【研報】半導體行業專題報告：IP研究框架-20200919（67頁）.pdf

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1、證券研究報告 半導體行業 2020年9月19日 IP研究框架 半導體專題報告 分析師：陳杭執業證書編號：S1220519110008 聯系人：李萌 底層支撐，硬科技深層技術要素。隨著集成電路技術不斷升級，芯片設計復雜程度提升，行 業分工趨于細化，IP應運而生。半導體IP因技術密集度高、知識產權集中、商業價值昂貴， 處于產業鏈頂端。而在半導體領域，越是產業鏈上游，行業集中度就越高，中國與國外的差 距也越大。我們在此前科技行業研究范式中提出，IP作為深層技術要素，是科技發展的 底層源動力，其一舉一動都會對中下游硬件生態帶來巨大影響。 產業機遇，IP行業迎來發展良機。隨著集成電路設計步入SoC時代，

2、單顆芯片可集成 IP 數量 增多，為更多 IP 在 SoC 中實現可復用提供新的空間，從而推動半導體 IP 市場進一步發展。 IBS預計到2027年，IP市場將在以數據為中心的需求推動下到達101億美元。而RISC-V的 CPU指令集架構，因具備自由開放、成本低、功耗低等方面的優勢，受到全球廣泛關注，成 為IP行業全新際遇。 格局解讀，IP行業核心競爭力分析。我們認為IP行業核心競爭力主要來源于以下兩點：1）通 過工藝研發或者并購所產生IP池的豐富度；2）客戶網絡效應所建立的上下游生態體系?；?以上兩點，IP行業護城河極深，目前行業競爭格局高度集中，19年CR10占比高達78.1%，其 中A

3、rm市占率超過40%，市場地位極其穩固，前十大IP廠商中僅第七位芯原股份為大陸廠商 ，市占率僅為1.8%。 亟待突破，國產IP如何破局。芯原股份在全球半導體IP市場份額占比尚不足2%，在關鍵的 CPUIP方面仍待突破，IP已成為中國“缺芯”現狀中同樣非常薄弱的環節。近幾年，國內IP 廠商在技術上已經有了長足的進步，RISC-V仍不失為一次難得的機遇，建議關注國產IP稀缺 標的：芯原股份、寒武紀。 核心要點 目錄 一、IP投資邏輯框架 二、IP：產業鏈頂端，深層技術要素 IP行業成長路徑：進入以數據為中心推動的未來十年 三、IP行業格局及發展趨勢剖析 四、國產IP：亟待突破，曙光已現 IP：設計

4、架構的重要組成，芯片設計的“原材料” IP全景圖：四大細分市場，處理器IP占據半壁江山 IP市場格局：高度集中，龍頭企業地位穩固 IP與設計架構：架構設計作為芯片設計的第一步，本質上是實現對于產品要求的初步解釋。隨著集成電路設 計規模的不斷擴大，出現了很多成熟的常用設計模塊，即為IP，現在芯片正向設計，不再是完全從0開始， 都是基于某些成熟的IP，并在此基礎之上進行芯片功能的添加?，F在主流的芯片架構，比如CPU中的Arm架 構、X86架構，都是基于IP設計的。 IP在芯片設計中的核心作用。芯片設計上游主要包括EDA和IP，EDA是作為芯片設計工具和輔助性軟件，IP 作為芯片設計的“原材料”?？?/p>

5、體而言，芯片設計即為通過選取符合要求并實現相關功能的IP，運用EDA工 具將程式碼轉換成實際的電路圖。 芯片設計架構：基于IP IP：設計架構的重要組成，芯片設計的“原材料” IP在芯片設計中的核心作用 設計工具：EDA設計材料：IP 設計成果：芯片電路圖 2019 PC時代，隨著集成電路技術不斷升級，芯片設計復雜程度提升，行業分工趨于細化，IP產業應運而生； MI時代的兩大操作系統及應用開發，都選擇了Arm，半導體IP市場在不斷成長，Arm也成為了全球半導體 行業分工中IP授權的龍頭，2019年市占率超過40%； AIoT時代，受數據中心驅動，市場空間持續打開。另外具備開源生態的指令集RIS

6、C-V，因具備自由開放、 成本低、功耗低等方面的優勢，成為IP行業全新際遇，或將重塑行業格局。 IP行業成長路徑：進入以數據為中心推動的未來十年 19902009 Arm獨立，專 注于處理器架 構的研發 基于Arm架構 處理器出貨超 過1000億顆， 全球超過60 的移動設備中 含有基于Arm 架構的芯片 具備開源生 態的指令集 RISC-V因其 獨特優勢受 到廣泛關注 2008年，半導體IP市場規 模約15億美元 2019年，半導體IP市場 規模約40億美元 2027年，半導體IP市場 規模約101億美元 AIoT時代：蓬勃發展 以數據為中心推動 MI時代：成長 智能手機推動 PC時代：應運

7、而生 行業分工趨于細化 Arm v4版本發布 ，迎來了2G時代 GSM全球化推廣 ，在PC之外的處 理器市場，獲得了 極大的發展 芯片設計日益 復雜，行業分 工細化，IP行 業應用而生 多核技術推 動IP發展， IP在半導體 市場滲透率 進一步提升 集成電路設計步 入 SoC 時代， 進入2020十年， 我們預計將以數 據為中心驅動整 個IP市場的增長 ，IBS，方正證券研究所 ，方正證券研究所整理 處理器IP有線接口IP物理IP數字IP CPU IPGPU IP NPU IPVPU IP DSP IPISP IP USB IP SATA IP HDMI/DP IP 數?；旌螴P 射頻IP基礎

8、設施IP 其他數字IP 存儲器編譯器IP 2019年處理器IP約占 全球IP總市場的51% ，為20.1億美元。 2019年有線接口IP約 占全球IP市場22.1% ，為8.7億美元。 2019年物理IP約占全 球IP總市場的18.8% ，為7.4億美元。 2019年數字IP約占全 球IP總市場的8.1%， 為3.2億美元。 國產廠商 國際龍頭 IP全景圖：四大細分市場，處理器IP占據半壁江山 IP市場格局：高度集中，龍頭企業地位穩固 ，方正證券研究所整理 基本擁有具備總體優勢的豐富IP池 全球IP絕對龍頭，獨一檔，護城河極深 市占率高達40.8% IP行業競爭格局高度集中，19年CR10占比

9、 78.1% 兩家EDA供應商都是定位為“一站式” IP供 應商，通過收購各自細分市場中的中小型供 應商領導者來創建自己的IP產品 市占率分別為18.2%、5.9% 老牌 EDA 廠商在積極擴張 IP 核業務，新興 玩家也在持續加入 部分領軍企業通過專注于細分領域提高自身 競爭優勢，成為細分龍頭 市占率集中在1%-3% 前十大IP廠商中僅排名第7的芯原股份為大 陸廠商，市占率僅為1.8% IP國產化需求迫切 IP作為硬科技發展的深層技術要素，是一個高壁壘行業，護城河極深。我們認為行業內龍頭的核心競爭力主要 來源于以下兩點，也是國產IP廠商未來要努力的方向。 一、通過工藝研發或者并購所產生IP池

10、的豐富度。IP池的深度是打造自身技術護城河的關鍵環節，Arm在IP總 收入方面能保持市場領先地位，因為其IP池所帶來的專利使用費每年超過數十億，大大超過了競爭對手。相比 較下，國內廠商所積累的IP多是依靠并購而來，且在關鍵的中央處理器（CPU）IP方面仍待突破。 二、客戶網絡效應所建立的上下游生態體系。IP公司之間的競爭，除了各家技術上的獨特性，更多還要看建立 生態的能力，Arm能夠成為移動時代王者的核心因素，除了CPU和GPU架構等核心IP，還在于聯合合作伙伴建 立了IP-芯片-應用的一體化生態，從而形成了高壁壘。Arm僅是去年簽署的授權許可協議就達到1767份，近五 年客戶累計超過450個

11、，包括IBM、高通、英偉達、微軟、蘋果等全球知名公司，這為其搭建完善的生態系統供 應鏈提供了基礎。我國的半導體IP份額比重較低，IP公司之間的競爭除了各家技術上的獨特性，更為重要的是 能否建立起一種生態的能力。 IP行業的兩大核心競爭力 Arm核心競爭力 Arm生態體系 2019年研發支出超7億美元 技術授權協議總數將近1800份 授權壟斷95%手機市場 近五年客戶數超450家 行業巨頭均在其中 Arm，方正證券研究所整理 一、IP投資邏輯框架 二、IP：產業鏈頂端，深層技術要素 三、 IP行業格局及發展趨勢剖析 四、國產IP：亟待突破，曙光已現 目錄 IP的源起及發展 IP：硬科技創新的深層

12、要素 IP廠商的運營模式及創收模式 IP的源起及發展。半導體IP是指在集成電路設計中那些通過驗證的、可重復使用的、具有特 定功能的宏模塊，可以移植到不同的半導體工藝中。IP授權的出現源自半導體設計行業的分 工，設計公司無需對芯片每個細節進行設計，通過購買成熟可靠的IP方案，實現某個特定功 能。這種類似“搭積木”的開發模式大大縮短了芯片的設計周期，節約了設計成本，在降低 芯片設計難度的同時提高了芯片的性能及可靠性。 IP：硬科技創新的深層要素。IC設計產業的發展離不開其上游生態鏈的支持，而IP正是集成 電路設計產業鏈的上游關鍵環節。作為上游的上游，IP成為硬科技創新的深層要素。 IP廠商的運營模

13、式及創收模式。半導體IP的運營模式包括：半導體IP授權服務，是指向客戶 單獨提供處理器IP、數?；旌螴P和射頻IP等半導體IP授權業務；一站式芯片定制服務，是指向 客戶提供平臺化的芯片定制方案，充分利用半導體IP資源和研發能力，滿足不同客戶的芯片 定制需求。半導體IP的創收模式包括：前期授權費+版稅，Arm所采取便是收取一次性技術授 權費用和版稅提成。 核心要點 IP的源起：芯片設計日趨復雜，行業分工細化 IP的產生源自芯片設計產業鏈的不斷分工化，是芯片設計知識產權的重要體現，也是半導體 產業鏈下一步升級的重要方向。產業每一輪專業化升級都有其內在的供需原因，且往往是追 求規模成本效應的結果，I

14、P行業的產生和發展也是如此。 隨著集成電路規模越來越大，設計越來越復雜（IC的復雜度以每年55%的速率遞增，而設計 能力每年僅提高21%），設計者的主要任務是在規定的時間周期內完成復雜的設計。而調 用IP能避免重復勞動，大大減輕工程師的負擔，因此使用IP是一個發展趨勢，IP的復用大大 縮短了產品上市時間。 傳統數字電路IP設計環節 RTL 門級網表 版圖GDS 使用中高級語言設計，跳過直接生成 制定頂層的架構和算 法（高級語言設計）， 并進行算法驗證 根據頂層架構 做模塊劃分和微 架構設計優化 根據微架 構設計RTL 根據RTL 進行綜合生 成門級網表 根據門級網 表做布局布線 生成版圖GDS

15、 IP設計的新技術：自動IP生成與傳統數字電路IP設計對比 IP在龍頭廠商帶領下不斷發展 設計公司無需對芯片每個細節進行設計，只需購買成熟可靠的IP方案，就可實現某個特定功 能，龍頭廠商基于客戶不同的設計要求引領著IP行業的發展。 IP產業發展分為兩個階段：一是20世紀80年代中后期至2010年前后，IP開始獨立于設計環 節之外，Arm進入發展階段；二是自2010年開始，智能終端驅動Synopsys、Cadence的IP 業務進入高速發展期。 Cambridge Processing Unit公司創立 公司更名為Acorn Computer Ltd1978年 1979年迎來機遇，但英特爾拒 絕

16、幫助，因此Acorn決 定自己造芯片 1981年 設計出32位6MHz的處 理器，用它做出一臺 RISC指令集的計算機 Acorn RISC Machine 1985年Acorn公司正式改組為 Advanced RISC Machines ，并決定了自己只授權不生 產的商業模式 1990年 Arm更高版本的架 構持續推出 Arm的發展歷程：IP行業初階段 公司成立時間公司總部全球員工數營業額行業地位擴大規模的方式 Synopsys1986美國硅谷13200+$30億全球排名第一的芯片自動化設計解 決方案提供商，全球排名第一的芯 片接口IP供應商 自1986年成立以 來完成80項并購 交易 Ca

17、dence1988美國加州7600左右$21億EDA行業第二廠商，1992年占據 EDA行業龍頭地位，2008年被 Synopsys超越 1982-2020年完成 了62次收購事件 EDA兩大巨頭的發展：IP行業高速發展期 IP：芯片設計的上游關鍵環節 半導體IP（Intellectual Property）是指在集成電路設計中那些通過驗證的、可重復使用的 、具有特定功能的宏模塊，可以移植到不同的半導體工藝中，主要客戶為設計廠商。 集成電路是電子信息產業的基石，而IC設計作為集成電路產業鏈上游，是最具創新的重要環 節，具有高投入、高風險、高產出的特點。IC設計產業的發展離不開其上游生態鏈的支持

18、， 而IP正是集成電路設計產業鏈的上游關鍵環節。 集成電路設計晶圓制造封裝測試 集成電路分立元件光電子傳感器 材料設備 IP及EDA工具 IP位于集成電路產業鏈上游 上游環節 中游環節 下游環節 硬科技即是基于技術的要素創新，整體可被劃分為淺層要素、中層要素和深層要素。在各層 要素中，又被分為無數條細分賽道，單個企業很難做到在同一層要素中實現全棧要素創新。 深層關鍵要素對于淺層及中層要素乃至芯片全產業鏈都是不可或缺的存在。 硬科技縱向全棧要素創新：IP作為深層技術要素 EDA IP材料 設備 深層要素，主要EDA、IP、設備、材料為代表。深層要素的缺失將會為中層要素的 崩塌埋下隱患，使得淺層要

19、素處于空中樓閣的狀態。近年來，美國實體清單、日韓 貿易爭端都說明了要素創新必須實現深層要素的國產化才能實現全棧要素創新。 中層要素，主要以代工制造、封裝測試為代表，是淺層要素 的載體，也是深層要素的集合。相比較淺層要素追逐摩爾定 律，中層要素更需要時間的積累，制程演進推動相關技術持 續突破，不斷拓展要素的技術邊界，實現技術進步。 代 工 制 造 封 裝 測 試 基礎軟件芯片設計 淺層要素，主要以基礎軟件、芯片設計為代表，基礎軟 件具有傳統互聯網行業的特質“平臺+硬件+軟件”。 主要包括了承載終端場景的云平臺，數據庫、操作系統 、應用軟件的軟件群以及服務器、數據中心等硬件設備 。云和芯片設計作為

20、連接應用場景和中層要素的接口。 底層支撐 中層承載 IP發展的必然性：降低開發成本 中國，Imagination，方正證券研究所整理 根據摩爾定律，高性能芯片設計難度不斷加大，且IP極高的技術壁壘導致獨立完成所有芯片IP 設計需要大量資源和成本。對比之下使用經過驗證的IP可以有效降低設計風險和成本。 通常留給設計者完成熱門IC設計的周期一般只有3個月，但IC的復雜度以每年55%的速率遞增 ，設計能力每年僅提高21%，因此，IP的復用可以大大節約時間。 使用IP模塊能縮短芯片設計開發的時間，避免重復勞動，芯片設計公司可以將精力更多地用于 提升核心競爭力的研發中。 成熟的Arm生態系統降低開發成本

21、 28nm系統級芯片開發成本-Arm生態系統價值 總開發成本（百萬美元） 無Arm 生態 有Arm 生態 數據基于一種中等復雜度的 28nm系統級芯片設計 Arm生態系統的價值是基于節 省的工時數的估計 成本是基于分析師數據和Arm 評估得出的估計 不包括潛在的利好因素 -機會損失成本 -EDA許可證/基礎設施成本節約 預估NRE（百萬美元） 無Arm生態 有Arm生態 知識產 權資格 系統級芯 片設計 硬件 驗證 物理 實現 軟件開發 與測試 硅原型硅確認 設計一款處理器 設計周期平均成本 3-4年1-2億美元 采用 IP授權 設計周期減少一半 成本削減到$0.1-0.5億美元 IP核的三種

22、存在形式 三類 IP內核 三種不同的 存在形式 特點 軟核HDL語言形 式 用VHDL等硬件描述語言描述的功能塊，并不涉及用什么具 體電路元件實現這些功能，優點是設計周期短，設計投入少， 布局和布線靈活，缺點是一定程度上使后續工序無法適應整 體設計，性能上也不可能獲得全面的優化，軟核通常以加密 形式提供，實際的 RTL 對用戶不可見。 固核網表形式 對軟核進行了參數化，用戶可通過頭文件或圖形用戶接口 (GUI)方便地對參數進行操作，由于內核的建立(setup)、保 持時間和握手信號都可能是固定的，因此其它電路的設計時 都必須考慮與該內核進行正確地接口。 硬核版圖形式 提供設計階段最終階段產品掩

23、膜，以經過完全的布局布 線的網表形式提供，同時還可以針對特定工藝或購買商進行 功耗和尺寸上的優化，盡管硬核由于缺乏靈活性而可移植性 差，但由于無須提供寄存器轉移級(RTL)文件，因而更易于實 現 IP 保護。 IP核有三種不同的存在形式：HDL語言形式，網表形式、版圖形式，分別對應三類IP內核： 軟核、固核和硬核。 運營模式：一站式芯片定制與半導體IP授權 一站式芯片定制服務是指向客戶提供 平臺化的芯片定制方案，并可以接受 委托完成從芯片設計到晶圓制造、封 裝和測試的全部或部分服務環節，充 分利用半導體IP資源和研發能力，滿 足不同客戶的芯片定制需求，幫助客 戶降低設計風險，縮短設計周期。具

24、體可分為兩個主要環節：芯片設計業 務和芯片量產業務。 半導體IP授權服務是指向客戶單獨提 供處理器IP、數?；旌螴P和射頻IP等 半導體IP授權業務。半導體IP授權業 務主要是將集成電路設計時所需用到 的經過驗證、可重復使用且具備特定 功能的模塊（即半導體IP）授權給客 戶使用，并提供相應的配套軟件。 兩種運營模式之間具有較強的協同 效應，有利于公司技術水平和服務 能力的持續提高。通過互相導入各 自運營模式下的客戶，可以共同促 進公司研發成果的價值最大化。 創收模式：前期授權費+版稅 Arm所采取的是IP授權的商業模式，收取一次性技術授權費用和版稅提成。 具體來說，Arm有三種授權方式：使用層

25、級授權、內核層級授權和架構層級授權。這三個層 級的權限是依次上升的。 使用層級授權是最基本的授權等級，意味著只能用提供的定義好的IP嵌入到設計中，不能更 改IP，也不能借助IP創造基于該IP的封裝產品。內核層級授權指可以以一個內核為基礎然后 再加上自己的外設，不能改變原有設計，但可以根據自己的需要調整產品的頻率、功耗等。 架構層級授權指Arm授權合作廠商使用自己的架構，且可以對ARM架構進行大幅度改造， 甚至可以對ARM指令集進行擴展或縮減，方便其根據自己的需要來設計處理器。 前期授權費的具體金額取決于所購授權技術的復雜程度，一次性付清。版稅則是每個芯片包 含Arm的IP與它相關的專利費，按照

26、每賣出一顆芯片收取售價的1-2%計算。 ，電子發燒友，方正證券研究所 50% 33% 17% 版稅提成 技術授權費 軟件工具及技 術支持費用 Arm的商業模式Arm的營收分布 一、IP投資邏輯框架 二、IP：產業鏈頂端，深層技術要素 三、IP行業格局及發展趨勢剖析 四、國產IP：亟待突破，曙光已現 目錄 以IP復用為基礎的SoC技術 RISC-V：IP發展新際遇 IP全球市場格局及細分市場龍頭 IP全球市場格局及細分市場龍頭。按產品分類，IP可以大致分為處理器IP、有線接口IP、物理 IP和數字IP四大類。其中處理器IP是目前全球最大的IP族群，市占率超過50%，代表性龍頭主 要有Arm、im

27、agination、CEVA；接口IP發展潛力最大，代表性龍頭主要有新思科技和鏗騰 電子。按地區分類，亞太地區占據全球最大的半導體IP市場，并且有望成為全球增長最快的 地區。按應用分類，主要可分為消費電子、電信、工業、汽車、商業和其他，其中消費電子 領域在全球半導體IP市場中占有最高份額，展望未來汽車領域增速最快。 以IP復用為基礎的SoC技術。目前SoC已成為了IC設計的主流。SoC可以充分利用已有的設 計積累，顯著地提高ASIC的設計能力，縮短設計周期，縮小設計能力與IC工藝能力之間的差 距，產業界以IP設計為主的SoC占總數的90%以上。而SoC設計技術的關鍵是IP及其復用技 術，如何利

28、用經過驗證的IP，成功地把IP集成到SoC系統中，是限制設計能力的瓶頸問題。 RISC-V：IP發展新際遇。RISC-V全面開源，且具有全套開源免費的編譯器、開發工具和軟 件開發環境（IDE），允許任何用戶自由修改、擴展，從而能滿足量身定制的需求，大大降低 指令集修改的門檻。隨著物聯網時代的來臨，RISC-V作為新興架構，以其精簡的體量，或許 在未來的IoT領域中能取得一定的優勢。 核心要點 IP作為芯片設計領域的上游要素，市場前景廣泛 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 2013201420152016201720182019 全球集成

29、電路市場規模全球集成電路設計產業市場規模 全球集成電路及設計產業市場規模（億美元） 21世紀隨著個人計算機、手機、液晶電視等消費類電子產品市場滲透率不斷提高，集成電 路行業市場日趨成熟，行業增速逐步放緩。近年在以5G、物聯網、人工智能、云計算等為 主的新興應用領域強勁需求的帶動下，全球集成電路產業恢復快速增長。 中國擁有全球最大的電子產品生產及消費市場，因此對集成電路產生了巨大的需求。未來中 國的集成電路消費將隨著新興產業的進一步發展而持續增加。2015年以前，芯片封測環節 一直是產業鏈中規模占比最高的子行業，而自2016年起，我國集成電路芯片設計環節規模 占比超過芯片封測環節，成為三大環節中

30、占比最高的子行業。 IP作為集成電路設計與開發工作中不可或缺的要素，存在著巨大的市場空間，而在芯片設計 廠商正快速發展的中國更是難得的機遇。 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 201320142015201620172018 中國IC市場規模國產IC規模 中國集成電路市場規模及國產情況（億美元） WSTS，IC Insights，方正證券研究所 IP位于半導體金字塔的頂端 在芯片設計的上游供應鏈中，IP是技術含量最高的的價值節點。 根據IPnest數據 統計，在年均600多億美元的全球芯片研發開支中，IP只占36億美元，雖然占比 只有5%，但

31、其價和影響力卻遠遠超出用金錢衡量的份額。從市場價值來看，IP的 全球市場規模大約40億美元，卻帶領著5000億美元的半導體產業不斷向前發展。 ，制造界，方正證券研究所整理 芯片/集成電路產業金字塔 年產值幾十萬億美元 年產值幾萬億美元 年產值幾千億美元 年產值幾百億美元 年產值約40億美元 IP 半導體設備 半導體制造 電子系統 娛樂、軟件、網絡、電商、傳媒、大數據等 數字經濟 輕設計模式促進IP行業迅速發展 21 世紀起，隨著個人計算機產業向手機產業邁進，終端產品更加復雜多樣，芯片設計難度快速提升，研 發資源和成本持續增加，促使全球半導體產業分工繼續細化，芯片設計產業進一步拆分出半導體 IP

32、 產業 ，而芯片設計服務產業的服務范圍也進一步擴大。隨著智慧物聯網時代的到來，全球半導體產業從韓國、 中國臺灣向中國大陸轉移，即第三次轉移。該次轉移促進了以 Arm、新思科技、鏗騰電子、芯原、創意電 子、智原等為代表的半導體 IP 供應商和芯片設計服務供應商的快速發展。 美國 日本韓國 中國臺灣 存儲格局重塑 晶圓代工崛起 中國 19世紀70 年代中后期 19世紀50年代 2000年后 19世紀70 年代中后期 以設計和封測帶動制 造和設備產業的發展 第一次產業轉移第二次產業轉移第三次產業轉移 全球半導體產業轉移示意圖 Chiplet帶來IP行業新想象力 ，Rambus，方正證券研究所 隨著集

33、成電路技術的不斷發展，芯片設計的復雜度不斷提升。Chiplet（小芯片組）是一種可 平衡計算性能與成本，提高設計靈活度，且提升IP模塊經濟性和復用性的新技術之一。 Chiplet的發展演進為IP供應商，尤其是具有芯片設計能力的IP供應商，拓展了商業靈活性和 發展空間。目前Chiplet已經有少量商業應用，并吸引英特爾和AMD等國際芯片廠商投入相 關研發，在當前SoC遭遇工藝節點和成本瓶頸的情況下有望發展成為一種新的芯片生態。 根據Omdia的數據，在制造過程中使用芯片粒的新器件全球市場規模將在2024年擴大到58 億美元，比2018年的6.45億美元增長了9倍。 Chiplets結構Chipl

34、et全球市場規模（百萬美元） HBM2E HBM2E DRAMDRAM 總處理器芯片總處理器芯片 AI AI 加速器加速器 IOIO系統系統 系統系統& & 存儲存儲 AI AI 加速器加速器 網絡網絡 Rambus Rambus IPIP 半導體IP市場競爭格局演變趨勢 IPnest，方正證券研究所 2007（百萬美元）2017（百萬美元） 排名IP廠商收入市占率IP廠商收入市占率 1Arm(英國)458.933%Arm(英國)1659.948.82% 2 MIPS Technologies（美國） 120.39% Synopsys（美國） 527.615.52% 3Synopsys（美國）

35、99.77%Cadence（美國）159.54.69% 4Imagination Technologies（英國） 50.24% Imagination Technologies（英國） 126.93.73% 5Virage Logic（美國）49.14%Ceva（美國）87.52.57% 6 Rambus（美國）47.03% 芯原股份 （中國大陸） 54.71.61% 7Silicon Image（美國）45.93%Rambus（美國）541.59% 8Faraday Technology （中國臺灣） 37.43%eMemory Tech（中國臺灣）451.32% 9Ceva（美國）33.

36、22%Waves（美國）431.26% 10ARC International（英國）28.92%Achronix（美國）150.44% CR3678.949%CR3234769.03% CR10970.670%CR102773.181.56% 半導體IP市場和其他半導體市場一樣，馬太效應逐漸凸顯。在2007年，全球前十IP供應商的市場總份額只 有70%，Arm的份額也只有33%，CR3還不到50%，但到2017年，市場份額逐漸頂部廠家靠攏，Arm的 市占率已經高達48.82%，同時很多之前存在的公司已經逐漸退出歷史舞臺，全球前三IP供應商則占領了 高達69%的市場份額，市場高度壟斷。 全球半

37、導體IP市場多年來一直掌握在英美國家手里。中國大陸IP廠商芯原股份進入了這一稀缺性價值的賽 道，逐漸發展壯大，成為國內IP市場的領頭羊。 半導體IP市場競爭格局演變趨勢 IPnest，方正證券研究所 2018（百萬美元）2019（百萬美元） 排名IP廠商收入市占率IP廠商收入市占率 1Arm(英國)161043.02%Arm(英國)160840.83% 2 Synopsys（美國）629.816.83%Synopsys（美國）716.918.20% 3Cadence（美國）188.85.04%Cadence（美國）2325.89% 4 Imagination Technologies（英國）

38、124.63.33%SST（美國）1152.92% 5 SST（美國） 104.82.80% Imagination Technologies（英國） 101.12.57% 6Ceva（美國） 77.92.08% Ceva（美國） 87.22.21% 7 芯原股份 （中國大陸） 66.31.77% 芯原股份 （中國大陸） 69.81.77% 8 Achronix（美國） 52.51.40% Achronix（美國） 501.27% 9Rambus（美國）49.91.33%Rambus（美國）48.81.24% 10 eMemory Tech （中國臺灣） 47.91.28% eMemory T

39、ech （中國臺灣） 46.81.19% CR32428.664.89%CR32556.964.92% CR102952.578.89%CR103075.678.10% 2017年到2019年前10廠商的營收占比逐年遞減的，Arm份額也在逐漸遞減，除了SST外，其他廠商的排名變化不 大，說明市場后進入者實力增強，進一步搶奪市場份額，有利于整個產業健康發展。 2017年到2019年前3廠商依舊是Arm (英國) 、Synopsys （美國）和Cadence （美國），IP市場仍然被英美國家 高度壟斷，芯原股份市占率保持穩定，國內的華大九天、橙科微等廠商也在積極布局，IP國產化未來可期。 半導體I

40、P市場參與者：一站式IP供應商VS細分行業龍頭 半導體IP的市場參與者可大致分為兩類：新思科技和Cadence是與EDA工具捆綁型的半導體IP供應商，生 態鏈優勢明顯；其余是在細分領域提供專業的IP核廠商。其中SST憑借著嵌入式非揮發性存儲器異軍突起 ，現在已經排到了全球第四。芯原在全球前七名半導體IP授權供應商中，IP種類的齊備程度也具有較強競 爭力。 各類 IP廠商產品種類對比 ArmSynopsysCadenceSSTImaginationCEVA芯原 中央處理器 數字信號處 理器 圖形處理器 圖像信號處 理器 接口模塊 通用模擬IP 基礎庫 嵌入式非揮 發性存儲器 內存編譯器 射頻IP

41、 周邊IP 全球IP版權收費市場格局 ，智東西，方正證券研究所 半導體IP廠商主要采用IP許可(License)和版稅(Royalty)兩種收費模式。IP許可指的是設計公 司通過支付一筆IP技術授權費，從而可以在設計中使用該IP，屬于一次性收費，價格與IP架 構的復雜度掛鉤，一般在100萬美元到1000萬美元之間；而一旦芯片設計完成并銷售后，設 計公司根據芯片銷售額按一定比例(通常在1%3%之間)支付版稅給IP廠商，屬于長期性收費 ，可以平滑IP廠商的收入波動，還有利于提高客戶的忠誠度。 Synopsys的IP許可市占率30%，行業第一，Arm版權收費上遙遙領先，同時授權收費處于行 業第二。A

42、rm在IP許可和版稅的高市占比確定了其行業絕對龍頭的地位。 30% 25% 8%2% 2% 33% SynopsysARMCadenceCevaRambusothers 2019 年 IP 許可收入市占率情況 others 全球IP版權收費市場格局 按地區分類：亞太地區潛力最大 ，方正證券研究所 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 美洲亞太歐洲 其它 半導體IP市場規模按地區分類（十億美元） 亞太地區增長最快亞太地區增長最快 按照地區分類，亞太地區占據全球最大的半導體IP市場，并且有望成為全球增長最快的地區 。其高速增長的原因有:

43、1）：全球半導體的第二次和第三次轉移都集中在亞太地區，包括日 本、中國大陸，中國臺灣和韓國等，許多主要的IDM將晶圓生產外包給亞洲。2017年至 2020年間全球計劃投產半導體晶圓廠62座，其中43座位于亞太地區，占全球總數的69%， 旺盛的晶圓制造需求將拉動亞太地區半導體IP廠商數量的增加，2017年已有150多家小型IP 供應商和IP公司。2）亞太地區還是電子產品的最高消費地區，其中中國大陸還有全球最大的 半導體消費市場，達到了60%，這使得市場對亞太地區的半導體IP有持續的需求。 按應用領域分類：汽車半導體IP市場潛力最大 ，方正證券研究所 半導體IP的應用領域主要可分為消費電子、電信、

44、工業、汽車、商業和其他。其中消費電子 領域在全球半導體IP市場中占有最高份額，隨著5G手機換機潮的到來以及可穿戴設備需求的 迅速增長，為了追求更加快速，高效和無差錯的性能，多核處理器市場正在迅速增長，這些 多核處理器將擴大未來IP市場規模。 同時受益于汽車行業的數字化轉型，需要更多的處理器來控制和優化汽車操作中幾乎每個系 統。目前高端汽車中使用了大約100個處理器，先進的汽車處理器會越來越多，這對IP市場 貢獻巨大，未來汽車半導體IP市場將會以最高復合年增長率持續增長。 半導體IP市場規模按地區分類（十億美元） 消費電子通信汽車工業商業其他 20172017年年20232023年年 汽車半導體

45、IP市場 未來CAGR最高 按照種類分類：處理器IP份額最高 ，IBS，方正證券研究所 按產品種類分類，IP可以大致分為處理器 IP、有線接口 IP、物理 IP 和數字IP四大類。 處理器IP:用于完成取指令、執行指令，以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作的電路功能模塊，主 要包括CPU IP、GPU IP、NPU IP、VPU IP、DSP IP、ISP IP六大類。2019年處理器IP約占全球IP總市場 的51%，為20.1億美元，是全球最大的IP族群，其中通用型的CPU IP市場規模最大，市占率超過40%。 有線接口IP：集成了基于協議的功能，主要包括USB IP、SATA IP、H

46、DMI/DP IP，2019年有線接口IP約 占全球IP市場22.1%，為8.7億美元，占比較2018年提升2%。 物理IP：用于模擬及混合信號、物理接口、存儲單元的IP，主要包括射頻IP、數?；旌螴P和存儲器編譯器 IP。2019年物理IP約占全球IP總市場的18.8%，為7.4億美元。占比較2018年提升1%。 數字IP：主要包括基礎設施IP和其他數字IP，2019年數字IP約占全球IP總市場的8.1%，為3.2億美元。 2018-2019 年各類 IP占比2018-2027年各類IP市場規模（10億美元） 注：內圈2018年 外圈2019年 處理器IP：全球最大的IP族群 ，各公司官網，

47、方正證券研究所 處理器IP市場是目前全球最大的IP族群。IBS預計在2027年處理器IP達到62.55億美元，2018 年為26.20億美元，年均復合增長率為10.15。處理器IP在預測期內將占據半導體IP市場的 最大份額，它們將被廣泛應用于消費電子、汽車等行業。其中受益于汽車行業正在經歷數字 化轉型，逐步走向數字化。每輛高端汽車大約將采用100個處理器，使汽車行業成為半導體 IP市場中較為廣泛的應用領域，將會推動處理器IP以最高復合年增長率增長。 特點供應商 CPU IP 市場規模最大，市占率超過40%，同時行業壁壘最高，需要形成 IP核-芯片-應用的一體化生態，國內在這方面完全空白 Arm

48、和新思科技。由于Arm在移動時代的龍頭地 位，CPU IP基本被Arm壟斷 GPU IP 不管是智能手機還是平板電腦，圖像、視頻以及游戲等已經成為 最主要的應用內容，這方面的功能主要由圖形處理器(GPU)所承 載。GPU是用戶在CPU之外，定位一款智能手機或電腦的重要標 準 Arm、imagination和芯原。得益于移動CPU市 場的壟斷地位，Arm成為GPU IP的最大提供商。 imagination在GPU市場大約占據三分之一的份 額，2019年推出有史以來最快的GPU IP。芯原 GPU IP（含ISP）市場占有率排名全球前三 NPU IP 神經網絡處理器NPU可通過學習用戶操作、計算

49、任務屬性，做出 相應的預判來彈性調用CPU與GPU的運算能力，未來潛力無限 Arm、寒武紀、芯原。寒武紀研發了國際首個深 度學習專用處理器芯片(NPU) VPU IP VPU IP是一系列視頻解碼器和編碼器半導體IP核，可根據客戶需 求靈活配置產品功能，為視頻監控、多媒體消費類產品、物聯網、 多路高清視頻編解碼能力 Arm、芯原 DSP IP 專為信號處理計算和數據流而優化的專用處理器，廣泛應用于音 頻、語音和無線等領域 Synopsys、Cadence、CEVA、芯原。其中CEVA 排名全球第一，芯原DSP IP的市場占有率排名世 界前三 ISP IP 為移動設備、視頻會議、視頻監控和汽車應用提供圖像信號處理Arm、imagination和芯原 Arm：處理器IP的龍頭 官網，方正證券研究所 得益于移動CPU市場的壟斷地位，Arm成為全球CPU IP和GPU IP的最大提供商。2018年，52.6的智能 手機采用了Arm的GPU(Mali)，99%的智能手機采用了Arm的CPU(Cortex)，而CPU IP和GPU IP占據了 全行業約50%的市場份額，Arm的龍頭地位難