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本文框架

IP（IntellectualProperty）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。

芯片用量品类催生IP需求：一方面，半导体市场持续扩容，PC、智能手机的诞生与兴盛带来了海量的芯片需求，同时智能手机中有CPU、存储芯片、电源管理芯片、闪存芯片、无线局域网芯片等几十种不同类型的芯片，芯片品类也在不断扩张；此外，芯片迭代速度不断加快，移动终端对低功耗、高节能的要求更高，芯片设计的时间、功能、成本的要求也在不断提升。另一方面，随着芯片制程沿着摩尔定律不断发展，各类制造工艺、材料使用的探索和开发，芯片设计难度也在同步提升。用量、品类、设计速度、功能、成本和难度共同构成了芯片设计环节进一步专业化分工的需求动力。

产业专业化孕育IP核供应：IP核主要是IDM、芯片设计公司在多年芯片设计过程中通过设计重用以降低冗余研发所产生的一些经过验证的、可重复利用的指令集、代码、功能描述和具体物理模块。随着IP核的不断累积、使用频率的不断加大，一部分专门提供IP核授权的公司应运而生，其中最为著名的ARM公司就在这个浪潮中逐步成长起来的全球龙头，牢牢占据着超40%的IP行业份额。同时，由于IP核的特殊性（往往是指令集、代码等文件），IP核行业形成了较为独特的以“授权+版税”为主的商业模式。

从公司发展的层面来看，ARM是当之无愧的全球龙头，既是时代和产业发展的产物，也是自身战略的结果。我们分析ARM作为全球龙头其发展的历史、兴盛的原因，从ARM公司发展的历史角度研判IP行业的发展趋势，认为IP行业一方面会维持高度集中的竞争格局，但后来者势头凶猛；另一方面平台化、生态化将会是未来IP行业的主要方向，具备这些特质的公司将有更强的竞争能力。我们认为半导体国产替代确定性较强，未来国内稀缺的IP供应商将占价值高地，新赛道+国产化将是重要的投资价值。

IP：供需合力下的下一个产业升级方向

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。

目前，IP核已经变成系统设计的基本单元，如Intel的CPU技术、Nvidia的GPU技术、TI的DSP技术、Motorola的嵌入式MCU技术、Trident的Graphics技术等。

IP核模块有行为（Behavior）、结构（Structure）和物理（Physical）三级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同分为三类，即软核（SoftIPCore）、完成结构描述的固核（FirmIPCore）和基于物理描述并经过工艺验证的硬核（HardIPCore）。

软核：软核是IP核应用最广泛的形式。IP软核是独立于制造工艺的寄存器传输级（RTL）代码，经过行为级（behavioral）的功能验证（functionalverification）和优化，一般指的是用语言描述的功能块，包括逻辑描述、网表和帮助文档等，并不涉及具体电路元件以及任何的具体的物理信息。

硬核：IP硬核是通过系统设计验证、物理版图设计验证和工艺制造获得的半成品或者产品。其优点是确保电路性能达到设计目标，提交形式是芯片制造掩模版结构的全部版图和详细系统的全套工艺相关文件。由于与成套工艺的绑定，硬核没有应用灵活度。工艺升级后相应的硬核需要重新验证、重新进行物理设计。

固核：在软核与硬核之间的是IP固核是软核和硬核的一个折中，它只对描述功能中一些比较关键的路径进行预先的布局布线，而其他部分仍然可以任由编译器进行相关优化处理。固核通常以逻辑门级网表（gate-levelnetlist）的形式提交。由于固核多由设计客户完成最终布线设计，因此核的端口位置、核的形状和大小都可以调整，比硬核更具有灵活度。目前，固核也是IP核的主流形式之一。

产业链进一步专业化的未来

IP产业的发展主要分为两个阶段，一个是20世纪80年代中后期至年前后，PC兴盛、移动终端逐步发展，这个时候IP核已逐步开始从芯片设计环节中单独出来，最典型的就是ARM公司的发展；另一个阶段则是年开始的、以智能终端为驱动力的高速发展阶段，此时Synopsys、Cadence的IP业务也进入了高速发展期。纵观IP产业发展，我们从市场需求和供给两个角度研判，未来IP行业将在5G+物联网对芯片用量和品类需求的持续增长+IP供应商研发实力持续增强的驱动下，迎来第三次腾飞。

需求视角下的必然性

需求：一方面是半导体市场整体容量扩大，大量的芯片设计需求推动了IP的诞生。在上个世纪80年代中后期以欧美为主的半导体市场在个人PC的引领下进入快速发展期，大量的市场需求推动了半导体产业链的专业化分工，Fabless、设计服务公司、晶圆代工、封装测测各司其职的模式逐步得到确立。在这个过程中，ARM公司利用其在RISC指令集的优势与Intel错位竞争，并在苹果的支持下改变其产品策略，不再生产芯片，转而以授权的方式开启了IP商业模式，通过收取一次性授权费用和版税提成获取利润，同时降低了直接生产产品所需要承担的生产风险。随后，在个人PC、移动终端的快速发展下，以ARM为代表的IP行业也在不断发展。

未来，继个人PC、智能手机后半导体产业将在物联网、云计算、人工智能和大数据等新应用的兴起下逐步进入下一个发展机遇期。根据IBS报告，这些应用驱动着半导体市场将在年达到10,.20亿美元，~年均复合增长率为9.17％，市场容量不断扩大，芯片的品类、数量和更迭速度要求持续提升，IP行业将得到进一步的发展。据ICInsight，预计年全球芯片出货量将达10,亿颗，同比增长达7.13%。

另一方面是随着摩尔定律的演绎，制程和工艺持续改进，高性能芯片设计难度不断在加大。当前随着摩尔定律的不断深入下探，20nm以及小于20nm先进节点的高性能IC设计与16nm/14nmFinFET、3DIC相关的先进技术涉及到从系统设计验证、芯片实现到三维封装设计已经非常复杂，高集成度与IC测试/验证难度不断加大。

1.单颗芯片可容纳晶体管数量增加。随着先进工艺节点不断演进，芯片的线宽不断缩小，单颗芯片上可容纳的晶体管数量也快速增加，单位面积性能得以相应提升。根据IBS报告，以80mm面积的芯片裸片为例，在16nm工艺节点下，单裸片可容纳的晶体管数量为21.12亿个；在7nm工艺节点下，晶体管数量为69.68亿个。

2.采用先进工艺节点的芯片设计成本逐渐提高。先进工艺节点使用晶体管数量持续增长，使设计的复杂度不断增加，从而提高了设计成本。根据IBS报告，以先进工艺节点处于主流应用时期的设计成本为例，工艺节点为28nm时，单颗芯片设计成本约为0.41亿美元，而工艺节点为7nm时，设计成本则快速升至约2.22亿美元。即使工艺节点达到成熟应用时期，设计成本大幅度下降的前提下，相较同一应用时期的上一代先进工艺节点，仍存在显著提升。

高成本、高风险的设计投入使芯片设计公司在研发先进工艺节点的芯片产品时，需要有大规模的产销量支撑来平摊设计成本，为降低设计风险和成本，芯片设计公司越来越多地寻求使用经过验证的半导体IP。未来，集成电路设计产业中基于平台的设计，即以应用为导向，预先集成各种相关IP，从而形成可伸缩和扩展的功能性平台，是一种可升级的IP复用性解决方案，可以快速实现产品升级迭代，同时降低设计风险与设计成本。随着个人计算机产业向手机产业迈进，终端产品更加复杂多样，芯片设计难度快速提升，研发资源和成本持续增加，促使全球半导体产业分工继续细化，芯片设计产业进一步拆分出半导体IP产业，而芯片设计服务产业的服务范围也将进一步扩大。

供给视角下的充分性

半导体产业链进一步精细化，传统IDM或Fabless公司在多年的芯片设计中确立了设计重用以降低重复设计、冗余研发的原则，而其中一些成功的芯片设计成果的可重用部分经多次验证和完善就形成了IP核。随着运用IP核进行设计的芯片越来越多，ARM公司独辟蹊径开创了IP核授权的商业模式。ARM的IP核授权商业模式是基本授权费(LicenseFee)和基于版税(Royalty)模式的结合。设计公司首先通过支付IP技术授权费来获得在设计中集成该IP并在芯片设计完成后销售含有该IP的芯片的权利，而一旦芯片设计完成并销售后，设计公司还需根据芯片销售平均价格(ASP)按一定比例(通常在1%~3%之间)支付版税给ARM。

ARM的授权模式主要为：

使用层级授权：作为最低的授权等级，拥有使用授权的用户只能购买已经封装好的ARM处理器核心，不可更改原有设计。而如果想要实现更多功能和特性，则只能通过增加封装之外的DSP核心的形式来实现。由于担心对知识产权保护不力，ARM对很多中国背景的企业均采取这一级别的授权。

内核层级授权（POP，ProcessorOptimizationPack）：指可以以一个内核为基础然后再加上自己的外设，比如USART、GPIO、SPI、ADC等，形成新的MCU，代表厂商包括三星、德州仪器(TI)、博通、飞思卡尔、富士通以及Calxeda等。

架构/指令集层级授权：可以对ARM架构进行大幅度改造，甚至可以对ARM指令集进行扩展或缩减，代表厂商主要是苹果（年开始使用基于ARM架构自研的Cyclone架构，后续开发出Swift、Typhoon、Twister等架构）、高通（基于ARM架构自研Scorpion、Krait、Kryo等架构）、Marvell以及华为（ARMV8，自研达芬奇架构）。

此外，根据不同用途还可分为：

单用途授权：在某一个特定领域使用ARM技术。如Cortex-A系列的单用途授权费前期约为万美元，每颗芯片版税约2％。这种授权非常适合创业公司，或者目标明确的特定设计项目。

多用途授权：适合大型企业，可用于多种产品。授权费相对较高，但在一定时间内，授权技术可以尽可能地设计更多芯片、随需求用在任何产品中，但是期限过后则需续费方可继续使用。终身多用途授权：多用途授权中的终身使用版本，但由于技术更新换代较快，一般而言使用期约为10~20年。

订购授权：大企业可以据此购买ARM一整套产品的技术，同时时间较长，内部研发风险和成本相对较低，但门槛较高，往往需要数千万美元。

此外还有学术授权、设计入门等特殊授权，价格较低但不可用于销售。

ARM的各类授权层级为不同需求的客户提供了针对性的可定制化的IP授权服务，通过已验证的IP核和架构大大缩减了芯片设计公司的芯片设计难度、验证时间、设计成本，不仅为大型公司提供设计便利，也为许多缺乏深厚技术基础的初创公司降低了芯片设计门槛，大大促进了全球芯片设计产业尤其是IP产业的发展。除了类似ARM这样的专业的IP供应商外，IP核还可来自EDA、Foundry和芯片设计服务公司，他们以提供IP核来提升用户的黏性，IP收入占比一般较小。

供需共振打开IP行业快速上行通道

IP应用数量持续增加。随着超大规模集成电路设计、制造技术的发展，集成电路设计步入SoC时代，设计变得日益复杂。当前国际上绝大部分SoC都是基于多种不同IP组合进行设计的，同时，随着先进制程的演进，线宽的缩小使得芯片中晶体管数量大幅提升，使得单颗芯片中可集成的IP数量也大幅增加。根据IBS报告，以28nm工艺节点为例，单颗芯片中已可集成的IP数量为87个。当工艺节点演进至7nm时，可集成的IP数量达到个。单颗芯片可集成IP数量增多为更多IP在SoC中实现可复用提供新的空间，从而推动半导体IP市场进一步发展。

非CPU的多种IP不断发展。随着全球产业发展，处理器IP仍将占据最大市场份额，但随着各种接口、GPU、数模、存储IP技术的不断成熟，未来非CPU的多种IP份额将会持续提升，如新一代高速接口IP：PCIe（PCIexpress）4.0（；5.0，）、USB3.2（）、DDR/LPDDR5（）、HBM2（高带宽存储器highbandwidthmemory，HBM；V2/V3，）、SATArev3、HDMI2.1、MIPIDSI/DPI、Bluetooth5（）和Ethernet（Gbps，）等接口标准的新版本IP正在不断涌现。

AI算法推动IP核研发加速，进一步提升IP核在芯片设计中的使用占比。人工智能（AI）技术的发展带来了计算模型的变革，一方面使得各大IP供应商纷纷推出为AI定制或与AI结合的IP，如Synopsys公司于日前推出了高性能嵌入式视觉处理器IP——DesignWareEV系列；另一方面人工智能算法也被用在IP相关的EDA工具当中，如华大九天推出的EmpyreanMcfly就是用人工智能算法实现IP验证加速。

从行业主要玩家探寻未来发展趋势

行业格局：高度集中，后进追赶

IP核行业整体市场保持成长，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从年33%的市场占有率增加到年的46.2%，但~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。

从授权和版权收费来看，Synopsys收费模式主要为授权，ARM则在版权收费上一骑绝尘，同时授权收费亦处于第一梯队。ARM的授权+版税模式是支撑其保持全球龙头地位的重要支柱。

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，成立于年，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。年至年全球已出货超1,亿颗使用ARMIP核的芯片，而ARM预计下一个千亿出货量将在年实现。截至年，全球已出货超1,亿颗使用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亿。

ARM处理器市场覆盖率最高、发展趋势广阔，基于ARM技术的32位微处理器，市场的占有率目前已达到80%。我国的中兴集成电路、大唐电讯、华为海思，以及国外的一些公司如德州仪器、意法半导体、Philips、Intel、Samsung等都推出了自己设计的基于ARM核的处理器。ARM在多个领域具备优势地位：

随着年以来智能手机在全球市场的高速发展，低成本、高性能、低功耗的ARM架构受到各大厂商的欢迎，自年直到年底被Softbank收购前，ARM营收实现了年复合增长17.28%（未计算年中数据），在年达到14.34亿美元；净利润实现年复合增长30.39%，达5.03亿美元，净利率超30%。

IP核授权业务是ARM最主要的营收来源，占比在H~H持续提升，从94.78%不断增长到96.45%，显示IP核授权业务在ARM自身技术和生态优势下盈利能力不断增长。在IP核授权类收入中，版权费和授权费收入分别约占总收入的50%/40%，随着全球芯片出货量的快速增长+ARM商业策略的调整（ArmFlexibleAccessforStartups，初创企业可实现0费用开发ARM芯片），版权费收入占比呈现逐步提高的趋势。

ARM核心业务为IP架构研发和销售，不从事芯片实际的生产与制造，因此毛利率较高，~H年间毛利率维持超90%；净利率同样维持较高水平，截至H净利率达33.36%；ROE基本维持在10%~20%之间。研发投入上ARM的研发支出/营业收入占比约为30%。

“技术+生态”打造强大护城河。技术以外，ARM的优势在于其打造了基于ARMIP核的全球技术生态，从芯片设计、制造到销售提供了各类支持，以创新实力+深度合作打造客户的黏性，形成了ARM独步全球的“技术+生态”护城河。通过ARM在验证、IP授权、架构、软件支持、物理设计、芯片原型开发等环节上的服务支持，芯片设计公司可大幅降低芯片设计成本，以中等复杂程度的28nmSoC芯片为例，通过ARM生态设计的芯片设计成本约为2,万美元，大幅低于在无生态支持下的约4,万美元。庞大的IP核生态圈叠加未来物联网趋势中将进一步扩大的芯片用量，ARM的增长潜力将得到进一步的释放。

Synopsys：EDA龙头加速并购，IP业务地位持续提升

Synopsys成立于年，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的年营业额逾33亿美元，拥有3,多项已批准专利。Synopsys目前拥有14,多名员工，分布在全球个分支机构。

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。

Synopsys的DesignWareIP系列包括逻辑库、嵌入式存储器、嵌入式测试单元、模拟IP、接口IP、安全IP和嵌入式处理器等产品，整体覆盖面较广。Synopsys的IPAccelerated通过IP原型开发套件和定制的IP子系统扩展其广泛建立的、经过硅验证的DesignWareIP产品组合，从而可以帮助芯片设计公司加速原型开发、软件开发以及IP与SoC的集成。Synopsys的VerificationIP产品组合（属于VerificationContinuum平台）也属于IP产品类别。

随着年以来智能手机渗透率持续提升，可穿戴设备、IoT等领域不断发展，全球芯片出货量稳定增加，对IP核的需求也不断提升。自年以来SynopsysIP核及系统集成的营收占比持续提升，从Q3的12.91%提升至Q4的31.86%。

伴随着IP业务占比提升的是持续的营收增长。Synopsys~年营收复合增速达10.39%，其中IP业务营收复合增速高达20.32%，远高于EDA业务的8.29%；总体净利润也实现了9.40%的复合增长。

EDA与IP核业务均不涉及芯片的实际生产制造，整体毛利率较高，6年以来毛利率长期高于75%；由于研发投入长期维持在30%左右，同时每年预计为并购技术公司预留20%左右收入，Synopsys净利率长期维持在10%上下。截至H，Synopsys的毛利率、净利率、ROE分别为77.76%、12.62%、5.12%。

与ARM不同，SynopsysIP授权业务发展相对较晚，早期主要是作为其EDA软件的配套服务，近年来随着芯片用量和品类的不断扩大，IP授权业务营收增长持续提速，公司也在不断加大对IP业务的投入，年以来进行了多宗IP企业并购，覆盖ASIP、IoT、存储器到SerDes等多个领域。Synopsys的IP业务发展方式主要是自研+并购。

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。

CadenceIP产品组合包括经过硅验证的TensilicaIP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的IP产品占比较低但整体增速较高，营收占比约为7%，提升到13%，7年间营收复合增长率达18.45%，远高于整体营收的8.42%，从年不到1亿美元收入增长至3.04亿美元（FY）。

Cadence自9年以来营收长期实现较为稳定的增长，9~年复合增长率为8.42%，H全球疫情下游终端需求疲软的影响下亦保持了7.15%的同比增长率。

与ARM、Synopsys类似，Cadence毛利率较高，6年以来长期维持在80%~90%之间，净利率波动较大，年实现净利率42.33%，ROE实现58.32%。研发支出占营收比重则较前两家大，年以来均约为40%。

总结：行业竞争高度集中，生态化+平台化成竞争核心

1、行业高度集中，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：

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。

国内IP迎国产替代浪潮，建议

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