業界首次現場演示。

有觀點表示，Alphawave在正確的時間出現在了正確的地方，再加上該公司團隊在SerDes設計方面長期的經驗積累，才取得了這樣的業績。

Rambus則面向數據中心的發展訴求，提供一系列解決方案，包括業界領先的內存接口芯片；業界一流的HBM和GDDR6等內存子系統IP方案；支持PCIe 6.0/5.0、CXL 3.0/2.0接口子系統IP方案；以及支持數據中心、服務器中靜態數據、動態數據的加密，實現硬件級的安全IP方案。這些產品和方案極大助力數據中心的應用需求，比如企業級的內存條、AI加速芯片、智能網卡、網絡交換機、內存擴展和池化等。

針對高性能SerDes IP，Marvell日前也在3nm節點上成功展示了其先進的半導體互連技術，在台積電的3nm節點上實施了其122G XSR SerDes、Long Reach SerDes、PICe Gen 6 SerDes和240 Tbps並行芯片到芯片互連。

實際上，早在2020年Marvell就發佈了業界首款用於數據中心的112G 5nm SerDes，本次在3nm節點的成果是其為未來計算基礎設施開發高性能芯片間互連所做努力的一部分。據Marvell稱，轉向3nm節點將幫助該公司為Chiplet、定製ASIC、以太網物理層設備等應用解鎖更低功耗和更高性能的互連。

對於海外IP廠商在接口IP上的先進佈局和優勢，國內某IP廠商向筆者表示，這些半導體IP大廠之所以能夠取得市場優勢，源自於其緊跟世界最先進設計的需求，可以隨着國際頭部芯片設計和製造公司的工藝演進，在先進工藝製程下往往沒有充分競爭，芯片協同驗證和大規模的量產經驗進一步形成壁壘。

此外，通過收併購也是海外廠商提升自身競爭力的核心要素。以Alphawave為例，其在以Serdes起步之後，通過收購Openfive, Banias Lab等一系列公司不斷擴大自己的產品線。目前已完成了Serdes、PCIe/CXL、D2D、HBM3、LPDDR4X/5等數據中心芯片公司所需IP的全覆蓋，其發展速度和經驗值得國內同仁學習。

因此，面對接口IP市場的急速膨脹以及外部環境刺激，國產替代風潮來襲，一批國產新勢力湧現出來。

縱觀國內市場，接口相關IP設計企業數量正在高速增長，本土IP種類覆蓋逐漸齊全。在新開IC項目數量高速增長之下，眾多應用對接口IP有着極大需求，勇於“吃螃蟹”的本土設計公司逐漸增多，但國產在接口IP上仍要面臨國際大廠壟斷格局以及本土企業同質化競爭逐漸浮現的挑戰。

一方面，國內的高速接口IP方案供應商在製程、投入等方面仍處於追趕者的位置；另一方面，國內IP市場破局在設計上極具挑戰性，缺少持續迭代的機會。

此外，國內在接口IP方面還面臨人才缺乏和設計經驗不足的問題。設計接口IP是一個多學科的綜合考量點，而且需要有很強的經營積累的過程。同時，在高速接口上，相關EDA工具上也較為貧乏。

寫在最後

儘管國內IP產業已經取得了不錯的進展，但面臨國外廠商主導90%市場份額的嚴峻現狀，國內廠商仍需持續投入發力突圍，需要進一步沉下心來，不甘寂寞地專注於高端，特別是高速接口IP的研發。

因為接口IP作為半導體底層核心技術，門檻頗高，只有通過企業長期的技術積累與持續創新，才能打磨出更高性能、更低功耗的IP產品；此外，各類高速總線協議標準的快速演進和半導體工藝的持續升級也為IP產品研發帶來了不小的挑戰，IP企業需要緊密跟隨芯片廠商及代工廠的製造工藝，快速推出新的、滿足市場需求的IP產品。

除了以上幾方面外，國內IP廠商背靠巨大的本土市場，可以通過定製化服務和技術支持優勢來縮小差距，在一些對於產品生命週期比較長，產品性能要求無需緊跟芯片工藝發展，對於後來者友善的領域發力。

其次面對國際大廠品牌和技術背書的優勢下，客户更傾向於和大廠合作以保證一次性流片成功，國內IP企業可以在新興的應用領域中注重品牌形象的建設和提升。最後在服務質量方面，注重提高在售後服務、技術支持等方面的服務質量，提升客户滿意度和忠誠度。

歸根結底，國產接口IP廠商還是要不斷打磨產品性能，進行技術創新，同時尋找差異化的定位和優勢，縮短與行業大廠的差距，提升本土IP產業硬實力。

在宏觀世界，萬物互聯已經成為全球IT產業的共識，而在集成電路層面，一個微觀的“萬物互聯”世界正在形成，異構集成、Chiplet、先進封裝以及各類新應用的發展，都使得芯片組成部分數量不斷增加，各個組成部分之間的連接需求愈加迫切，傳統方法和技術已經難以滿足這麼多數量、這麼高速度連接的要求。

這一趨勢給半導體IP廠商提供了更多的發展機遇，這其中，接口IP成為重中之重。

在這個快速發展的市場，誰能夠看準發展方向，並抓住機遇，只要找對了一個突破口，就有望在較短時間內，實現快速發展，就像前面提到的Alphawave就是抓住了數據中心SerDes發展的機會窗口期，在短時間內市佔率就達到了行業前四的水平。

對於國產IP廠商來説，這也是一個機會。