5G浪潮下，IP廠商的獻(xiàn)力與共贏
盡管半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)去年的市場總額為4183億美元，相較2018年下降了11.9%，但19年的IP市場卻走勢樂觀，市場總額增長了5.2%。分析機(jī)構(gòu)認(rèn)為，這一增長意味著該市場已經(jīng)擺脫了依靠智能手機(jī)帶來的急速增長，而進(jìn)入了2020年以數(shù)據(jù)為核心的時代。以下是2019年全球十大IP廠商的市場份額。
2019全球十大IP廠商的市場份額 數(shù)據(jù)來源：IPNEST
而IP下也有不少分類，其中最主要是處理器和接口兩種，處理器中包含CPU、DSP和GPU IP，而接口IP則往往與協(xié)議相關(guān)，囊括USB、PCI Express、以太網(wǎng)、MIPI、SATA、DP等。以下是2018年與2019年不同IP的市場占比。
2018/2019年不同IP的市場份額占比 數(shù)據(jù)來源：IPNEST
從上圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，處理器IP的市場份額從53.5%降至51%，而接口IP的市場份額則從20.3%增至22.1%。這足以說明除處理器外的IP市場滲透率增長，回顧2016年的情況，處理器IP可是霸占了63.8%的市場。
ARM
ARM在2019年依然是不折不扣的第一名，但其年增長比較平緩。從具體收入來看，相較2018年，ARM的授權(quán)收入增長了13.8%，而版稅收入?yún)s下降了6%，ARM將其歸結(jié)于智能手機(jī)份額的下跌。
新興的RISC-V對ARM究竟有何影響目前來看還難以得出結(jié)論，確切影響可能要幾年后才能做出評判，但不管怎么說，CPU IP的商業(yè)模式在發(fā)生改變，這也是客戶們喜聞樂見的。
Cortex-A77原理圖
ARM最新推出的CPU架構(gòu)為Cortex-A77，這是基于DynamIQ技術(shù)的第三代高性能CPU，也是ARM為5G應(yīng)用推出的專用IP方案，在IPC性能上相較上代Cortex-A77有了20%的提升。該CPU采用了面向應(yīng)用的Armv8-A架構(gòu)，不僅擁有更大的物理地址，64位的虛擬尋址，新的異常模型，還擁有更高效率的緩存管理。結(jié)合了big.LITTLE技術(shù)后，能夠兼具高運算性能和高能耗效率。
Ethos-N77原理圖
除了高性能CPU外，ARM也推出了Ethos-N77這類專為機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能準(zhǔn)備的處理器IP，提供高至4TOP/s的算力（2048個8位MAC），在多核部署的情況下可以實現(xiàn)100TOP/s以上的算力。同時該處理器在3x3的內(nèi)核上使用了Winograd算法，實現(xiàn)了225%的卷積性能提升，90%的MAC利用率。
Synopsys
市場份額占比18.2%的Synopsys，IP營業(yè)額在19年增長了13.8%，增長最多的當(dāng)屬其接口IP方案（19.3%）。為了滿足先進(jìn)5G芯片組設(shè)計的需求，Synopsys也在自身DesignWare?IP產(chǎn)品組提供了5G的解決方案，其中包括了高速模擬前端，還有先進(jìn)FinFET技術(shù)和處理方案中的接口IP。
DesignWare 5G原理圖
其接口IP支持7nm到22nm的工藝，依靠CSI-2、DSI和M-PHY這幾個MIPI協(xié)議，為圖像處理器等應(yīng)用提供高速的串行接口。LPPDR5/4/4X的IP實現(xiàn)了幾種低功耗狀態(tài)，且退出延遲極低。PCI Express 5.0/4.0 IP為芯片間通信提高了吞吐量。多協(xié)議物理層為PCIe、CCIX和以太網(wǎng)等接口提供了高質(zhì)量的信號完整性和高級的電源管理功能。
Cadence
與Synopsys同為老牌IP廠商和EDA廠商的Cadence，市場份額也從2018年的5.2%提升至2019年的5.9%，IP營業(yè)額也有了22.9%的增長，其中兩大“功臣”為接口IP和自家的Tensilica 處理器IP。
ConnX B20 DSP原理圖
Cadence在去年推出了ConnX B20 DSP，該DSP IP在高性能低能耗的數(shù)字信號處理上設(shè)下了新標(biāo)準(zhǔn)，專為5G和自動駕駛領(lǐng)域的雷達(dá)和激光雷達(dá)應(yīng)用打造。ConnX B20最多包含128MAC，每個周期可以加載1024位數(shù)據(jù)，在16nm制程上實現(xiàn)1.4GHz以上的頻率。在某些通訊處理過程中，B20比上一代BBE32EP要快30倍。
CEVA
CEVA作為頂級的DSP IP廠商，也早早就開始在5G領(lǐng)域布局了。CEVA在2018年就推出了面向eMBB設(shè)備的5G NR IP平臺PentaG。
PentaG 原理圖
PentaG支持5G eMBB下的所有應(yīng)用案例，包括SA、NSA、毫米波和sub-6GHz。同時還兼容LTE-A Pro和傳統(tǒng)LTE和3G技術(shù)。該IP平臺能夠維持10Gbps以上的比特率，而且可擴(kuò)展的架構(gòu)保證了所有先進(jìn)無線技術(shù)的支持，比如大規(guī)模MIMO、波束成形、復(fù)雜鏈路自適應(yīng)等。
隨著5G NR邁入第二階段，CEVA在今年推出了全新的高性能DSP CEVA-XC16。CEVA-XC16基于全新的第四代CEVA-XC多線程架構(gòu)，專為滿足現(xiàn)代5G RAN架構(gòu)的基帶計算需要打造。作為一款可擴(kuò)展的靈活SDR平臺，CEVA-XC16可以客制化以應(yīng)對多種應(yīng)用，比如大規(guī)模基帶的聚合和處理、DU加速、OpenRAN部署和大規(guī)模MIMO RRU等。
CEVA-XC16原理圖
CEVA-XC16使用了深度流水線和創(chuàng)新物理設(shè)計，在7nm制程上可以實現(xiàn)難以媲美的1.8GHz頻率，為256MAC的矢量計算單元和2048位寬的存儲器訪問帶寬提供時鐘，最高可以實現(xiàn)1600 GOPS的算力。這款雙標(biāo)量的DSP核基于CEVA-BX架構(gòu)，在控制代碼效率和代碼大小上比前代CEVA-XC有了30%的提升。而且全新的設(shè)計在實現(xiàn)同樣的性能下，比前代DSP多節(jié)省了35%的占用面積。
還有不少IP廠商也在加緊研發(fā)自身5G應(yīng)用的IP方案，比如芯原微電子（VeriSilicon）也加入了這類應(yīng)用的DSP研發(fā)。芯原目前正在著手一款名為ZSP G5-V128i的DSP IP研發(fā)，據(jù)其描述可知，這是一款基于RISC架構(gòu)、針對5G應(yīng)用的高性能矢量數(shù)字信號處理器。在28nm半導(dǎo)體工藝的條件下，該DSP可以實現(xiàn)單時鐘周期內(nèi)128個16x16bit的乘累加運算，可滿足5G、計算機(jī)視覺、人工智能等應(yīng)用的運算性能需求。
Achronix為了助力5G芯片的快速上市，也對應(yīng)推出了Speedcore嵌入式FPGA（eFPGA）IP。這種高度集成的做法有許多好處，與chiplet小芯片的技術(shù)相比，該接口能夠提供更高的帶寬，更低的延遲和更低的能耗。像5G極化碼之類的后期改動都可以交由eFPGA而非ASIC，新的加密標(biāo)準(zhǔn)也可以通過嵌入式可編程邏輯解決，而不需要借助軟件和外部FPGA。這樣做延長現(xiàn)有SoC的生命周期，不用為了滿足URLLC和mMTC等新標(biāo)準(zhǔn)的要求，進(jìn)行額外的新品開發(fā)工作，從而縮短了上市時間。
適用于5G基帶單片集成的異構(gòu)多核SoC
5G大時代的來臨，也讓Imagination Technologies這類專注于GPU IP的公司從中發(fā)現(xiàn)了進(jìn)一步擴(kuò)展的機(jī)會。隨著5G提高了連接速度減少了延遲，VR/AR以及光線追蹤在手機(jī)端上的應(yīng)用場景也擴(kuò)大了，Imagination Technologies借此東風(fēng)也在去年年底推出了IMG A系列的GPU。該系列GPU聲稱性能比上一代PowerVR GPU提升了2.5倍，AI處理速度提升了8倍，同時降低了60%的功耗。
小結(jié)
從MarketsandMarkets的研報來看，半導(dǎo)體的IP市場將從2017年的47億美元增至2024年的65億美元，該預(yù)測期間內(nèi)的復(fù)合年增長率為4.8%。在這7年的區(qū)間內(nèi)，處理器IP市場仍將占據(jù)最大的份額，主要分布在消費類電子和汽車領(lǐng)域的ADAS內(nèi)。
從市場趨勢來看，以數(shù)據(jù)為核心的IP開發(fā)才是各家廠商當(dāng)前的重中之重。這些IP為高性能的5G應(yīng)用實現(xiàn)提供了便利，而且未來云計算、VR/AR、AI以及自動駕駛都需要更大的數(shù)據(jù)處理能力。相信在5G R17標(biāo)準(zhǔn)的推行下，未來各大廠商的IP也會在IIOT和URLLC有著進(jìn)一步的增強。
