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[交流] 中国IP／SoC产业发展策略研究

信息产业部软件与集成电路促进中心邱善勤摘要：技术研究和市场趋势均表明以IP复用为基础的SoC设计越来越成为IC设计的主流方法，当前我国IP/SoC市场方兴未艾，亟待政策引导和支持。在本文中，分析了影响我国IP/SoC产业发展的种种因素，提出了推进产业健康、持续发展的思路和具体举措，展望了我国IP/SoC产业的未来。
一、引言 IP（Intellectual Property）即知识产权，在本文中，特指硅知识产权，是符合一定标准的集成电路功能模块及配套文件。ASIC设计中常用的标准单元库就是IP的初级表现形式，但单独将IP作为一项技术来探讨是二十世纪九十年代中后期以后的事，是IC设计进一步分工细化的结果。长期以来，IC设计能力落后于IC加工制造能力，基于标准单元库的ASIC设计方法在产品上市时间、功能可配置性、电路规模等方面面临越来越多困难，与加工制造间的差距越拉越大。此时，IC设计从技术上开始出现进一步分工细化：IP设计和系统设计，系统设计直接面对产品开发，IP设计不面对产品市场，而是面对系统设计，这种设计方法就是SoC设计方法。SoC极大的加快了产品上市时间，扩充了电路功能的可配置性，提高了电路设计规模，当前国内已开发出了上千万门的SoC产品。如今，IP已成为IC设计的一项独立技术。从形式上看，IP分为软IP、固IP、硬IP，软IP通常指经过验证的RTL级电路功能模块及配套文件，固IP通常指经过验证的以门级网表格式描述的功能模块及配套文件，硬IP指经过验证的完成物理设计的功能模块及配套文件。软IP和硬IP较为常见，固IP相对较少。从ASIC到SoC设计方法的转变是一场轰轰烈烈的技术革命，这场革命也给我们突破我国IC设计瓶颈，从整体上提升我国IC设计能力提供了难得的历史机遇。而IP是SoC设计的基础，IP质量的高低、数量的多少、交易的难易、保护的得力无力等因素越来越成为影响我国SoC发展的重要因素，成为影响我国IC产业发展的重要因素。二、 IP在国内外现状（1）国际现状通常进行IP经营的公司主要有四类：一类是IP专业公司，如ARM、MIPS、Rambus等，它们以IP的授权为主要盈利模式；二类是大型的系统芯片设计公司，如Freescale、TI、IBM等，它们的IP多是内部使用，少量会拿出交易；三是EDA软件公司，如Synopsys、Mentor、Cadence等，它们的IP多是用以配合EDA工具销售；四是Foundry，如新加坡特许等，它们的IP多是免费提供给用户，以吸引更多的用户。由于IP经营模式的不同，IP专业公司和EDA软件公司会单独将IP作为商品来经营，系统公司和Foundry并不把IP作为直接的盈利手段，而是通过IP来间接盈利。因此在2004年全球前十大IP供应商排名中，见表1，可以看出IP专业公司和EDA软件公司占了主导，其中ARM独占鳌头，在ARM收购Artisan后，ARM的优势地位更为明显，已占到IP市场24.5%的份额。值得关注的一点是，在排名前十的企业中有两家EDA厂商，即Synopsys和Mentor Graphics，可见EDA厂商已意识到了IP业务的重要性，将越来越多地精力放在IP相关业务的经营上。表1仅仅是列示了IP销售收入公司的排名，而IP作为系统公司和Foundry间接盈利的手段则很难衡量，很难用销售收入来评价。如对Foundry而言，大量的、高质量的免费IP是吸引客户，增加流片量的重要手段。对系统公司而言，IP是提高产品质量，增强产品竞争力的有力法宝。在近些年全球IC市场低迷的情况下，IP是不多的亮点之一。据 Dataquest 公司的调查结果显示，作为半导体工业中增长最快的一部分，1998年IP的销售额为3.6亿美元，1999年全球IP市场规模为4.2亿美元，2000年这一数字为6.2亿美元，到了2004年销售总额急增到 29.4 亿美元。 In-Stat/MDR的首席分析师Jerry Worchel表示：“独立IP供应商市场是整个半导体产业中最重要、最令人激动和迅速增长的领域之一，将推动整体电子产业的未来发展与增长。”同时In-Stat/MDR指出， IP市场包括微处理器、DSP、各种接口、I/O、总线内核、存储器、特殊功能模块等，其中处理器市场最大。虽然处理器在预测期内将继续是最大的领域，但不是增长势头最强的领域，增长最快的将是嵌入式可重新配置逻辑内核。从地区角度看，授权业务将继续由美国的公司所主导。（2）国内现状我国的IP技术开发和IP市场起步较晚，规模很小，但发展很快。截止到目前为止，国内已开始出现纯粹依靠IP经营的公司，如苏州国芯（C*Core）、成都登巅（IP Goal）是其中的两家。多数公司在涉足IP行业时都甚为谨慎，经常是ASIC经营、IP经营、设计服务经营同时进行。我国政府在近些年对IP产业投入了极大的热情和希望，科技部于2000年启动了"十五"国家863计划超大规模集成电路SoC专项，在专项中支持了五十多个IP的开发，同时支持了SoC软硬件协同设计、IP核复用和超深亚微米集成电路设计的关键技术研究；信息产业部成立了IP核标准工作组，制定推广我国的IP标准。同时2003年信产部在CSIP启动了国家IP核库的建设，积极从产业层面促进我国IP的发展。在2004年CSIP进行的中国IC及IP发展调研中，有超过60%的被调研企业在采用0.18μm工艺进行产品开发，有超过50%的被调研企业所设计产品的规模高达100万门以上，有超过30%的被调研企业进行过或正在进行SoC设计。以上数据表明，我国IC设计的主流方法正在由ASIC向SoC转变，我国IC企业正在努力抓住设计方法技术革新的难得历史机遇，努力创造我国IC产业的辉煌。三、存在问题（1）调研分析 SoC设计方法的兴起必然伴随IP市场交易的活跃，几个国际IP交易机构如D&R、VCX近些年在国际市场上都取得了不俗的成绩。但就中国而言，IP的市场并不是非常乐观。国内IP交易的不活跃在很大程度上限制了我国SoC的发展，从而可能最终导致我们错失这次历史良机。为此，CSIP针对当前我国IP相关的问题进行了调研，调研结果客观的反映出了影响我国IP发展的几个重要因素。问题分成两个层面，一个是IP交易的业务层面，见图1；一个是IP复用的技术层面，见图2。 1、IP交易中的业务问题。IP的费用太高，被认为是制约IP使用的最主要障碍，持这种观点的公司占被调查公司的54.5％；IP的质量难以评估，占被调查公司的52.7%；很难找到合适的IP，占被调查公司的40.0%；IP的重用问题较多，占被调查公司的23.6%。 2、IP重用中的技术问题。系统验证困难占56.4％；IP整合困难占41.8％；IP交付文件不完整占14.5%。（2）问题总结我国IP/SoC产业的问题可以分成两个大的层面：一个是我国企业投入具有自主知识产权IP/SoC产品的研发力度小，创新能力有限。当前由我国企业主导的IC技术屈指可数，多数核心技术掌握在欧美日韩等国的产业巨头手中，这是不争的事实。同时政府高层缺乏从全局着手的统筹规划，统一管理。例如我国科技部、信产部在过去的几年中都对IP/SoC的研发和产业化提供了巨大的支持，但由于彼此之间缺乏统筹，导致科技部资助开发的IP核未必就一定遵从信产部制定的IP标准，因此从严格意义上讲，有些IP并不能称为真正意义上的IP核，它们的可复用性差导致了它们很难真正在市场上进行交易。另一个大的方面是我国IP流通不畅，一个IP从需求提出、交易、SoC整合的大致流程如图3所示，根据上面调研分析可以看出如下问题：1、IP有效需求不够旺盛 IP有效需求不够旺盛，和我国IC产业的整体现状密切相关。2004年我国产值过亿的IC企业仅仅有17家，它们是IP的主要消费者，毋容置疑，它们的IP消费能力还比较有限。另一方面，高昂的IP价格抑制了我国企业对IP的需求。关于IP的价格，以MCU为例，其范围从8位MCU的1000美元到64位的RISC MCU的100万美元不等。ARM的CPU核授权，其价格在几十万美元的量级。毫无疑问，对于多数我国IC企业而言，IP的售价难以承受。 IP核售价高的原因很多，一个是由于IP保护等多方面的原因，目前进入我国内地市场的国外IP供应商还比较有限，例如排名较靠前的Synopsys和Mentor并没有将IP业务作为一个重点在国内经营；一个是由于我国IC企业研发能力有限，自主开发的IP较少，即使有一些IP核，由于我国IP标准迟迟未出台，各个IP的交付项五花八门，降低了IP的可复用性。2、IP查询困难在进行完SoC方案的搭建后，企业将查询市场上可能会满足自己需求的IP，即查询IP。IP查询困难包括两个方面的原因：一个是无从寻找IP，在美国、英国、法国、日本、韩国以及我国台湾省都建有专门进行IP查询和交易的机构。当前CSIP国家IP核库建设已初具规模，IP查询困难的问题将随着国家IP核库的建设而得到根本解决；一是我国市场上可选的IP非常有限，即使有地方可以查询，也可能因IP数量种类有限而查询不得满足自己需求的IP。3、 IP的挑选非常困难随着国家IP核库的建设日渐深入，在国内查询IP已变得相对容易，但要挑选出合适自己SoC方案的IP则绝非易事。一个IP需要从多个方面来评估，一个是IP符合IP标准的符合性，即IP是否按照IP标准的要求具备了所有的要素，如仿真模型、时序模型等模型是否齐全，描述交付项的可交付项列表是否明确等。一个IP符合IP标准的程度是IP可复用性的重要衡量指标。一个是IP自身的设计完好性，即IP是否达到了交付项列表中所描述的功能和性能。IP验证的手段多种多样，如常见的电路仿真器验证、形式验证、硬件仿真器仿真验证以及设计原型验证技术等，IP验证包含两个层次的问题，一个是验证有效性，一个是验证完备性。验证有效性是指验证的效率，验证完备性是指验证的测试覆盖率。对于一个具有一定规模的IP而言，不可能达到100%的验证测试覆盖率，即一个IP即使通过某个测试基的测试，也不能保证IP在功能、性能上完全达到设计要求。同时也不能排除某些企业为了提前占领IP市场，提前公布开发尚不完善的IP，以次充好，混乱市场。这就对IP自身的验证提出了需求。一个是IP在一定SoC中的适应性，即虽然单个IP本身设计是正确的，但是在将它集成到一个SoC系统中后，每个IP核并不是独立存在的，它与其他的IP核之间必然存在数据交互和总线竞争，没有其他IP核协同验证是很难接近真实情况的，因此这样的验证也是不完备的。在SoC的实际设计过程中，设计上的问题很多都是在对SoC进行系统仿真验证的时候才暴露出来，而此时的错误代价会非常大。因此用基于常见总线的SoC验证平台来进行IP核协同验证，对于更多的发现潜在问题，降低SoC设计风险，降低购买非合适IP的风险具有重要的意义。从技术角度看，挑选一个IP需要从IP对于我国IP标准的符合性、IP的设计完好性、IP在SoC中的适应性等方面进行评估，当然价格问题也是挑选IP的一个重要因素。目前国内尚没有一家公共服务机构提供此类技术服务，因此要购买IP的企业很难对目标IP进行评估，从而最终达成交易。4、缺乏IP交易平台目前国内缺乏IP交易的技术平台，缺少IP保护的技术和法律手段。IP保护始终是IP交易中不可能绕开的环节，交易完成后的长久保护更是关系IP提供商的长远利益，当前我国尚缺乏相应的技术支持和法律支持。5、IP整合、SoC验证的技术困难 IP整合、SoC验证是全球性的技术难题。对于我国IC企业而言，多数尚处于成长发育阶段，规模普遍较小，资金投入及其有限。而SoC设计成本却随着设计规模的扩大，设计复杂度的提高而变得越来越高，我国多数IC企业无力承担。为解决我国中小企业资金有限的问题，科技部联合各个地方政府在我国七个城市成立了国家集成电路产业化基地，购进了大量EDA工具低价租赁给各地的IC设计公司使用，一定程度上缓解了中小企业资金投入有限的问题。但由于七个国家集成电路产业化基地多是前两年成立的，他们所购进的EDA工具多是针对ASIC设计的，产业化基地所拥有的IP核更是少之又少。随着SoC逐渐取代ASIC成为主流设计方法，集成电路产业化基地的EDA工具很难满足SoC设计要求，因此在我国出现了一片公共服务真空地带，中小IC设计企业在设计SoC时由于很难在公共服务机构得到支持，面临巨大的资金压力和技术压力。四、发展策略要更好地促进我国IP/SoC产业的发展，必须标本兼治，一方面要提高我国IC企业IP/SoC设计上的自主创新能力，一方面要疏通我国IP业务的各个环节，全面理顺IP业务的各个链条，加强产业公共环境建设，加强公共技术服务能力建设，突出重点，统筹兼顾。（1）根据我国IP核标准，规范各种类型IP的设计流程，建立我国IP交付标准，从而使市场上的IP保持较高的可复用性。如果不同的IP各自采用不同的IP标准进行设计和交付，则必然造成一定的市场混乱，人为的造成IP复用上的技术障碍，不利于市场的成长。CSIP将结合自身“863”课题的研发，在IP规范化设计流程和IP可交付项方面为业界提供参考。（2）组织IP核开发。组织IP核开发对于提高自主技术创新能力、降低IP核费用、丰富我国IP核市场具有重要的意义。我国科技部、信产部等相关部门在促进SoC设计方法的普及上做了大量工作。通过组织IP核开发，各个受资助单位将所开发IP核的仿真模型放在一起，形成一个“IP池”，基于这个“IP池”，各个企业均可以构建自己的SoC方案。这样一方面解决了单个企业IP核不足的问题，使得企业可以尽早完成方案的搭建；另一方面企业可以自发组成“联盟”，在IP核的价格、交易等方面达成一定共识，以少积多，以弱积强，共同在国际市场上形成具有相对优势的竞争力。国际上公司间形成技术联盟进行技术攻关和技术共享是常见的事情，是国外公司常用的竞争策略，如Intel与美国Analog器件公司共同开发用于通信机、便携式信息通信机的DSP；美国Lucent Technology(现为Agere Sgstems)、Motorola、Infineon Technologies合资成立了以技术开发、市场拓展、技术转让许可为目的的新公司“Star Core”等。（3）搭建IP/SoC验证、质评平台，解决IP挑选困难的问题。结合CSIP国家IP核库和“IP池”的建设，搭建IP/SoC的验证、质评平台，给IP用户提供一个对目标IP进行多IP协同验证、IP的质量评估的机会。对于一个SoC方案而言，当有多个IP可供选择时，就存在一个IP挑选的问题，售价高的IP未必一定适合自己的SoC方案，售价低的IP也未必就不适合自己的SoC方案。同时该验证平台的搭建可以有效预防IP市场中以次充好现象的发生，从而降低采用市场所购买IP进行SoC设计失败的概率，增强SoC系统厂商购买IP进行方案整合的信心，为IP市场的良性成长提供坚实的基础。（4）搭建IP交易平台，解决IP交易中出现的知识产权流失问题。当前制约我国IP市场成长的最现实问题就是IP的流失问题，IP得不到有效严密保护，我国大规模的IP交易将无从谈起。 IP保护分三个层次：一个是威慑，这是法律、法规层次的问题，通过立法、宣传等手段使大家建立良好的IP保护意识，尊重他人的知识产权，使人不敢贸然以身试法；一个是技术保护，通过一定的技术手段如水印技术等使得IP很难扩散，即使扩散了，也很难被使用；一个是跟踪技术，通过IC厂家、Foundry、测试封装厂家的合作，能够有效跟踪IP的使用情况，轻易识破某些IP的非法使用。 IP交易平台重点解决IP技术保护和技术跟踪两个层面的问难，给IP交易提供有力的技术保障，同时IP交易平台通过发现IP交易中常出现的问题，给国家相应立法机构提供有力的案例支撑和技术支撑。（5）搭建IP整合、SoC设计平台，解决SoC设计、验证的技术瓶颈。随着芯片规模的扩大，运行频率的提高，IP整合、协同验证的难度越来越大，对应的EDA工具花费和验证设备的花费越来越高，对于我国大多数IC设计企业而言，单独购买该类工具或设备都是不现实的，因此中立机构搭台，中小企业唱戏就成为目前我国IC设计业内的独特风景。 SoC的设计和验证与传统的ASIC的设计和验证有很大的不同，当前我国七个集成电路产业化基地的EDA工具和设备主要是针对ASIC设计和验证的，对SoC的设计和验证支持力度有限。SoC设计平台的建成将填补这块公共服务真空地带，为我国SoC设计企业带来切实的实惠。以上五点是主要措施，除此之外，配以其它的一些举措如IP标准培训、IP设计技术咨询等，多管齐下，一定可以更好的促进我国IP/SoC产业的快速发展。五、展望未来我国IC产业正面临前所未有的良好发展机遇。首先巨大的市场需求是整个产业快速发展的源动力。我国是发展中国家，市场对集成电路高、中、低档产品都需要，呈现多代共存的特点。预计“十一五”期间，我国集成电路市场需求将保持年均18%以上的高增长率，到2010年市场需求将达到7700亿元。这给我们吸引先进技术提供了条件，也给我国IC企业的发展提供了广阔的成长空间。其次积极的国家产业政策。一直以来我国政府采用积极的产业政策，全面促进产业的健康发展。“973”、“863”、电子发展基金、“研发资金”都有专门针对IC产业的资金投入。最后我国IC产业经过最近几年的发展已初具规模，初步具备了一定的市场竞争力。整个“十五”期间，我国IC产业保持了近40%的年均增长率。预计“十一五”期间，我国IC产业仍会保持高速增长。以上是我国整个IC产业发展的积极因素，对于IP/SoC产业而言，它们是IC产业的一部分。作为新兴的技术和产业，我国IP/SoC产业虽起步较晚，但迅速吸纳了发达国家用了几年甚至十几年积累起来的技术，直接站在了较高的起点上，从而我国IP/SoC产业必将以高于IC产业整体发展速率的更高速率发展，必将迎来一个光辉灿烂的明天。

[ Last edited by 幻影无痕 on 2006-11-22 at 07:50 ]

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