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
看点：ARM背后的IP核产业，芯片产业链进一步专业化的未来。
6月10日，芯片设计公司ARM开除其中国合资企业安谋中国CEO吴雄昂，因发现该名高管成立竞争性基金“Alphatecture”，该基金旨在投资使用ARM技术的公司。随后，当事双方发表多份声明，事件也产生多次反转，上演了一场科技行业的“宫斗”大戏。自2016年被软银收购后，ARM公司的名气可谓是蒸蒸日上，一举一动都吸引着整个芯片行业的眼球。今天，我们并不想讨论ARM这场宫斗大戏的是是非非，而是来看看ARM公司背后的大产业——IP核。
IP（Intellectual Property）核是芯片设计环节中逐步分离出来的、经过验证的、可重复使用的设计模块，其作用就是在芯片设计环节中降低冗余设计成本，降低错误发生的风险，提高芯片设计效率。IP 核本身是产业链不断专业化的产物，是芯片设计知识产权的重要体现，也是半导体产业链下一步升级的重要方向。产业每一轮专业化升级都有其内在的供需原因，且往往是追求规模成本效应的结果，IP 核行业的产生和发展也是如此。
当前全球核心 IP 主要由 ARM、Synopsys、Cadence 提供，合计占比近 65%，以 ARM Cortex、Synopsys ARC、Cadence Tensilica 为首的 IP 核生态覆盖全球芯片设计行业。一方面ARM 份额远超其余玩家，另一方面后进竞争玩家也在奋力追赶。未来，IP 核的技术、生态、平台化建设将是企业护城河的核心构成。
本期的智能内参，我们推荐长江证券公司的研究报告《 模块化芯片设计，稀缺性价值赛道 》，详解IP核行业的内涵、发展现状和国产替代趋势。如果想收藏本文的报告，可以在智东西（公众号：zhidxcom）回复关键词“nc465”获取。
本期内参来源：长江证券
原标题：
《 模块化芯片设计，稀缺性价值赛道》
作者：莫文宇
半导体知识产权的集中体现——IP 核
IP 核，是具有知识产权核的集成电路芯核的总称，是经过反复验证过的、具有特定功能的、可以重复使用的、包含特定核心元素的（指令集、功能描述、代码等）集成电路设计宏模块（逻辑或功能单元），如 AHB、 APB、 以太网、SPI、USB、UART 内核等，主要应用于专用集成电路（ASIC）或者可编辑逻辑器件（FPGA）。采用 IP 授权方式设计和开发芯片有如下优点：
1、 经过验证的优质 IP 模块，具有高性能、功耗低、可复用、可规模化、成本适中的特点，可作为独立设计成果被交换、转让和销售；
2、 使用 IP 模块可以让芯片设计厂商基于“模块”开发，避免了重复劳动，有利于芯片设计厂商将精力聚焦到提升核心竞争力的研发中。
3、 在智能终端创新升级加速的阶段，快速的芯片设计并推出产品是抢占市场的重要手段，IP 核心让研发团队仅须整合预先制作的功能区块，不须进行任何设计或检验作业，即能迅速开发大型的系统单芯片设计。
从行业主要玩家探寻IP核未来发展趋势
IP 核行业格局的总体格局是高度集中，后进追赶。整体市场保持成长，产品需求增长较快，同时由于 IP 核技术壁垒较高，进入难度大，主要玩家为 ARM、Synopsys、Cadence，同时后进新发竞争者较多；同时，竞争者提供不大相同的产品或服务，用户转换成本较高。
全球 IP 核龙头企业 ARM 从 2007 年 33%的市场占有率增加到 2017 年的 46.2%，但2018~2019 份额分别为 43.02%、40.8%，表明 IP 行业一方面具有高度集中的特征，另一方面集中度在后来者的逐步跟进下呈现下降的趋势。
国产替代浪潮
总结前文，IP核行业有以下三大特点：
1、高度集中，Synopsys、Cadence 等老牌 EDA 厂商在积极扩张 IP 核业务，新兴玩家也在持续加入；
2、不涉及实际制造环节，毛利率较高，研发费用+并购费用高；
3、竞争核心力：
对于一家IP核公司，其核心竞争力体现在以下三个方面：
IP 种类丰富度。需要技术自研能力，也需要以并购方式更快地获取技术，打造自身的技术护城河；
对制程和工艺的持续探索。随着摩尔定律演进，FinFET、FD-SOI 等新技术持续发展，SoC、Chiplet 技术也在不断完善，对于 IP 行业来说对先进技术的不断探索将会是竞争的重要环节。
生态+平台化建设。由于 IP 模块和芯片设计企业客户的研发体系是深度耦合的，IC 设计企业的技术积累，全都基于所采用的 IP，因此迁移成本较高。建立上下游生态网络可增强客户粘性，打造护城河；同时拓展多种客户群体也可增强经营韧性，寻求新的增长机遇。平台化建设则是在丰富、可靠的 IP 核基础上提供多样化的协同服务，如软件、IC 设计平台、IC 定制等设计服务，一方面提高了对设计能力较弱的初创型公司、系统厂商的服务能力，另一方面可通过业务之间的协同性增强用户粘性。
半导体国产化将为 IP 产业发展提供增长动能。目前我国绝大部分的芯片都建立在国外公司的 IP 授权或架构授权基础上，一方面国外企业具有的优势地位使得授权费用较高，增加了我国芯片设计企业的设计成本；另一方面半导体核心技术和知识产权如果受制于人对于我国的国产芯片的自主和安全而言是一个潜在的风险，因此推进 IP 和芯片底层架构国产化是市场的选择也是国家战略的需求。
本土初创公司快速发展带来 IP用量新市场。随着中国芯片制造及相关产业的快速发展，本土产业链逐步完善，晶圆代工、封测等厂商实力日益提升，为我国初创型芯片设计公司提供了强大的下游支持，我国芯片设计公司数量快速增加。同时，由于初创芯片设计公司技术基础相对薄弱，而快速变化的市场需求对芯片设计的效率和成本有了更高的要求，IP 核可大幅提高芯片设计效率的特性将吸引大量初创芯片设计公司。ICCAD 公布的数据显示，自 2016 年以来，我国芯片设计公司数量大幅提升， 2015 年仅为 736家， 2019 年则增长至 1,780 家，年均复合增长率为 24.71%。
6月10日，芯片设计公司ARM开除其中国合资企业安谋中国CEO吴雄昂，因发现该名高管成立竞争性基金“Alphatecture”，该基金旨在投资使用ARM技术的公司。随后，当事双方发表多份声明，事件也产生多次反转，上演了一场科技行业的“宫斗”大戏。自2016年被软银收购后，ARM公司的名气可谓是蒸蒸日上，一举一动都吸引着整个芯片行业的眼球。今天，我们并不想讨论ARM这场宫斗大戏的是是非非，而是来看看ARM公司背后的大产业——IP核。
IP（Intellectual Property）核是芯片设计环节中逐步分离出来的、经过验证的、可重复使用的设计模块，其作用就是在芯片设计环节中降低冗余设计成本，降低错误发生的风险，提高芯片设计效率。IP 核本身是产业链不断专业化的产物，是芯片设计知识产权的重要体现，也是半导体产业链下一步升级的重要方向。产业每一轮专业化升级都有其内在的供需原因，且往往是追求规模成本效应的结果，IP 核行业的产生和发展也是如此。
当前全球核心 IP 主要由 ARM、Synopsys、Cadence 提供，合计占比近 65%，以 ARM Cortex、Synopsys ARC、Cadence Tensilica 为首的 IP 核生态覆盖全球芯片设计行业。一方面ARM 份额远超其余玩家，另一方面后进竞争玩家也在奋力追赶。未来，IP 核的技术、生态、平台化建设将是企业护城河的核心构成。
本期的智能内参，我们推荐长江证券公司的研究报告《 模块化芯片设计，稀缺性价值赛道 》，详解IP核行业的内涵、发展现状和国产替代趋势。如果想收藏本文的报告，可以在智东西（公众号：zhidxcom）回复关键词“nc465”获取。
本期内参来源：长江证券
原标题：
《 模块化芯片设计，稀缺性价值赛道》
作者：莫文宇
半导体知识产权的集中体现——IP 核
IP 核，是具有知识产权核的集成电路芯核的总称，是经过反复验证过的、具有特定功能的、可以重复使用的、包含特定核心元素的（指令集、功能描述、代码等）集成电路设计宏模块（逻辑或功能单元），如 AHB、 APB、 以太网、SPI、USB、UART 内核等，主要应用于专用集成电路（ASIC）或者可编辑逻辑器件（FPGA）。采用 IP 授权方式设计和开发芯片有如下优点：
1、 经过验证的优质 IP 模块，具有高性能、功耗低、可复用、可规模化、成本适中的特点，可作为独立设计成果被交换、转让和销售；
2、 使用 IP 模块可以让芯片设计厂商基于“模块”开发，避免了重复劳动，有利于芯片设计厂商将精力聚焦到提升核心竞争力的研发中。
3、 在智能终端创新升级加速的阶段，快速的芯片设计并推出产品是抢占市场的重要手段，IP 核心让研发团队仅须整合预先制作的功能区块，不须进行任何设计或检验作业，即能迅速开发大型的系统单芯片设计。
▲IP 核的特征与优势
▲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
▲软/固/硬核的内容区别
▲ 软/固/硬核的范例示意图
▲软固硬核的区别
▲全球半导体市场（单位：亿美元）
▲ ARM 经营的三个阶段（单位：百万美金）
▲全球半导体市场（单位：亿美元）
▲ 芯片出货量（单位：十亿片）
▲芯片设计成本（单位：百万美元）
▲IP 核行业的发展符合半导体产业发展的趋势
▲ARM 的商业模式
▲ARM 的主要收费标准
▲ARM 各级授权级别
▲数字、数模混合 IP 数量（单位：个）
▲全球 IP 应用结构
▲2018 年 IP 核品类结构
从行业主要玩家探寻IP核未来发展趋势
IP 核行业格局的总体格局是高度集中，后进追赶。整体市场保持成长，产品需求增长较快，同时由于 IP 核技术壁垒较高，进入难度大，主要玩家为 ARM、Synopsys、Cadence，同时后进新发竞争者较多；同时，竞争者提供不大相同的产品或服务，用户转换成本较高。
全球 IP 核龙头企业 ARM 从 2007 年 33%的市场占有率增加到 2017 年的 46.2%，但2018~2019 份额分别为 43.02%、40.8%，表明 IP 行业一方面具有高度集中的特征，另一方面集中度在后来者的逐步跟进下呈现下降的趋势。
▲全球 IP 核市场格局
▲ 全球 IP 集中度呈现下降趋势
▲全球 IP 核行业竞争格局（百万美元）
▲全球 IP 授权市场格局
▲ 全球 IP 版权收费格局
1、 ARM：全球 IP 绝对龙头，生态化深筑护城河
ARM 是全球最大的芯片架构（IP）供应商，成立于 1978 年，1990 年代向 RISC 指令集发展，随后迅速成长为全球低功耗、高性能芯片架构龙头，市占率长期高于 40%。ARM 目前全球芯片客户超过 500 家，生态合作伙伴遍布全球半导体产业链，已形成以Arm 为核心的全球最大的技术生态体系。 ARM 的处理器架构具有性能高、成本优和能耗低的优势，从 21 世纪开始在手机、平板电脑、嵌入控制、多媒体数字等处理器领域迅速获得主导地位。1991 年至 2017 年全球已出货超 1,000 亿颗使用 ARMIP 核的芯片，而 ARM 预计下一个千亿出货量将在 2021年实现。截至 2020 年，全球已出货超 1,600 亿颗使用 ARMIP 核的芯片。在中国市场上，目前 ARM 的中国合作伙伴超过 200 家，国产 SoC 中有 95%是基于 Arm 处理器技术，使用 Arm 处理器技术的中国客户的出货量超过 160 亿。
▲ARM 预计 2021 年实现公司第二个千亿出货量计划
▲ARM 架构芯片应用领域
▲ARM 主要产品
▲ ARM 应用领域
▲ARM 的营收及利润增速（单位：亿美金）
▲ARM 业务结构
▲ARM 的 IP 授权类业务收入占比超 90%
▲ARM 的毛利率长期高于 90%，净利率也在逐步提升至超 30%
▲ ARM 的研发费用比例约为 30%
▲ARM 打造了 IP 核生态系统
▲芯片设计环节中的成本构成
2、 Synopsys：EDA 龙头加速并购，IP 业务地位持续提升
Synopsys 成立于1986 年，总部位于美国硅谷，是全球排名第一的电子设计自动化(EDA)解决方案提供商，全球排名第二的芯片 IP 核供应商，同时还提供用于验证包含芯片的电子系统和在其上运行的软件和硬件，另外还是全球领先的软件安全供应商。Synopsys的 2019 年营业额逾 33 亿美元，拥有 3,200 多项已批准专利。Synopsys 目前拥有 14,000多名员工，分布在全球 116 个分支机构。 与 ARM 专注于 IP 核架构不同，Synopsys 主体业务为 EDA，IP 和系统集成业务约占营收的 30%，近年来 IP 核业务占比稳定提升。
▲SynopsysIP 业务占比近年来持续提升
▲Synopsys 围绕 EDA 构建芯片设计综合服务能力
▲ SynopsysIP 品类覆盖面广
▲Synopsys 的主要 IP 类别
▲Synopsys 自 2010 年来 IP 业务占比持续提升，已成为 EDA 软件以外的重要业务支柱
▲Synopsys 营收持续提升（单位：亿美金）
▲Synopsys 净利润在 2018、2019 大幅提升（单位：亿美金）
▲Synopsys 毛利率长期高于 75%
▲Synopsys 研发费用比例约为 30%
▲Synopsys2014 年以来并购案
3、 Cadence：全球前三 IP 供应商，平台化打造竞争力
Cadence 是专门从事 EDA 软件服务的公司，是全球最大的 EDA、程序方案服务和设计服务供应商之一，也是全球第三的 IP 核供应商。公司产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计，功能验证，IC 综合及布局布线，模拟、混合信号及射频 IC 设计，全定制集成电路设计，IC 物理验证，PCB 设计和硬件仿真建模等。 Cadence IP 产品组合包括经过硅验证的 Tensilica IP 内核，模拟 PHY 接口，基于标准的 IP 内核，验证 IP 和其他解决方案，以及针对当前和新兴行业标准的定制服务。IP 核产品覆盖 DDR/LPDDR、OSPI、SD/SDIO、NAND/ONFIToggle、SerDes、PCIe、CCIX等。
▲Cadence 除 Tensilica 以外的主要 IP 核能力
▲Cadence 多种业务并行，平台型服务打造较强竞争力
▲Cadence 近十年维持稳健增长（单位：亿美金）
▲Cadence 2013 年以来 ROE 逐渐走高，2019 年达 58.32%
▲ Cadence 研发支出约为 30%（单位：亿美金）
国产替代浪潮
总结前文，IP核行业有以下三大特点：
1、高度集中，Synopsys、Cadence 等老牌 EDA 厂商在积极扩张 IP 核业务，新兴玩家也在持续加入；
2、不涉及实际制造环节，毛利率较高，研发费用+并购费用高；
3、竞争核心力：
对于一家IP核公司，其核心竞争力体现在以下三个方面：
IP 种类丰富度。需要技术自研能力，也需要以并购方式更快地获取技术，打造自身的技术护城河；
对制程和工艺的持续探索。随着摩尔定律演进，FinFET、FD-SOI 等新技术持续发展，SoC、Chiplet 技术也在不断完善，对于 IP 行业来说对先进技术的不断探索将会是竞争的重要环节。
生态+平台化建设。由于 IP 模块和芯片设计企业客户的研发体系是深度耦合的，IC 设计企业的技术积累，全都基于所采用的 IP，因此迁移成本较高。建立上下游生态网络可增强客户粘性，打造护城河；同时拓展多种客户群体也可增强经营韧性，寻求新的增长机遇。平台化建设则是在丰富、可靠的 IP 核基础上提供多样化的协同服务，如软件、IC 设计平台、IC 定制等设计服务，一方面提高了对设计能力较弱的初创型公司、系统厂商的服务能力，另一方面可通过业务之间的协同性增强用户粘性。
半导体国产化将为 IP 产业发展提供增长动能。目前我国绝大部分的芯片都建立在国外公司的 IP 授权或架构授权基础上，一方面国外企业具有的优势地位使得授权费用较高，增加了我国芯片设计企业的设计成本；另一方面半导体核心技术和知识产权如果受制于人对于我国的国产芯片的自主和安全而言是一个潜在的风险，因此推进 IP 和芯片底层架构国产化是市场的选择也是国家战略的需求。
本土初创公司快速发展带来 IP用量新市场。随着中国芯片制造及相关产业的快速发展，本土产业链逐步完善，晶圆代工、封测等厂商实力日益提升，为我国初创型芯片设计公司提供了强大的下游支持，我国芯片设计公司数量快速增加。同时，由于初创芯片设计公司技术基础相对薄弱，而快速变化的市场需求对芯片设计的效率和成本有了更高的要求，IP 核可大幅提高芯片设计效率的特性将吸引大量初创芯片设计公司。ICCAD 公布的数据显示，自 2016 年以来，我国芯片设计公司数量大幅提升， 2015 年仅为 736家， 2019 年则增长至 1,780 家，年均复合增长率为 24.71%。
▲国内初创芯片设计企业数量（单位：家）
▲IP 核研发成本高昂，初创企业较难承担研发耗费
