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IP核：ARM宫斗大戏背后的芯片产业，三大巨头制霸食物链顶端【附下载】| 智东西内参( 二 )


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▲IP 核的特征与优势

目前 ， IP 核已经变成系统设计的基本单元 ， 如 Intel 的 CPU 技术、Nvidia 的 GPU 技术、TI 的 DSP 技术、Motorola 的嵌入式 MCU 技术、Trident 的 Graphics 技术等 。
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▲以 ARM 的 IP 应用设计为例 ， 芯片可视作多个 IP 模块搭建而成的

IP 核模块有行为（Behavior）、结构（Structure）和物理（Physical）三级不同程度的设计 ， 对应描述功能行为的不同分为三类 ， 即软核（Soft IP Core）、完成结构描述的固核（Firm IP Core）和基于物理描述并经过工艺验证的硬核（Hard IP Core） 。
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▲软/固/硬核的内容区别

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▲ 软/固/硬核的范例示意图

软核：软核是 IP 核应用最广泛的形式 。 IP 软核是独立于制造工艺的寄存器传输级（RTL）代码 ， 经过行为级（behavioral）的功能验证（functional verification）和优化 ， 一般指的是用语言描述的功能块 ， 包括逻辑描述、网表和帮助文档等 ， 并不涉及具体电路元件以及任何的具体的物理信息 。
硬核：IP 硬核是通过系统设计验证、物理版图设计验证和工艺制造获得的半成品或者产品 。 其优点是确保电路性能达到设计目标 ， 提交形式是芯片制造掩模版结构的全部版图和详细系统的全套工艺相关文件 。 由于与成套工艺的绑定， 硬核没有应用灵活度 。 工艺升级后相应的硬核需要重新验证、重新进行物理设计 。
固核：在软核与硬核之间的是 IP 固核是软核和硬核的一个折中 ， 它只对描述功能中一些比较关键的路径进行预先的布局布线 ， 而其他部分仍然可以任由编译器进行相关优化处理 。 固核通常以逻辑门级网表（gate-level netlist）的形式提交 。 由于固核多由设计客户完成最终布线设计 ， 因此核的端口位置、核的形状和大小都可以调整 ， 比硬核更具有灵活度 。 目前 ， 固核也是 IP 核的主流形式之一 。
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▲软固硬核的区别

IP 产业的发展主要分为两个阶段 ， 一个是 20 世纪 80 年代中后期至 2010 年前后 ， PC兴盛、移动终端逐步发展 ， 这个时候 IP 核已逐步开始从芯片设计环节中单独出来 ， 最典型的就是 ARM 公司的发展；另一个阶段则是 2010 年开始的、以智能终端为驱动力的高速发展阶段 ， 此时 Synopsys、Cadence 的 IP 业务也进入了高速发展期 。 纵观 IP产业发展 ， 我们从市场需求和供给两个角度研判 ， 未来 IP 行业将在 5G+物联网对芯片用量和品类需求的持续增长+IP 供应商研发实力持续增强的驱动下 ， 迎来第三次腾飞 。
从需求的角度来看 ，一方面是半导体市场整体容量扩大 ， 大量的芯片设计需求推动了 IP 的诞生 。 在上个世纪 80 年代中后期以欧美为主的半导体市场在个人 PC 的引领下进入快速发展期 ， 大量的市场需求推动了半导体产业链的专业化分工 ， Fabless、设计服务公司、晶圆代工、封装测测各司其职的模式逐步得到确立 。 在这个过程中 ， ARM 公司利用其在 RISC指令集的优势与 Intel 错位竞争 ， 并在苹果的支持下改变其产品策略 ， 不再生产芯片 ， 转而以授权的方式开启了 IP 商业模式 ， 通过收取一次性授权费用和版税提成获取利润 ，同时降低了直接生产产品所需要承担的生产风险 。 随后 ， 在个人 PC、移动终端的快速发展下 ， 以 ARM 为代表的 IP 行业也在不断发展 。


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