国产IP发展综述：中国需要有自己的芯片标准吗？能否建立起来？

分享于 2021-07-26 18:22:51

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芯片公司设计中国 IP 需要

IP，这是一个法律词汇，指知识产权，是Intellectual Property的英文简称。在芯片产业，IP大部分时候是指那些IP核，释义是芯片中具有独立功能的电路模块的成熟设计。

有了IP，复杂的芯片设计就不需要全部由设计者来完成，而是采用设计者自主设计加上IP的方式来实现，降低了芯片设计的复杂程度。某种意义上讲，IP是无晶圆设计公司（fabless）做大做强的关键所在，让非IDM类型的公司也能够设计大的、复杂的芯片。

从X86到ARM，再到RISC-V

对于芯片设计而言，IP可以理解为子模块和子系统，只是它们带有自主知识产权保护，需要商业收费授权之后才能够使用。因此，IP需要遵循一些规则去设计，不能毫无章法地随意定义。这一点，我们从Arm公司的商业模式中能够得到很好的解释。

作为全球领先的IP供应商，Arm公司先是定义了ARM架构。目前，全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。在ARM架构之下，是各种各样功能的IP，比如微控制器MCU用到的M55内核，还有CPU用到的A55内核。当然，也有像苹果这些买Arm公司的IP回去之后再设计的。

Arm公司的IP产品（图源：Arm公司官网）

在由中国集成电路创新联盟指导，中国集成电路设计创新联盟、中国半导体行业协会集成电路设计分会、国家 " 芯火 " 双创基地、苏州市高新区共同主办的"2021 中国集成电路设计创新大会暨 IC 应用博览会"（简称 ICDIA ）上，芯来科技执行总裁彭剑英博士表示，从最早的PC到手机，再到物联网。我们先是经历了“X86时代”，这个时代我们记住了英特尔、AMD。到了“ARM时代”，我们记住了高通、苹果等。从生态丰富程度来看，ARM是最广泛的，从手机到物联网终端，现在开始冲击服务器市场。从发展周期来看，一个主流架构要占领市场，从它的出现，到它的成长，再到它的稳定，最后到它占有一定的市场比例，这期间需要经过十几、二十几年的发展周期。

实际上，从“X86时代”到如今的“RISC-V时代”，时代的名称在交替，芯片的侧重点也在发生改变，但上一代的产物并不是说会彻底消失，而是依然在发挥着巨大的作用，就像电脑的CPU一样。因此，对于立志要实现超越的“中国芯”而言，每一时代的技术和产品都需要补齐短板。在这其中，IP丰富度和质量是一个很重要的评定标准。

正如沐曦集成电路创始人、CEO陈维良介绍企业时谈到的，GPU是X86时代就出现的，英特尔至今的模式是CPU搭配集成的GPU一起卖，这是一个难度非常高的领域，需要很强的系统化能力。这其中包括了IP，沐曦核心团队此前在GPU IP、设计、产品化方面有全套的经验，这是一个基础。

不可否定，RISC-V是一个巨大的产业机会。但正如彭剑英所言，今天的RISC-V在国内出现第一家公司芯来科技至今只有三年的时间，从IP设计到最终的芯片上市，这中间会有3-5年的沉淀期，因此还处于早期阶段。虽然兆易创新和乐鑫等公司推出了一些产品面市，但要论市占比现在还为时尚早。

“中国芯”背后的IP力量

芯片并不是一个新概念，已经经历了数十年的发展，如今芯片的种类虽然还是以处理器芯片为主流，但一块电路板上用到的其他芯片类型也非常丰富。而每一种芯片设计背后都会牵扯到这样那样的IP，接口IP、DSP IP、RAM IP、控制器IP……

统计数据显示，IC的复杂度以每年55%的速率递增，而设计能力每年仅提高21%。因此，一个芯片公司要争做行业顶尖，如果不借助IP的力量，难度可想而知。ICDIA上，IP这个词出现在各个公司的演讲和访谈中。

上面已经提到，沐曦集成电路的核心团队在GPU方面有较为全面的经验，而创始人陈维良自己在GPU架构IP和产品化方面都有经验。他还提到，一个GPU中行业IP核占用的面积超过了80%，自主GPU也是从IP设计开始。这是IP和国产GPU的结合。

芯耀辉科技则是国内专注于IP研发的公司。芯耀辉科技CTO李孟璋提到，IP自身复杂度越来越高，需要全方位的验证，芯片级验证、系统级验证、可靠性验证和兼容性验证等需要IP团队耗费巨大的心力。这其中也蕴含着各种创新，IP和封装技术结合而来的先进封装，IP和EDA结合的智能化和自动化等。这是国产IP厂商的思考。

芯动科技是IP和芯片定制服务商。芯动科技技术总监高专谈到，IP本身的市场总值并不大，大概只有数十亿美元的份额，但IP却能够撬动数千亿的半导体市场。他认为，IP设计需要承担设计风险和先进制程两个方面的压力，IP设计要紧跟新标准和新工艺。芯动科技一直都关注接口IP的发展，目前已经有50亿颗IP核应用在客户的芯片中。这是国产IP厂商展示出的竞争力。

在这里还是要再一次提到芯来科技，是国内第一家专注做RISC-V处理器IP以及相应解决方案的公司。从2018年的零到如今的全系列IP解决方案，芯来科技所有的处理器IP都是可配置的，能够去对标Arm公司类似的产品。这也是国产IP厂商展现出来的竞争力。

而国内还有很多像行芯科技一样做EDA工具的，在这个领域设计IP或者结合IP都是不可避免的。因此，我们讲“中国芯”发展要注重研发，有一个很关键的点就是，在各个国产芯片公司内部，核心团队需要有人在IP方面是擅长的。

中国是否需要有自己的芯片标准？

上文中，我们已经讲过全球IP发展的大势，以及“中国芯”背后的IP力量。在这个基础上，我们去思考一个目前在国内非常热门的话题，那就是中国需不需要有自己的芯片标准？

龙芯中科董事长、中科院计算研究所研究员胡伟武近来表示，Wintel（Windows+Intel）和AA （Arm+Android）模式在全球范围内具有垄断性地位，中国要实现产业的发现需要建立起第三套体系。一旦有了自己的体系，即便是落后的工艺也能够有很好的用户体验。

关于打造中国自己的操作系统这一点，华为事件已经说明，操作系统也会成为“卡脖子”的环节，华为手机在全球除国内以外的业务便深受其累，应用生态能够决定背后的用户生态。

但这背后还有一个更深层次的问题，那就是上述我们提到的IP相关的公司中，除了芯来科技在基于开源架构RISC-V打造IP矩阵，其他所提到的这些IP公司都在遵循“X86架构”和“ARM架构”这些主流架构做事情。

实际上，即便是RISC-V架构也不是中国自己的体系，而是一个开源的架构。因此，作为芯片产业创新的先锋，国内各大IP公司基本都是在全球化的芯片标准下继续做创新。

而IP的玩法本身也在进化，Chiplet模式已经被广泛的认可。芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民在主题为《芯粒（Chiplet）的机遇和挑战》中提到，2024年，采用Chiplet的处理器芯片的全球市场规模将达58亿美元，比2018年的6.45亿美元增长9倍，到2035年将达到570亿美元。对于半导体IP来说，升级为Chiplet供应商，可提升IP的价值且有效降低芯片客户的设计成本。

不得不说龙芯中科是少数派。早在十年前，龙芯中科就曾带头实施“中国国家指令集架构计划”。此前“中国芯”刚开始大热时也有划分标准，面向CPU则需要：

1、研发机构安全保密；

2、指令系统能自主可持续发展；

3、核心源代码必须是自己编写。

看看此中代表——龙芯中科的坎坷路，至今依然和MIPS IP纠缠不清，先是被MIPS起诉以缴纳授权费方式和解。如今又被取得MIPS中国区独家经营权的上海芯联芯质疑其“彻底”抛弃MIPS并发布自主指令系统的宣传报道未经相关方佐证，与事实严重不符，已经损害了上海芯联芯的合法权益。因而，上海芯联芯要求龙芯中科公开“LoongISA”和“LoongArch”手册的完整内容。至今，龙芯中科还没有给出回应。