指甲蓋大小的芯片，可能是人類目前能夠創造的最細微、最宏大的工程——上百億個晶體管集成在一起——可謂一座微縮的城市。
正如城市中建筑需要大量預制件，芯片產業鏈中，半導體IP作為設計上游關鍵技術環節，就像建筑行業中的“預制件”，以搭積木式的開發模式幫助縮短芯片開發時間、降低研發風險。
但全球前十IP供應商主要來自英美，國外巨頭壟斷下，國產IP的新鮮血液能否為市場競爭帶來新活力？國產IP又如何突圍？
芯耀輝科技有限公司董事長兼聯席CEO曾克強
近日，國內半導體IP初創企業芯耀輝科技有限公司董事長兼聯席CEO曾克強在上海浦東張江接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）專訪時表示，中國的半導體IP需求“已經到了一個即將爆發式增長的時期”。盡管目前國產IP行業還較為薄弱，但他堅信現在是厚積薄發的最好時機，中國人可以靠自己研發出面向未來的IP技術，前提是必須吸引到中國最頂尖的人才。
曾克強曾在國際頂尖IP設計企業新思科技（Synopsys）任中國區副總經理，在新思科技的20多年里一直負責芯片EDA和IP的市場產業化落地，他敏銳捕捉到半導體IP市場的高速增長，但外商市占率超90%，中國急需自主研發的先進IP技術和產品。
IP設計不是閉門造車，沒有和客戶十幾年的量產、磨合、迭代，研發IP根本不現實。從過去30多年全球IP發展歷程看，技術的快速迭代和市場應用新需求的出現共同推動了IP產業的突破。而當前的中國，芯片應用走在世界前沿，這是這一特殊時代中能夠看到并把握的機會。
今年6月是芯耀輝成立一周年的日子，曾克強帶領各路團隊登高慶祝。“大家都感覺我們做的是順應時代的事，大家有同一個夢想、同一個信念，關鍵是把人聚在一起。”
專訪時間定在上午10時，澎湃新聞記者達到時，他剛剛結束一個會議。在1個多小時的采訪里，曾克強激情澎湃，親歷中國缺“芯”之痛，“那時候大家已經有一種感覺，如果有一天IP被卡脖子怎么辦？”曾克強說，他們這一代半導體人必須站出來，“我們真的應該要為產業做點事情了。”
“我們的團隊又恰恰是在全球頂尖的公司有過數十年的積累，所以我們有責任和使命創立一家自主研發的中國IP企業，突破卡脖子問題，為國家、為產業解決問題。”
芯片中的“預制件”：縮短開發時間，串聯芯片設計和制造
半導體IP核是系統芯片設計產業鏈上游的關鍵技術環節。它是經過驗證的、具有特定功能的可重用芯片模塊。終端產品復雜多樣，芯片設計難度提升，研發資源和成本持續增加，促使全球半導體產業分工不斷細化，IP產業應運而生。
由于經過驗證且可重復使用，半導體IP核就像建筑行業中的預制件，當前國際上絕大部分芯片企業在設計芯片時會采用IP，通過購買成熟可靠的IP方案實現某個功能，縮短芯片開發時間，降低研發風險，很快搭起一棟建筑。根據美國電子行業戰略咨詢公司IBS（International Business Strategies，國際商業戰略公司）報告，以28nm工藝節點為例，單顆芯片中已可集成的IP數量為87個。當工藝節點演進至5nm時，可集成的IP數量超過200個。
單顆芯片可集成IP數量增多為更多IP在SoC（系統級芯片）中實現可復用提供新的空間。IP在集成電路設計與開發工作中已是不可或缺的要素，推動了半導體產業和芯片技術的進一步發展。
IBS曾預計，全球半導體IP市場將從2018年的46億美元增至2027年的101億美元，增長率高達120%，年均復合增速9.13％。半導體IP無處不在，它可以分為處理器IP、接口IP、物理IP等，其中高速接口IP量大面廣，比如手機充電、和外部交換數據就要用到USB接口。由于手機應用爆發式增長，要傳輸的數據越來越大，接口IP的數據傳輸速率越來越快，否則就會影響手機性能和用戶體驗。
曾克強舉了個例子，“USB接口日常大家使用已經好多年了，仔細觀察可以看到形態發生了很多變化。以前是比較厚的接口，后來到type c然后一直到現在用蘋果里面lightning，它都屬于接口IP。”
“接口IP從USB2.0到3.0、3.1到現在最新的4.0，傳輸速度提高了85倍。”這也意味著，以前我們從手機導出一部全高清視頻動輒需要以小時為單位計量，而現在不到一分鐘就能導出一部更高質量的8K視頻了。
再比如，計算設備都需要存儲數據并與CPU交互數據，這就要用到DDR內存接口IP。曾克強介紹，現在的游戲都以畫質精美而著稱，實現逼真畫質的前提是設備可以進行大量數據運算和處理來完成渲染，這需要高帶寬、大容量存儲支持。
DDR接口就是為了滿足這一需求而不斷迭代，當前最先進的DDR接口是DDR5和LPDDR5。采用最先進的DDR接口已經成為電子終端差異化產品和市場的重要手段之一。
隨著個人計算機產業向手機產業邁進，電子終端產品更加復雜多樣，芯片設計復雜程度大幅提升。曾克強說，IP設計標準也在朝著帶寬更大、數據量更大、傳輸速率更高、功耗更低的方向發展，因此研發難度也就更大。
對于芯片生態來講，IP也是供應鏈的重要一環。由于居于產業鏈上游，它對全產業鏈創新具有重要作用，也能帶動下游發展。
IP公司的價值就是預先設計芯片里通用的功能，并且讓其具備高可靠性和高兼容性，讓芯片公司可以直接復用而無需再承擔研發風險并節省開發時間。
而一個成熟的IP要被充分驗證，才能避免給芯片廠商帶來風險。要知道，芯片行業是一個幾乎沒有容錯空間的產業，一個先進工藝芯片的流片成本就是數億美元級別。
另一方面，IP和芯片制造（芯片代工產業）休戚與共。曾克強說，每家芯片制造公司都有其獨特芯片工藝，工藝和工藝的名字在公眾看來都差不多，比如14nm工藝或7nm工藝，但技術路徑百花齊放，同納米級別的工藝參數也大相徑庭。IP研發需要配合每一家芯片制造公司的獨特工藝去設計產品，才能保證下游芯片公司的“IP選擇自由”。
“所以芯片制造公司也把IP廠商視作他們最重要的生態伙伴之一”，曾克強告訴澎湃新聞（www.thepaper.cn），“中國的半導體行業正在奮力追趕，以對標國際先進工藝為當前目標，芯耀輝也是其中一員。”
外商市占率超90%，半導體IP研發難在哪？
半導體IP市場參與者可大致分為兩類：一類是與EDA工具捆綁型的半導體IP供應商，如美國的新思科技（Synopsys）；一類是只提供專業領域半導體IP的供應商，如英國的ARM公司、Imagination。這些企業都成立于上世紀八九十年代。
而如今使用最廣泛的半導體IP也主要來自它們。IP領域調研機構IPnest調查顯示，2019-2020年全球半導體IP供應商銷售收入市場占有率分布中，排名前二的依次是ARM和新思科技。其中ARM在2020年的市占率為41%，新思科技為19.2%。僅這兩家企業就占據了全球六成半導體IP市場。
“國內IP基本上就是處于被卡脖子狀態。”一位芯片從業人員對澎湃新聞（www.thepaper,cn）表示，“就連國內設計最強的芯片設計企業這塊也得仰賴外方，更別提其他的芯片公司了。”
半導體IP的外商市占率超90%，中國急需自主研發的先進IP技術和產品。但中國半導體IP至今沒有成功突圍，曾克強說，主要挑戰來自三方面。首先是快速升級的各種接口IP標準化協議，這決定了IP研發不是一蹴而就的事情，而是需要長期投入。
其次是IP研發需要持續跟蹤各芯片制造公司的工藝演進，必須具備工藝制程的快速移植能力。
最后，把協議標準集成到IP，并針對各家工藝制程做定制化后，還必須與下游芯片設計公司共同進行芯片驗證并大規模量產才能保證IP產品的市場化落地。
“本土的IP標準本身起來得就比國外慢，再加上技術沒有積累。”上述芯片從業人員表示，14、12納米IP當前是國內稀缺技術。“做出來真正在市場上有客戶規模使用，真正受到市場檢驗的先進工藝IP，幾乎是空白。”而現實是，高性能計算、5G、智能汽車等新應用的發展都需要先進工藝IP來支撐。
“IP不好做，做好IP更難。”曾克強坦言，半導體IP不是科學發明，而是一個典型的工業技術，一門跨學科、長產業鏈的工業工程。工業工程的發展是沒有捷徑的，需要技術積累、產品迭代、產業配套、生態鏈協同，缺少任何一環，都沒法進步。
拿產品迭代來說，一個IP產品光設計起碼需要一年時間，完成設計后，芯片要生產、測試、返回終端用戶試用，從小批量試用到大批量試用，這個過程起碼要兩年。“這還是普通的芯片，如果遇到高性能計算服務器上用的復雜芯片，光設計一年時間就不夠了。”上述芯片從業人員表示，這一代產品生產出來以后也可能會出現各種問題，有些可以打個補丁用軟件解決，有些必須修改硬件，也就是做工程修改命令（ECO，Engineering Change Order）。
“ECO還是說你能找到這個問題在哪里，做一個ECO就半年，這一改，再去生產制造，回來差不多就是9個月以后。”該芯片從業人員表示，而經常碰到的問題是，硬件修改勉強通過，但客戶希望下一代產品不再出現這一問題，“要做得更好，就得陪客戶再做一代，這一代又是兩三年過去了。等到兩三年過去，可能新的標準又出來了。”
所以IP研發需要長期積累，曾克強也表示，“沒有和客戶十幾年的量產、磨合、迭代，研發IP根本不現實。”這樣的跨越不是砸錢就能解決的。
厚積薄發的最好時機：國產IP如何突圍？
全球半導體IP市場不斷增長。道阻且長，行則將至，國產IP的機會和出路在哪里？
從過去30多年的發展歷程來看，技術的快速迭代和市場應用新需求的出現共同推動了IP產業的突破。曾克強說，全社會轟轟烈烈的數字化發展，讓中國發展為全球最大的芯片應用市場，數字化和各行各業的結合也把中國的芯片應用推至了世界的前沿。
芯片技術無疑是中國發展數字經濟和產業數字化的底層技術支持。而今天，越來越多過去只做應用的系統公司也計劃從底層硬件實現產品差異化，開始布局芯片。
曾克強曾任職新思科技中國區副總經理，在新思科技的20多年里一直負責EDA和IP的市場產業化落地。他敏銳捕捉到，中國的半導體IP需求“已經到了一個即將爆發式增長的時期”。
“中國的系統公司以前專注做應用，今天都紛紛開始入場做芯片，包括BAT和后起之秀如字節跳動，這些公司非常擅長定義芯片的需求來支持應用的落地，這已經成為未來的市場趨勢。”曾克強說。
“除此之外，還有很多電子終端公司也加入其中，代表性的是電器制造商格力、造車的小鵬汽車，再比如做手機的小米和OPPO。我相信IP可以為這些造芯新勢力提供巨大的價值，但要有全新的IP設計方法學來支撐。”
曾克強用拍照打了個比方：以前拍照大多會用單反相機，但現在基本上只有發燒友在用，普通用戶一個手機相機就可以拍出不亞于以前單反相機質量的照片，“用戶不用去管光圈、快門，手機都處理好了，甚至連后期都做進去了。”
做IP也一樣，曾克強說，未來的IP不只是設計一個個小而精的接口IP，還要做成IP子系統，讓系統公司和芯片公司更容易通過集成IP來迅速做出大規模的系統芯片，滿足數字時代應用市場的多元化需求。
與此同時，設計IP的方法學也需要革新，這樣才能滿足造芯新勢力的實際需要，“把人工智能、云化這些技術應用于傳統的IP設計中，解放工程師的創造力，才是面向未來全面技術革新，這和以前的方法學會完全不一樣。”
走在世界前沿的應用市場，是這個特殊時代中能夠看到并把握的機會，也是國產IP換道超車的不二路徑。國內IP企業還未“成長到位”，市場需求已爆發。“時代呼喚我們創業，來成立一家擁有自主產權的中國IP公司。”2020年6月，芯耀輝在珠海成立，不到一年累計融資10億元，聚集200多位國內國際頂尖人才，80%在芯片行業擁有15年以上工作經驗。
芯片產業分工合作明確，IP要基于芯片設計公司的工藝開發。芯耀輝成立之初研發14納米、12納米IP，這是國內可以量產的最先進工藝。這批先進工藝IP已陸續推向市場并收獲良好反響，“我們還在和國內的代工廠一起合作研發更先進工藝的IP。”
盡管目前國產IP行業的發展還較為薄弱，但曾克強堅信，現在是厚積薄發的最好時機，中國人可以靠自己做出IP，前提是必須吸引到中國最頂尖的人才。
擁有30多年行業經驗，曾經帶領新思科技全球IP解決方案事業部并在Intel擔任全球副總裁的Anwar Award（安華）與美國電機電子工程師協會IEEE Fellow、澳門大學和里斯本大學雙博士余成斌均先后加入芯耀輝，分別擔任全球總裁和聯席CEO。
余成斌是澳門大學集成電路國家重點實驗室聯合創始人， 也是Chipidea澳門微電子聯合創始人。2009年Chipidea被新思科技收購后，他曾任IP研發總監，領導新思科技在亞太及大中華地區混合信號IP研發設計團隊從事先進接口IP設計和開發。
業內人士表示，澳門大學在模擬和數模混合電路學術研究上是世界級水平，人才輩出，與IP設計緊密相關。被稱為“芯片奧林匹克”的ISSCC（國際固態電路會議）在2020年收錄了中國（包括香港、澳門）學術及產業機構共23篇論文，其中中國內地15篇，澳門6篇，香港2篇。而澳門獲收錄的6篇論文全部來自澳門大學。
“中國半導體發展了多年，已經培養了一批有經驗的研發和技術人員，這給發展IP技術和產品提供了必須的土壤。”曾克強說，“我們這一代半導體人完全有信心抓住這百年一遇的數字化轉型時代機遇，但一定要用全新的技術路徑換道超車，做面向未來的半導體技術。”
