一文读懂 | 2023中国半导体IP行业研究报告

九层之台，起于累土。半导体IP作为半导体产业精细化的结果，其以可复用的模式形成风险共担、利益共享的生态圈，使得用户能专注自身优势价值的创新性，令低成本创新成为可能。近年来半导体国产化的迫切性已是老生常谈，而半导体IP作为半导体产业链上游的关键一环，其自主可控的重要性更是不言自明。本文将介绍中国半导体IP行业发展概况、剖析细分领域特点、推断未来趋势，借此让读者对中国半导体IP行业有更全面、更深刻的认识，助力半导体IP行业发展。

图 1

1、中国半导体IP行业发展概况

概念定义与研究范围

半导体IP （Intellectual Property，知识产权）：通常也称作IP核（IP core），指芯片设计中预先设计、验证好的功能模块，处于半导体产业链最上游，为芯片设计厂商提供设计模块。半导体IP按交付方式可分为软核、硬核和固核；按产品类型可分为处理器IP、接口IP、其他物理IP及其他数字IP。由于其他数字IP无专门厂商，本文主要对前三类半导体IP进行细分分析。

随着半导体行业高度垂直分化发展，半导体IP的用户可分为IDM、晶圆代工厂、Fabless及OSAT四大类型，并广泛落地应用于消费、通信、汽车、 工业、军工航天及数据中心等细分领域。

行业定位：半导体上游产业链的关键环节，产业高度垂直分化发展的必然结果。半导体IP处于半导体上游供应环节，由于性能高、设计复杂、功耗优、成本适中、技术密集度高、知识产权集中、商业价值昂贵，已经逐渐成为芯片设计的核心产业要素和竞争力体现。

IP行业是半导体产业分工精细化的结果。轻设计时代，设计公司通过购买成熟可靠的IP方案，就可以实现某个特定功能。这不仅大大降低了芯片设计的难度与成本，还以可复用的模式形成风险共担、利益共享的生态圈，使得用户能专注自身优势价值的创新性，令低成本创新成为可能。 半导体IP产业链定位

图 2

IP位于芯片设计的上游，虽然在年均600多亿美元的全球芯片研发开支中只占比10%，但是技术含量极高的价值节点。从市场价值来看，IP的全球市场规模大约为60亿美元，却撬动着6000亿美元的半导体产业发展。 

行业驱力：先进制程迭代，芯片设计成本提升，愈加催生IP需求。

摩尔定律下，随着先进制程不断演进及线宽的缩小，芯片中晶体管数量大幅提升，以解决更复杂的功能应用，而复杂的功能应用对IP的数量和性能需求不断快速提升。

先进工艺节点在提高芯片单位面积性能、降低单位成本的同时，也大幅提升了芯片的设计成本和设计风险。为此，芯片设计公司出于降低成本、平摊风险与加速产品上市的考量，更多地使用经过验证的半导体IP。

图 3

IP对芯片设计的作用

1、使芯片设计化繁为简，缩短芯片设计周期，提高复杂芯片设计的成功率。

2、IP开发和IP复用技术使小公司设计大芯片成为可能。

3、使系统整机企业可以设计自己的芯片，提升自主创新能力和整机系统的自主知识产权含量。

4、使芯片设计行业摆脱传统IDM模式， 成为产业链上独立的行业，促进了芯片设计业迅猛发展。

行业驱力：下游市场主导力量更替，数据中心、汽车、AI等为产业带来新增量。

虽然当前半导体产业处于下行周期，但产业本身已进入了继个人电脑和智能手机后的下一个发展周期。下游市场中，在消费终端市场疲软、消费电子类芯片库存堆积的同时，数据中心、汽车、 AI、工业等领域的芯片供不应求。

其中，受新基建、数字化转型与数字中国远景目标等国家政策促进及企业将本增效需求驱动，我国数据中心业务持续高速增长，近三年年均复合增长率达到30.69%，而这需要各式芯片来处理庞大数据；汽车作为IP下游主要应用领域之一，中国汽车智能化趋势将为半导体IP行业在内的汽车产业链各环节带来增量；此外，人工智能的拓展应用也不断催生AI芯片的需求，而AI芯片市场的快速发展也离不开新的相关AI IP核的支撑。

图 4

行业格局：大者恒大，小者独存，IP完备度与生态能力成核心竞争要素。IP行业于90年代开始快速发展，行业主要玩家几经更迭，现格局市场竞争格局渐稳，行业高度集中，CR3与CR10分别高达66.2%和79.3%。

但由于IP核的定制化特性，规模小的公司获得部分细分市场的核心知识产权及应用后，快马加鞭也能在市场占得一席之地，保证其正常的运营能力和持续的盈利能力。

从IP完备度、生态能力及差异化特性三大指标来评估IP厂商。其中，IP完备度越高、生态能力越强，则厂商竞争能力越强；但后发者可以通过聚焦某一细分领域来抓住差异化特性，从而获得竞争优势，后来居上。

2、中国半导体IP市场规模

 根据调研， 半导体IP与以芯片设计为主的下游客户的撬动比值为1：100。经测算2022年中国半导体IP市场规模达119亿元，至2025年预计达198.8亿元，2018-2025年预计年复合增长率为20%，增速超过全球半导体IP市场规模。

虽2022年后半导体产业进入下行周期，但并未对上游IP产生过大波动。一方面因为IP本身的营收模式使得已授权的盈利空间仍然存在，另一方面 诸如汽车、AI、大数据等新兴市场的需求涌现继续抬升IP价值。尤其对于中国市场而言，背靠广阔下游市场以及国产化的自主可控的要求下，中国半导体IP的市场空间广阔。

中国半导体IP行业细分领域分析

 半导体IP衡量要素：技术、量产、服务及抗风险，四大指标构筑IP竞争力。

除去衡量IP厂商的IP完备度、生态能力及差异化特性外，半导体IP衡量要素还涉及四大分析维度：技术能力、量产能力、服务能力及抗风险能力；以及PPA、协议、自研、工艺、产品组合、验证、专业团队、产品生命周期管理、定制化、风险等12个细分指标。

由于国产IP产品品类较少且分布不均，竞争格局尚不明朗，难以进行细化指标评估。总体而言，当前国产IP在自主可控、技术水平、工艺节点覆盖能力、行业标准等方面与国际厂商相比较弱，随着国产化需求推动、背靠本土广阔市场等优势，以及人才水平、技术水平提升，国产IP的发展仍有广阔空间。 

图 5

半导体IP：营收模式成熟，海外以版税为主，国内以授权为主。IP营收模式为前期授权（License）与后期版税（Royalty），前者是将集成电路设计时所需用到的经过验证、可重复使用且具备特定功能的模块（即半导体IP）授权给客户使用，并提供相应的配套软件与技术支持。后者为向客户交付IP时进行一次性收费，为客户完成芯片量产和销售后按费率产生收入，版税收入将依赖于客户搭载IP产品的销量。海外龙头公司均采用收取IP授权费与版税的营收模式，国内半导体IP公司除了采取类似的收入模式外，还基于独立设计IP提供芯片定制服务。

海外龙头公司业务模式成熟、客户稳定，其业务收入主要来源于版税；而国内IP厂商尤其是新兴厂商，进入市场晚，业务收入仍以授权费为主。

图 6

处理器IP

CPU IP占据最大市场份额，海外ARM垄断，国内厂商积极布局。处理器IP指应用于程序控制、语音处理、图形处理、图像信号处理、视频编解码、计算机视觉和神经网络等微处理器的数字IP，主要包括CPU IP、 GPU IP、NPU IP、VPU IP、DSP IP、ISP IP六大类。

处理器 IP 在半导体IP中占据最大市场份额，广泛应用于消费电子、汽车等行业。在其细分子类中CPU IP市场规模最大，同时也具有极高的技术壁 垒与生态壁垒，当前CPU IP市场基本由ARM垄断，其余处理器IP为专用型处理器IP。

受移动市场驱动长期占据最大份额，后续增长曲线将放缓

过去十年中，智能手机/移动手机的井喷式普及使得处理器IP份额得到迅速增长。未来预计处理器IP将继续占据最大市场份额，但占比将逐渐下降。

究其原因，一方面汽车智能化趋势，以及未来对各垂直领域的MPU、MCU、DSP和图形处理单元需求的增加，将持续推动处理器IP稳健增长；另一方面，物联网、数据中心的发展也拉动接口IP等其他IP的增长，使得处理器IP市场集中度下降，高、中、低端结构变化逐渐拉平处理器IP增长曲线。

国产突破垄断、建立良好生态系统是关键

当前处理器IP垄断于以ARM为主的海外龙头中，尤其在CPU IP、GPU IP上国产IP占比极小。究其原因，国产IP主要面临技术壁垒、生态壁垒、产品壁垒三大发展痛点。

底层技术投入有限：长期以来，我国集成电路产业普遍注重应用层面SoC的开发。

设计复杂、研发投入大：保证芯片自主可控，对通用计算处理能力等性能指标有较高的要求，需要一批从业经验丰富的高素质工程人员长期持续的研发投入和持续迭代演进。

生态壁垒：自主可控低：目前我国绝大部分的芯片都建立在国外公司的 IP 授权或架构授权基础上。

软硬件生态差：产品需要如BIOS、编译系统、操作系统、虚拟机等的配套软件支持，国产IP厂商尚未形成良好的上下游协同生态体系。

产品壁垒：产品模式单一：单一产品模式难以满足未来SoC客户在产品和技术形态的发展需求，从而错过SoC产品对更多异构IP内核不断增长的市场机会。

产品代差：海外市场的软件和应用领先优势，使同类型IP可以更早在海外市场进行磨合迭代，最终输出优质产品。产品代差持续存在，边际效应低、市场持平的情况下，国产化替代难度高。

图 7

进入后摩尔时代，异构计算、以整体解决方案为目标有望成为处理器IP发展突破点，此外RISC-V的出现有望部分替代垄断的ARM处理器体系结构。

在异构计算中，计算工作负载可以分配给最适合执行该任务或部分任务的处理器。而处理单元的核心三要素是GPU、CPU和特定任务处理器以整体解决方案为目标，用户可以调整所有处理器之间的协作和效率机制，以提供最佳的处理解决方案。

如GPU和神经网络（NN）单元一起工作的例子很多（比如基于AI的图形 图像后处理，包括降噪或抗锯齿等），但是如果没有高效CPU来实现整体控制流程，GPU和NN单元都无法工作。

RISC-V可以部分替代垄断的Arm处理器体系结构，其优势在于：

• 免费、开源且不受出口限制以外，基于其优势特性的市场需求正在起量。

• RISC-V架构出色的灵活性、可扩展性和功耗优化已得到业内公认。

• 选择RISC-V架构以减少对海外供应商的依赖。数据统计显示，大约三分之一的RISC-V组织成员来自中国，多家中国大公司已经发布了RISC-V芯片。

接口IP

有线接口为主，产品数量多、应用广泛。

接口IP是基于标准接口协议，实现芯片与内外部设备进行通信、传输数据的电路模块，分为有线接口IP与无线接口IP，主要用于数字信号处理和嵌入式系统中的接口设计。接口 IP 中主要均为有线接口 IP，包括USB IP、PCIe IP、DDR IP、MIPI IP、D2D IP等；无线接口 IP 主要包括蓝牙、 Zigbee、Thread IP 等。其中应用较多的为USB、DDR、PCIe、MIPI 、HDMI、SerDes IP等。

市占率第二IP品类，受大数据及计算需求推动高速增长

接口IP现已成为市占率第二的IP种类。据IPnest预测，2025年接口IP市占率有望超过CPU成为增速最快IP品类，其中主要增量来源于数据中心关联度较高的PCIe IP、DDR IP以及以太网／D2D。

一方面，随着大规模数据处理和计算需求激增，接口IP技术对于高性能计算的重要性不断抬升其市场规模；另一方面，接口IP本身因数量多、需求规模大、需求种类最多，在以ARM为主的处理器IP垄断地位削弱的趋势下，随着协议发展速度加快、产品形态发展多样化将实现高速增长。

国产布局企业多、产品丰富，但仍面临标准协议、工艺演进等困境

当前国产IP中接口IP布局企业多、产品类型较为丰富，且部分企业全球市占率能位列前三。但由于布局晚、技术壁垒高、生态链不成熟等一系列原因，国产接口IP发展面临者标准化协议、工艺制程移植能力以及验证量产落地等困境。

但在产品高速增长以及巨大本土市场的支撑下，国产接口IP曙光已现。在向国际厂商全面追赶的同时，细分品类DDR IP产业可以作为突破口，可以进一步发挥技术支持与定制化服务优势，Chiplet、开源指令集等新浪潮的出现，国内企业可以从中找到新的发力点。

图 8

其他IP

物联网设备与外界交互的基础。

物理IP主要用于处理表征光、温度、速度、电压、电流等自然界信息的连续性模拟信号，除有线接口IP外，物理IP主要包括数模混合IP、射频IP和 存储器IP等。

物理IP既是连接自然世界与数字世界的桥梁，也是物联网设备与外界交互的基础。芯片在借助物理IP完成对自然信号的接收、传输、转换、存储后， 由数字IP进行后续数字化处理与运算；同时，物联网终端感知的自然世界信息，需通过物理IP才能被处理器核所理解与处理，且处理器核的指令和运算结果也需要物理IP才能够与人实现智能交互。 

物联网芯片集成度日益提升，物理 IP重要性日益凸显

物理IP重要性日渐凸显，越来越多的物理IP被集成进芯片中，其性能、成熟度也随着在芯片产品的大规模量产中得到反复验证和优化而不断提高，商业价值愈加凸显。据IPnest数据，2021年其他物理IP市场规模达8.93亿美元，同比增长24.17%。一方面，随着芯片功能愈加复杂，系统级芯片中物理IP数量和类型不断增加；另一方面，物联网时代的到来，物联网芯片的集成度日益提升。此外，物理IP也得到越来越多的芯片设计公司、系统级厂商等用户重视。

图 9

一站式芯片定制服务

从设计到量产定制服务，客户主体多样.
◆ 国内芯片设计行业高速发展对IP行业形成推力的同时，不少国内半导体IP厂商也在向下游业务延伸，基于自身自研IP或部分外购IP，向客户提供芯片定制服务。

◆ 一站式芯片定制服务是指向客户提供平台化的芯片定制方案，并可以接受委托完成从芯片设计到晶圆制造、封装和测试的全部或部分服务环节。具体可分为两个主要环节：芯片设计业务和芯片量产业务。

芯片设计与晶圆代工的增长带动上游IP业务需求

芯片设计公司为半导体IP厂商的直接客户。中国芯片设计公司数量增长及盈利能力的增加将直接带动上游IP业务需求。代工厂的发展与竞争力的构建离不开与IP供应商的合作。近年来国内代工厂的快速发展将对上游半导体IP形成推力，带动国产行业生态链的构建；代工厂与IP供应商合作关系愈加紧密，为客户搭建开放设计平台，也推动IP行业的协同发展。

图 10

IP厂商基于自有IP具有独特优势，提升服务能力与产品质量

一站式芯片定制服务成为国产IP厂商营收的重要组成部分。IP厂商一方面可以充分利用半导体IP资源和研发能力，无需第三方授权费用，降低设计 成本，另一方面可以满足不同客户的芯片定制需求，帮助客户降低设计风险，缩短设计周期。此外基于自研IP对芯片设计理解更深，具有较强的耦 合深度、可控性和可塑性，可以提高流片效率。 

一站式芯片定制服务优势

对于IP厂商而言，作为芯片设计服务公司，并不通过销售自有品牌芯片产品实现收入， 而是依托自身IP及 SoC 定制开发能力为芯片设计公司及系统厂商等客户提供一站式芯片定制服务开展业务，市场风险和库存风险较小。

 对于芯片设计公司而言，一方面，主流芯片设计服务公司具有半导体IP设计开发与定制能力，能够为其在设计之初提供生产工艺及半导体IP选型的完整方案；另一方面，随着晶圆代工厂在先进工艺上的设计规则越来越复杂，其与晶圆代工厂之间的技术衔接与匹配也变得越来越困难，而芯片设计服务公司基于自身核心技术及对晶圆代工厂多工艺节点的丰富设计经验，能够帮助芯片设计公司提高设计效率及流片成功率，使其能够专注于自身优势领域的拓展。

对于系统厂商而言，其往往基于芯片设计公司提供的标准化芯片产品进行系统集成、制造与销售。系统厂商虽然对于终端场景需求、产品功能有着较为深刻的理解，但由于其在芯片设计、验证、测试等方面欠缺相关技术能力与设计经验， 往往无法独立开发芯片。拥有完整芯片设计能力的芯片设计服务公司能够依据其需求提供一站式芯片定制方案，助力其快速实现产品开发与迭代。 

3、中国半导体IP行业未来发展趋势

后摩尔时代，IP发展趋势将分为三个阶段：延续摩尔、扩展摩尔和超越摩尔。

延续摩尔主要是根据客户需求解决问题，加速SoC开发；扩展摩尔将采用Chiplet技术实现性能、功耗和成本的平衡，并加速开放指令集革新；超越摩尔将结合先进工艺、先进封装、智能协同自动设计等技术作为撬动整个芯片产业需求的支点，打破常规，从顶层系统抽象到底层物理实现方法论的革新。

延续摩尔：新工艺节点技术的诞生打破技术瓶颈

晶体管尺寸缩小时，短沟道效应显著，栅极对晶体管开关状态的控制力不足，漏电流难以控制。晶体管微缩受到进一步障碍，传统的平面晶体管结 构与体硅工艺技术无法进一步突破，持续数十年的摩尔定律有失效的可能性。

为继续延续摩尔定律的演进，集成电路新工艺节点技术FinFET、GAA和FD-SOI的诞生，打破了技术瓶颈。

扩展摩尔：Chiplet进一步开启半导体IP新型服用模式，有望驱动IP实现产品化

Chiplet是一种新型的芯片组成方式，将不同的功能单元以芯粒的形式进行集成，或使用多个同样功能单元达到性能扩充效果，从而提高了芯片的效率和灵活性。Chiplet是先进封装技术和接口IP技术的集成：先进封装技术通过将多个芯片集成在一个封装中，提高了系统的密度和性能，并实 现了多个芯片之间的高速互联。

尽管Chiplet技术在理论上具有很大的潜力和应用前景，但是在实际应用中仍然面临着许多挑战和难点。其中，最主要的问题包括芯片设计和验证工具的更新、封装技术的升级以及互联协议标准的统一。

扩展摩尔：开源指令集RISC-V的强势进场，芯片架构格局重塑

RISC-V是基于精简指令集（RISC）原则的开源指令集架构，其存储在CPU内部，引导CPU 进行运算，并帮助CPU更高效运行，是介于软件和底 层硬件之间的一套程序指令合集。虽已诞生10多年，但近年来在5G、物联网与云计算大趋势的驱动下，RISC-V增长势头强盛。

RISC-V的开源特性使得国内企业可以规避国际垄断风险，其模块化的设计降低了使用门槛。RISC-V对比其他架构存在较大的优势，国内企业提 前布局，或可成为国产IP弯道超车机会。然而，当前RISC-V面临软件生态、产业化、人才等困难。

超越摩尔：新一代协同自动设计实现方法论革新

随着技术的不断发展，芯片的设计和制造变得越来越复杂，要求IP必须具备更高的适配性和达成智能化与自动化。

新一代EDA＋IP+AI协同自动设计，将打破常规从顶层系统抽象到底层物理实现方法论的革新、满足高度异构集成芯片实现需求、突破芯片设计、 验证工作瓶颈。未来IP将结合先进工艺、先进封装、智能协同自动设计作为撬动整个芯片产业需求的支点。