AI浪潮驅動 半導體IP行業新變數

前不久，小米正式發佈旗下首款3nm工藝的SoC玄戒O1，採用了半導體IP公司Arm提供的CPU和GPU等IP作爲架構支持，在此基礎上進行後端和系統級設計。

這也是目前大部分芯片在設計時都採用的研發模式。假如把設計一顆芯片比喻爲蓋房子，半導體IP公司提供的就是磚塊和基礎框架，根據這些基本材料，設計廠商再結合產品需要進行管道和線路設計、軟裝定義等工作。

本輪AI浪潮下，半導體IP行業正迎來新的變數。專業機構IPnest調研顯示，2024年全球前四大半導體IP廠商的市場集中度從前一年的72%提升到75%，但各自增速不盡相同。其中排名第一的Arm在近9年時間整體業績增速爲124%，排在第二和第三位的Synopsys（新思科技）和Cadence（楷登電子）增速均超過300%。

這是因爲，在當前計算加速時代，AI對於高速IP接口的需求指數級提升，其數量遠高於CPU這類核心計算元件的量級。

除此之外，半導體IP行業隨着對下游不同市場的持續擴展，以及摩爾定律放緩趨勢下尋求新的技術話語權，而正走向新的競爭階段。

增速分化

作爲半導體行業的上游，半導體IP行業雖然整體規模並不大，卻是能夠撬動數千億美元級芯片市場的關鍵。

例如根據Arm官方發佈的信息，其爲玄戒O1提供了Armv9.2 Cortex CPU集羣IP、Arm Immortalis GPU IP以及CoreLink互連繫統IP。

小米方面也發佈迴應稱，玄戒O1是小米玄戒團隊歷時四年多自主研發設計的3nm旗艦SoC，其中基於Arm最新的CPU、GPU標準IP授權，但多核及訪存系統級設計、後端物理實現完全由玄戒團隊自主設計完成，並非網傳採用Arm提供的完整解決方案。

Arm此前曾在公開場合表示，其CSS方案本質上是爲不同細分市場的合作伙伴提供計算子系統，幫助他們有效提升性能、降低成本，並加快產品上市週期。但CSS是標準化產品，而非定製化業務，Arm的主要業務仍然是提供標準化的平臺解決方案。

這側面顯示出該行業並不會有太高的整體規模，但依然維持了較高增速。

根據IPnest統計，2024年半導體設計IP市場的總規模爲85億美元，同比增速20%爲歷史最高。過去一年來，頭部四家公司的整體業績成長性多在25%左右，因此推動了其產業集中度進一步提升。

當然，不同的行業分佈讓公司之間的成長性有所差異。IPnest指出，在過去九年來，半導體IP市場整體成長了145%，但排名第一的Arm共成長124%，排在第二和第三的新思科技和楷登電子分別成長了326%和321%。

如果從授權許可（license）口徑計算，2024年新思科技的市場份額（32%）甚至略高於Arm（30%）；從特許權使用費（royalty）口徑看，則Arm以66.7%的份額遠高於排在後列的廠商。

IPnest CEO Eric Esteve告訴21世紀經濟報道記者，2024年在授權收入方面，Synopsys超過Arm，可以從兩個方面分析背後原因。

一方面是結構性原因，“它反映了新思科技遵循‘一站式服務’理念構建IP組合的質量。新思科技雖然看起來在處理器領域存在弱點，但在幾乎所有其他領域，如物理、有線接口和數字領域，它都是領先者。”他進一步指出。

舉例來說，如果深入研究有線接口領域並按協議來看，新思科技在USB（77%份額，後同）、PCIe（67%）、DDR內存控制器（58%）、SerDes（42%）、UCIe（44%）或MIPI（74%）方面都擁有領先的市場份額。

另一方面是推測性原因，Eric Esteve向記者進一步指出，自2020年開始，有線接口領域就成爲半導體IP行業增長最爲迅速的細分類別，其複合年增長率超過20%，且預計未來五年仍將保持這一趨勢。

“這與人工智能的廣泛應用密切相關。”他分析道，因爲高性能計算（HPC）應用需要在先進技術節點上使用高端互連。如果觀察Arm、Synopsys和Cadence在過去九年間各自的複合年增長率，分別爲10.6%、19.9%和19.7%，這充分印證了，後兩者的定位極大促成了其高成長性的結果。

據IPnest統計，2024年，有線接口的設計IP細分市場年增速23.5%，處理器類別則增長22.4%。

TechInsights首席半導體市場分析師Eric Balossier則從公司發展歷程角度對21世紀經濟報道記者展開分析。他指出，Synopsys近些年來一直在開展收購行動，衆多收購動作推動了其增長，這種外延式擴張帶來的成長，會比內生有機增長帶來的成長性更爲顯著。

“自2016年以來，新思科技已完成74項收購，在過去三年中平均每年進行兩項收購。這種策略爲公司帶來了廣泛的IP，包括接口IP，其增長速度超過了所有其他IP類別，包括CPU IP。”他分析道，而Arm在CPU IP市場中的滲透率非常高，這一定程度限制了其在終端市場的整體增長表現。

不過，Eric Balossier補充分析道，Arm正在憑藉個人電腦和數據中心市場的新機遇推進發展，此外還在提高新許可證價格或提供整套解決方案（CSS）來提高價值。

21世紀經濟報道記者發現，在此前的業績交流會上，Arm高管就曾提到，採用新一代v9架構的總專利使用費組合會比v8架構高，其推出的CSS計算子系統解決方案也將推動特許權使用費（royalty）業務收入增長。

AI驅動擴張

正是由於IP行業整體規模較小，這讓產業內公司都在尋求差異化的商業模式，以獲取更高成長空間。

典型如新思科技和楷登電子，不僅是IP廠商，更是EDA龍頭，是典型的EDA+IP組合式商業模式。而Arm雖然以純IP模式爲主，但近些年來也在尋求提供CSS這類標準化解決方案，進而幫助加快芯片設計公司的產品上市速度，來擴大成長性。

借力外延式擴張也是不可忽視的視角，在AI浪潮下，這一趨勢可能會延續。近日就有市場消息指出，Arm和高通都有收購SerDes巨頭Alphawave的意願，Alphawave恰恰是半導體IP行業排名第四的公司。

雖然該收購動作並未得到公司方面公開確認，但可以以此爲切口，觀察IP廠商的未來擴展路徑。

Eric Esteve向記者分析，Arm的商業模式並非僅圍繞CPU IP及GPU IP。“自1999年收購Artisan以來，Arm的商業模式由被稱爲基礎IP的內存編譯器和I/O庫、系統IP以及安全IP共同構成。2025年，Arm將這些基礎IP出售給了Cadence，這一行爲表明，Arm並不想模仿Synopsys的‘一站式服務’模式。”

至於Alphawave可能給Arm帶來的加持作用，Eric Esteve續稱，由於SerDes（串行器/解串器）對於構建基於以太網、PCIe、CXL或UCIe等協議構建頂級的互連能力至關重要，像Alphawave這樣的公司在高端接口IP領域處於領先地位，其可以滿足構建高性能計算應用（如AI系統）的需求。

由此可以看到兩種截然不同的方案。他分析道，第一種是，Arm通過提供Alphawave的IP和chiplets（芯粒）方案進軍人工智能市場，如今可爲其至少增加3億美元年收入，到2028年這一數字將增至10億美元。

第二種方案是，Arm希望通過完善自身技術能力來開發AI系統，並以此與超威半導體（AMD）和英偉達（Nvidia）展開競爭。“這將是一種徹底的商業模式變革，但該公司最近已就此類變革進行了溝通，通過在IP基礎上提供集成電路（IC）方案，這可能使Arm的收入從數十億美元提升至數百億美元。”Eric Esteve進一步指出。

Eric Balossier也告訴21世紀經濟報道記者，擁有領先的SerDes IP，將有助於Arm憑藉其產品打入高性能通信和數據中心繫統級芯片（SoC）設計領域的客戶市場（無論是通過IP子系統，還是通過推進其商業模式來服務定製化芯片設計）；此外，這將爲高性能通信和其他前沿市場提供更廣泛的IP組合。

從行業趨勢看，他指出，IP領域既呈現出整合態勢，又高度分散。對於計算和先進封裝相關的高需求IP領域，行業間整合可能會持續；而像英特爾這樣的成熟計算機公司，可能退出一些非核心業務，其戰略也可能推動對IP組合的更廣泛收購；當然也可能面臨來自其他公司的競爭，比如英偉達最近宣佈將向第三方授權其NVLink互連IP等。

模式競賽

不過奇怪的是，在本輪AI浪潮中，主力產品爲GPU IP的公司Imagination Technologies（簡稱IMG）似乎並未能借力獲得市場份額的快速提升。

IPnest統計，2024年IMG以1.6%的市場份額位居全球第六位，年收入增速反而下滑了10%。

Eric Esteve分析道，回想十年前，IMG在GPU IP領域排名第一，並與CPU領域排名第一的Arm在手機市場展開競爭。同時，IMG在CPU IP方面進行了幾次嘗試但均未成功，先是與MIPS合作，後來又嘗試RISC-V，Arm則成功開發了端側GPU IP成爲市場領導者。IMG與重要客戶蘋果的合作經歷頗爲波折，後者一度試圖擺脫其作爲供應商，不過最終未果。

“如今，IMG迎來蓬勃的發展機會：該市場需要藉助IMG提供的GPU IP解決方案來與AMD和英偉達競爭。但考慮到這兩個競爭對手在GPU領域深耕多年，這絕非易事。”他續稱，IP市場競爭極爲激烈，要想成功，必須推出具有突破性的技術解決方案。

Eric Balossier也向記者指出，IMG面臨着來自英偉達、AMD和Arm等老牌競爭對手的激烈競爭。不過，近期IMG新發布的E系列產品非常引人關注。

“值得注意的是，所有主要IP供應商都在提供可集成到微控制器（MCU）或片上系統（SoC）中，用於邊緣人工智能的神經網絡處理器NPU IP，包括Arm、新思科技、楷登電子、Ceva及幾家初創公司。這使得邊緣市場的NPU IP供應商過多，而客戶不足，這讓IMG在拓展AI市場機會時面臨阻礙。”他進一步分析道。

對於IP行業的未來整合走向，Eric Esteve表示，下一步可能將走向尋求商業模式改變，允許IP供應商設計IC產品，也可能只是設計chiplet這類小芯片。“半導體IP市場的整體規模略低於100億美元，在2024年爲84億美元，而銷售chiplet或IC，可能是突破100億美元上限的唯一途徑。”