站點論壇|芯創智微電子有限公司副總裁馮光濤:國產IP的機會與挑戰

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本期嘉賓—馮光濤

馮光濤，現任芯創智微電子有限公司副總裁，致力於建設自主可控的國產IP與設計生態及應用。曾任中芯國際設計服務中心總監，參與350納米至7納米各工藝節點的IP與設計生態建設及應用。作為項目負責人，多次組織國家重大科技專項支持的01和02項目，成果獲上海市科技進步二等獎等獎勵。有豐富的產學研協同創新經驗，曾任北京大學上海微電子研究院兼職研究員。

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第 一 部 分 引 言

馮光濤：各位下午好。很榮幸能有這麼一個機會跟大家做交流。剛剛謝博士從宏觀的角度對整個產業鏈進行了一個描述，我們現在把鏡頭拉近一點，看其中一個細節，這個細節就是IP。

剛剛謝博士講了這麼多的主題，我想大家一定會記住，產業鏈大概的幾塊，一個是設計，一個是製造，一個是封測。現在設計複雜度這麼高，沒有IP基本上是沒辦法完成的，所以我現在跟大家討論一下IP主題。

今天講三個部分，第一個部分我給大家做一個基本介紹，IP其實還是一個比較專業的領域。如果沒有相關背景，聽到後面會雲裡霧裡。今天在座來自各個領域，有些對於半導體和設計熟悉一些，有些可能沒有那麼熟悉。我一會兒把IP相關的技術和一些商務模式進行一個初步介紹，然後看國產IP有些什麼機會。

在市場分析當中，我們參考了一些芯原的案例，它上市，它一些招股書的內容，還有一些證券交易所他們發布的內容，對他們表示感謝。

最後，結合我自己做的一些工作——以前在中芯國際，現在在芯創智，就是在國產IP建設方面的一些進展，給大家做個匯報。

最近關於IP，有兩個很大的熱點。剛剛謝博士也談到了，一個美國英偉達，nvidia，它把ARM給買了，400億美金成交額。是個很大的數字，但更重要的是我們現在所有的SOC設計當中，幾乎都用到了ARM的核。如果說Nvidia，在我們當前貿易戰的情況下它不再賣給我們，那我們怎麼辦？這可能是個更大的問題！

另外就是中科院白春禮院長，他立了一個軍令狀，說美國限制的技術就是今後研發的重點。Anyway，這就是IP方面，我覺得第一個可能大家會關注的重點。第二個重點就是，做IP的公司可以上市。在科創板當中，芯原股份上市了，而且上市的時候市值一度突破800億。以前IP是個很細分的市場，大家可能都沒太關注。現在發現IP可以上市，很多人就開始關注EDA和IP這個主題。但上市以後，大家可以看到它的市場份額，在全球 IP市場份額中，只佔到1.77%，2%都不到。有這兩個比較大的事情以後，一個是ARM CPU被收購，一個是芯原上市，大家可能對IP有些更深入思考。

這些問題，我覺得今天沒辦法給出明確的答案，大家可以去思考一下 >>

如果我們沒有晶片，這個世界會怎麼樣？如果中國的晶片產業沒有競爭力，中國會怎麼樣？如果晶片不能國產，會怎麼樣？

第 二 部 分 晶片&IP

馮光濤：半導體整個產業的發展趨勢，這張圖我覺得講得蠻清楚的。最開始就是一個軍工時代，那時候產業沒有分工，沒有細分。到IDM的時代，大概在70年代大量生產家電，整個產業從美國轉到日本。所以日本，有像索尼、Toshiba、NEC、Hitachi，他們當時的晶片產業是非常興旺發達的。然後開始往韓國、臺灣轉。

這裡有一個很標誌性的事件——1987年，張忠謀創辦了臺積電。那以後，設計公司沒有必要自己再去建自己的生產線。生產線投資確實很大，我們以0.18為例，建一條0.18的線投資要10億美金，運營是3倍，就是30億美金。run一條0.18的線，8寸線，需要40億美金。如果要到12寸，那投資就更大。

張忠謀把臺積電創辦以後，整個業界、格局就發生變化，無生產線的設計公司就冒出來了，從設計到製造、封裝、測試可以分開。再往後面一步就是IP，設計複雜度實在是太高，一會兒我們就可以看到，摩爾定律是繞不開的，在整個的產業發展當中，這裡面就會有IP產生。

IP簡單講，就是像我們預製件一樣，先把東西做好。做好以後，在後面的設計當中，就可以像搭積木一樣，可以很快速地搭出一個原型系統，甚至說可以量產的產品出來。

電積電創辦人張忠謀筆題字

半導體產業，我們一直說它很難很難。現在看起來，有幾個大的內容，一個是材料。材料現在都是在納米級加工。仔細去看，現在的化學元素周期表裡的元素全部用到了，無一例外。還有很多化合物，化合物，我們現在很火的一個，叫第三代半導體，這裡面用了很多化合物。

元素周期表裡面，主要的元素都用到了，沒有一個行業用了這麼多的元素。設備的工精度是在納米，給大家一個直觀的概念。我們原子的尺寸大概是埃，Amstrong，埃大概是0.1個納米，基本上，操作的精度是幾十個原子，在這樣一個精度，難是難在這個地方。不僅是精度，還有一致性。要保證良率做起來時，每一步都要差不多，這個是更難。

晶片製造，目前任何一個基本上是在1000個步驟。大致算了一下，如果成品率，每一個步驟你覺得做到9成，已經很好了，90%的成品率。

但是4個步驟以後，成品率，就是良率就到65%。如果到1000個步驟，大家可以算一下，幾乎就沒有什麼良率了。即使每一步做到90%，大家想想看，90分已經很好了，所以製造難是難在這個地方。

IP和EDA

EDA就是我們的自動化設計工具。因為每一個設計可能都是上億個電晶體，上億個元器件。如果沒有這種自動化的設計方法，肯定是沒辦法完成的。

IP就是先做一些預製件放這個地方。

第 三 部 分 差距

晶片>>超越摩爾>>IP

馮光濤：晶片可以看到右邊一個圖，就是給大家一個直觀感受。做出來的晶片的樣子，大概就是這樣。裡面有CPU的核，有些模擬的模塊。基本上，IP我們現在分成三大類，一個是CPU，CPU是一個很大的類，它裡面包含DSP，也包含視頻處理或者圖像處理了。這是一大類。然後一大類是接口類的，包含視頻的、高速串口、高速並口，一大堆的。還有一些屬於基礎類的，像單元庫、存儲、模擬類的、或者電源類的一些IP，這個就更細節一點。

IP，我剛才講設計複雜度實在是太高了，摩爾定律現在是繞不開。現在摩爾定律，可能有各種說法，我用最近看的維基百科，它是說兩年翻一倍，剛才謝博士講是18個月翻一倍，大概差不多。我們不是做學術研究，大概知道這個趨勢。摩爾定律以後，後面的集成度，集成的方式，除了把這個器件做小之外，其實它還會通過一些別的方式增加那個集成度。我們就講，這叫超越摩爾，more than moore。很多時候它是通過封裝的方式去做。包括剛才謝博士談到，海寧最近把兩片wafer疊在一起，通過矽通孔的方式增加集成度。

我查了一下維基百科，到2018年，集成度已經到500億個電晶體。大家可以想像，如果建一個房子，500億塊磚頭，一塊磚頭一塊磚頭這樣把它壘起來的話，不可想像。所以講，為什麼一定是需要一個IP的。

集成技術現在基本上有三條路，一條路就是把器件做小，這樣我的集成度會增加。做小就是我們常見的，350納米，180納米，然後一直就往下走，現在是40納米，28納米，14納米。中芯國際那個FinFET，就是從14納米開始做，10納米，再往下，就是7納米，5納米，3納米。這是一條路，把器件做小，自然而然可以集成多一點。另外一種方式，就是通過3D封裝。也許是用0.18做的一個晶片出來，但很多個晶片我把它合封在一起，對外面還是一個晶片，這樣也可以增加集成度。還有一個方式，是完全就是新材料、新器件。比如現在講的quantum device，量子器件，或者碳納米管，諸如此類的，完全把材料和器件革新。

這是國際半導體路線圖裡頭的一張圖。它裡面，基本上就把集成技術怎麼集成，講得蠻清楚的。一個是說器件小，從0.13一直到16納米，接著往下，反正器件越做越小。一個的話，就是把所有的晶片整合起來，這樣就可以把結構不一樣、工藝不一樣的晶片都可以整合。比如RF，射頻，用14納米去做，可能不合算了。功率器件，用小寸的工藝去做，就不一定合算了，可能用0.5甚至1微米就可以。邏輯運算可能是用14納米甚至7納米的東西來做。但這些工藝不同的晶片，可以把它封在一起，合封在一起，通過system in package，SIP的方式，達到更高的集成度。

這是其中的一個例子。就是異構的一些組件，把它封在一起。對外面看起來就是一個晶片。完全就是一個晶片，也是通過IO的方式把它連出來。

第二個用IP的原因，就是說成本太高了。大家可以看一下。在65納米的時候，它早期研發已經到2800萬美元。到5納米的時候，那基本上是5個億了，5億美元。如果不用預製件把它有些模塊先驗證好，太容易失敗了。

IP它的商業模式

基本上有兩種商業模式，能賺錢的。第一個是授權，就是license費。以ARM為例，ARM目前授權費大概是在100萬美金到1000萬美金這個量級。另外就是通過收版稅的方式，我們叫royalty。就是Wafer生產一片，我收一片的錢，售價在wafer價錢的1%~2%，大概是這樣。

下面我們看一下市場分析。這市場分析參考了芯原的招股書，還有一些證券類的公司的一些數據。

這裡全球IC市場，目前看起來是萬億美元，這是非常大的一個市場。國內大概是在2000億美元，但是國產率只有15%。這就是我們的一個機會，如果我們的國產率如果能夠增長到40%或者一半左右，50%，其實就是一個海量的市場空間。

到2019年，IP我們看起來市場大概是在40億美金左右。到2027年，就未來幾年，可能會增長到100億美元這樣的一個規模。年複合增長率在5%，大概是這樣一個量級。

分析它的市佔率

這個行業是非常集中的一個行業。前十大，看起來能夠佔到80%，全球排名前10的那些IP公司。國內，芯原算國內的公司，大概是在1.77%。

前5我們拉出來看，大概佔到66%、67%這個樣子，大概2/3。對國產IP，真的是一個很大的市場，特別是國產替代。芯原在我們國家，在中國IP公司裡面已經是No.1，這個No.1隻有2%不到。

從技術布局來看CPU是大頭。CPU裡面包含DSP和圖形處理的、圖像處理的，另外一大類就是Interface。現在把前幾的列出來，還有一個存儲，SSD它主要是在非揮發性存儲方面是很有優勢的，所以它雖然是這一個IP，但它的市場份額數非常大。

第 四 部 分 機遇

國產IP的機會

馮光濤：謝博士也談到，國內的IC公司現在增長得很快，很多公司規模不是那麼大，但是它要出產品，就要快速地把IC設計出來。它一定會去買IP，要不然它的研發周期會太長。所以客觀上對於IP公司來講，是增加了一些市場機會。

從工藝節點看，每一個向下的工藝節點，每進一步IP數量的增長大概是20%~40%。比如說在0.25，一個晶片當中可能用到10個IP。在5納米的時候，是用了218個IP，IP增長是很快的。

另外一個機會就是在IP當中，原來的CPU的佔比是非常非常大的。現在CPU的佔比往下降了一點。也就是說，IP其實更多樣化，目前能看到的機會就是在接口類的，在serdes。

我們在CPU這一塊，ARM架構已經定死了，而且它的生態也很完善，我們的機會在哪裡？>>

現在能看得到，基本上是在開源這個地方是有機會的，就是RISC-V。國內幾個採用的比較多的。大量的初創公司是集中在RISC-V，龍芯是用的MIPS的方案，申威它其實用的是Alpha架構，對我們來講RISC-V機會更大一些。這幾個跟ARM比，相對來講它的問題是生態不夠完善。比如硬體有，CPU核有，但是軟體沒有，或者開發環境沒有，或者APP應用軟體的應用層沒有。這樣導致我們就算有一個核，但是用不起來。這是我們現在面臨的一個問題。CPU是需要上下遊協作，來建立這樣一個完整的CPU的生態，包括硬體、軟體、我的應用、我的工具，在這地方要一起發力，這樣才能把它做起來。

另外，我們現在整機市場是在中國的，整機市場根據它的實際應用，可以來定製一些CPU，那不一定是標準的指令集了，這樣是有機會的。或者有一些新的應用，像AI出來了，物聯網出來了。這樣我用傳統的X86也好，或者是用ARM的架構，未必有優勢的。

從用戶的角度來定製一些，這也是我們的機會。比如在通信領域，我們的汽車電子、車規領域，或者消費領域，要把所有的指令集都集成進去嗎？倒也沒有必要，這對我們的CPU是會有機會的。

接口類我們現在落後主要是因為好多標準，它在制定標準的時候，我們根本沒有參加。看DDR，現在到DDR6，我們國內現在只做到DDR4。對DDR6，一開始標準都沒有搞清楚，這樣研發肯定是滯後的。

在接口這塊，如果有實力，要儘早去參與一些標準的制定，熟悉這些標準。像serdes，現在已經做到112G。credo已經做到112G，但目前看起來還不是國內的公司，對今後的供貨還是有點問題的。

另外，國產方案，剛剛金部長也談到，說我們的市場大。市場大，我們可以先試著用，它會給我們很多迭代的機會。迭代幾次以後，也許我就成功了。用起來我們才會發現它的缺陷、BUG，把bug修掉，我們就是一個成熟的方案。

在基礎類的那些IP當中，我覺得這個可以全面自主研發。在這一塊，比如像standard cell啊、IO啊，一些常用的ADC、DAC、PLL、LDO、POR，像這一類的東西，我覺得可以全面地自研。無論是foundry來做，還是專業的IP公司來做，我覺得都可以。

最近可以進入的一些典型應用。你比如說，像消費電子，可能是我們大家都關注到的。汽車電子，可能很多人還沒注意到。車規，因為它有一些認證，更複雜的認證過程。也許我們進不到核心的引擎控制，engine control這一塊。但infotainment，從車載電子娛樂系統，可以切入到車規這個行業裡面去。

看起來，我們的挑戰，我們的對手實在是太強大了。比如第一個，我們要跟全球競爭的話，就前5大它佔了2/3的市場份額，前10大佔了大概80%的市場份額。前10大裡頭，我們的verisilicon佔了1.77%，2%不到。我們的競爭對手實在是太強大了，他們基本上是一個平臺型的方案，比方說synopsys。它除了 IP之外，EDA它是捆綁銷售，也就是它給的就是一個平臺，是個total solution。我們往往是提供其中一個IP，比如一個USB，這樣就很難競爭。他們的生態也比較完整，他們在先進節點，比如他們5納米，已經做完了，甚至跟臺積電在3納米已經開始研發了。我們還在14納米，這是我們目前的幾個劣勢。

後面幾條大家可能都知道。做高科技產業，人是最主要的。市場在我們這裡，市場是不缺的，其實錢相對來講也沒那麼缺，因為現在熱錢不斷湧進半導體行業，現在變成一個投資熱點，像這點錢也沒那麼缺，就是人和技術。我們做出來的東西，智慧財產權不要盜版。辛辛苦苦做完以後，可能說人員一流動，所有技術全帶走，這樣其實是不鼓勵創新的，我覺得我們現在面臨的挑戰大概是這樣。

另外在建設國產IP這一塊，國家其實已經做了很多工作。比如像國家重大專項，任老師是非常熟了。我們有16個重大專項，其中跟IP相關的有3個，01、02、03。

01，我們也講，叫核高基，核心電子器件、高端通用晶片、還有基礎軟體。02是裝備，偏重於生產。03是通信。這三個專項裡頭，都有相當多的資金和任務是跟IP相關的，已經有一定的積累。

我以前在中芯國際參與了重大專項，在芯創智也繼續參與了重大專項。芯創智它建立的公共服務平臺裡頭，中芯和華力相關的 IP，有很多已經上到平臺上面去了。我們做的測試平臺裡頭，這是一個公共的測試平臺，就像DDR，就不管誰家做，它的子卡插上去以後，就能夠對它進行測試。

像02專項支持，芯創智做的一個比較好的項目是14納米。14納米的整個IP，中芯國際自己做了一部分，另外一部分就是芯創智建設的。中芯國際做了一部分是更基礎性的，跟工藝強相關。像單元庫、IO、eFuse，這一塊是跟工藝強相關的。另外一部分，就委託芯創智來組織實施，但也不是芯創智一家做。那個過程當中，我們把國內那些優質的IP資源，把它整合起來。比如我們開發了RISC-V，這是一個64位的開源CPU架構。我們能做到一個28G的 serdes，這個最初是華大承擔，現在他們spin off出來叫牛芯。而且有豐富的接口，像USB3.0、 PCIe3.0，都是有難度的一些IP。

所以我們通過產學研，跟高校進行合作。我們跟北京的學校，跟清華、跟北大，包括在上海跟復旦、跟交大都有一些合作。是可用做一些工作的。比如14納米是我們國家目前最先進的生產線。芯創智雖然是一個民營企業，但是它承擔的一些工作，把優質資源整合起來，就可以對中芯的生產線，對它的設計生產形成一個有力的支撐。

這個是另外一個我們承擔的01專項的項目。它那個名字就叫國產IP平臺的建設及應用。牽頭單位是中芯國際，在這裡55納米、40納米、28納米，那裡面無論是中芯國際還是華力，把這幾個節點的那些IP平臺都給它補充上去。

第 五 部 分 總結

做個小結。

馮光濤：IP的話，是整個產業鏈中一個關鍵的環節。大家如果做設計，我想應該都是很認同的，到2027年可能會達到100億美元這樣一個市場規模。

但是國產IP，目前種類、生態還不夠完善，特別是在處理器CPU、高速接口這一塊，落後太多了。國家可以集中資源、重點投入，把這些技術攻關、進行突破。這樣，國產IP供應鏈的安全性才能得到保證。

【END】