芯片行業(yè)說的IP，是什么？

來源：內(nèi)容由半導(dǎo)體行業(yè)觀察（ID：icbank）編譯自keysight，謝謝。

將半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 模塊集成到復(fù)雜的集成電路 (IC) 設(shè)計(jì)中帶來了許多嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。現(xiàn)代 IC 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通常分布在不同的國家，他們必須合作以應(yīng)對(duì)多工具設(shè)計(jì)流程，并且經(jīng)常缺乏本地開發(fā)的半導(dǎo)體 IP 專業(yè)知識(shí)。此外，向基于小芯片的設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變以及遵守出口管制等嚴(yán)格法規(guī)的壓力要求對(duì)內(nèi)部和第三方 IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）進(jìn)行嚴(yán)格的可追溯性和有效管理。

本文深入探討了半導(dǎo)體 IP 的世界，如何對(duì) IP 進(jìn)行分類，在整個(gè)生命周期中管理這些重要資產(chǎn)所面臨的挑戰(zhàn)和趨勢，小芯片對(duì) IP 管理的影響，以及簡化半導(dǎo)體 IP 管理的關(guān)鍵策略。

什么是半導(dǎo)體IP？半導(dǎo)體 IP 模塊或 IP 核是片上系統(tǒng) (SoC) 和集成電路 (IC) 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)元素。這些預(yù)先設(shè)計(jì)和預(yù)先驗(yàn)證的設(shè)計(jì)組件允許重復(fù)使用現(xiàn)有功能元素，從而簡化了開發(fā)過程，加快了設(shè)計(jì)流程，使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新產(chǎn)品差異化。

IP 核的復(fù)雜程度取決于特定的設(shè)計(jì)要求。如圖 1 所示，在 SoC 中，簡單的 IP 塊包括內(nèi)存和外圍子系統(tǒng)，如通用串行總線 (USB)。更復(fù)雜的 IP 塊通常由專業(yè)公司開發(fā)，包括主處理器內(nèi)核，如 GPU 和 CPU。有效管理這些 IP 至關(guān)重要。

半導(dǎo)體IP簡史

半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 的歷史反映了基于模塊化的設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變，這種方法使芯片設(shè)計(jì)民主化并塑造了數(shù)十年的電子設(shè)計(jì)行業(yè)。

一、20 世紀(jì) 80 年代：設(shè)計(jì)庫的早期發(fā)展

20 世紀(jì) 80 年代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD) 工具的出現(xiàn)開啟了芯片開發(fā)的新紀(jì)元。對(duì)于日益復(fù)雜和集成的 SoC，小公司幾乎不可能（負(fù)擔(dān)不起）自行開發(fā)所有必要的模塊。因此，SoC 開發(fā)人員開始認(rèn)識(shí)到共享和授權(quán)以前的設(shè)計(jì)元素（原始硅 IP 核）的價(jià)值，以降低開發(fā)成本。

二、20 世紀(jì) 90 年代：硅 IP 市場的崛起

20 世紀(jì) 90 年代，電子行業(yè)迎來了爆炸式增長，無線電話、游戲機(jī)和個(gè)人電腦等行業(yè)的蓬勃發(fā)展推動(dòng)了這一行業(yè)的發(fā)展。這一繁榮促使半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，并通過 IP 重用更快地轉(zhuǎn)向新工藝節(jié)點(diǎn)。ASIC 公司創(chuàng)造了“內(nèi)容”，催生了早期的 IP 公司。隨著對(duì) IP 的需求不斷增長，本世紀(jì)后半葉出現(xiàn)了多家第三方 IP 供應(yīng)商，例如 Artisan Components 和 Virage Logic。

三、21 世紀(jì)：整合與融合

最初只是簡單的 RTL（寄存器傳輸級(jí)）數(shù)據(jù)，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了重大變化，現(xiàn)在包含一套復(fù)雜的功能，包括模擬和數(shù)字組件、驗(yàn)證套件、綜合腳本等。更復(fù)雜的 IP 核的成本可能高達(dá)數(shù)十萬到數(shù)百萬美元。

為了促進(jìn)無縫 IP 集成，AMBA 等標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)開發(fā)出來。此外，半導(dǎo)體 IP 領(lǐng)域也經(jīng)歷了相當(dāng)大的整合，ARM、Synopsys 和 Cadence 等行業(yè)巨頭紛紛收購規(guī)模較小的 IP 提供商，以擴(kuò)大其產(chǎn)品組合。

半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)的類型半導(dǎo)體IP核根據(jù)技術(shù)和業(yè)務(wù)特點(diǎn)有多種分類，以下是一些常見的組織方案。硬 IP 核與軟 IP 核

一、硬 IP 核

硬 IP 核是針對(duì)特定芯片制造工藝定制的特定物理實(shí)現(xiàn)，通常與特定代工廠的要求一致。這些核已經(jīng)過綜合、布局和布線。常見的硬 IP 核包括內(nèi)存控制器（例如 DDR）和模擬或混合信號(hào) IP 塊。

硬IP核的特點(diǎn)：

• 物理規(guī)范格式：硬 IP 以可立即使用的晶體管布局格式提供。
• 特定于工藝的設(shè)計(jì)：這些核心針對(duì)特定代工廠的工藝進(jìn)行了優(yōu)化，重點(diǎn)關(guān)注該特定制造方法內(nèi)的性能、功率和面積效率。
• 固定功能：硬 IP 核專為特定功能或任務(wù)而設(shè)計(jì)，無法輕松修改或定制。它們也幾乎不需要額外的設(shè)計(jì)工作即可集成。

可預(yù)測的性能：由于硬IP是在物理層面實(shí)現(xiàn)的，因此可以提供可靠且特定的芯片性能。

二、軟IP核

作為一種動(dòng)態(tài)替代方案，軟 IP 核提供可配置選項(xiàng)，從而提供增強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。常見的軟 IP 核包括數(shù)字模塊的可合成 RTL 設(shè)計(jì)、可配置的模擬 IP 以及專為合成到目標(biāo)技術(shù)而設(shè)計(jì)的處理器核。

軟IP核的特點(diǎn)：

• 可配置性：軟 IP 為 SoC 設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)探索和優(yōu)化階段提供了更大的自由度。它們?cè)诟叩某橄蠹?jí)別上運(yùn)行，因此可以根據(jù)特定的應(yīng)用需求進(jìn)行修改。

靈活性：這些核心與技術(shù)無關(guān)，可以綜合并適應(yīng)不同的工藝技術(shù)。

不同的半導(dǎo)體IP來源半導(dǎo)體IP主要有兩個(gè)來源：第三方或內(nèi)部開發(fā)團(tuán)隊(duì)。

一、第三方IP定義

第三方硅 IP 是從外部供應(yīng)商處獲得許可的，這使 IC 設(shè)計(jì)人員能夠訪問各種功能，而無需從頭開始設(shè)計(jì)。獲取第三方 IP 通常涉及許可協(xié)議和版稅支付，這可能會(huì)影響項(xiàng)目成本和知識(shí)產(chǎn)權(quán)所有權(quán)。對(duì)于此類 IP，組織必須跟蹤和維護(hù)供應(yīng)商關(guān)系、供應(yīng)商供應(yīng)鏈（出于監(jiān)管和安全原因）、規(guī)模成本以及許可條款和條件的業(yè)務(wù)方面。

二、內(nèi)部IP的定義

內(nèi)部團(tuán)隊(duì)開發(fā)半導(dǎo)體 IP 核以滿足定制和特定設(shè)計(jì)需求。內(nèi)部開發(fā)的 IP 需要經(jīng)過徹底的驗(yàn)證和確認(rèn)流程，以確保功能性、可靠性以及與其他系統(tǒng)組件的兼容性。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須確保持續(xù)的維護(hù)和支持，包括針對(duì)較小工藝節(jié)點(diǎn)或設(shè)計(jì)修訂的更新。

按功能劃分的主要IP類別半導(dǎo)體 IP 還可以按照關(guān)鍵功能進(jìn)行分類，以便于有效地發(fā)現(xiàn)和選擇。這些類別包括：

• 處理器 IP：這些是中央處理單元 (CPU) 和加速器的核心，從簡單的微控制器到復(fù)雜的多核處理器。
• 存儲(chǔ)器 IP：SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）、DRAM（動(dòng)態(tài) RAM）、Flash 和 ROM（只讀存儲(chǔ)器）等存儲(chǔ)器系統(tǒng)在 IC 內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令。
• 模擬和混合信號(hào) IP：這些 IP 核有助于處理模擬信號(hào)，例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)、模擬濾波器、PLL（鎖相環(huán)）、SerDes 和電源管理。
• 接口IP：這些IP核支持IC內(nèi)不同組件之間或IC之間的通信，包括USB、PCIe、HDMI（高清多媒體接口）、以太網(wǎng)和其他標(biāo)準(zhǔn)接口。
• 安全 IP：安全 IP 核專為硬件級(jí)加密、身份驗(yàn)證和其他安全功能而設(shè)計(jì)，以保護(hù) IC 免受未經(jīng)授權(quán)的訪問或攻擊
• 驗(yàn)證 IP (VIP)：VIP 是預(yù)先設(shè)計(jì)的驗(yàn)證組件和測試臺(tái)，用于驗(yàn)證 IP 核和設(shè)計(jì)的功能和性能。它們可能包括一組用于驗(yàn)證總線協(xié)議的斷言或旨在在定義的驗(yàn)證方法中使用的模塊。VIP 的示例包括 FEC、CRC、UCIe1.2 和 USBV4。
• RF（射頻）IP：這些核心將 RF 功能添加到 SoC 設(shè)計(jì)中，包括發(fā)射器、接收器、合成器、低噪聲放大器和功率放大器。

每個(gè)類別在復(fù)雜的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)中都發(fā)揮著特定的作用。

按開發(fā)方法對(duì) IP 進(jìn)行分類雖然對(duì) IP 進(jìn)行分類的主要方式之一是按功能，但 Keysight 提出了一種新的分類維度：開發(fā)方法。通過更深入地了解IP驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法論，開發(fā)團(tuán)隊(duì)可以對(duì)設(shè)計(jì)策略和開發(fā)資源的優(yōu)化有更多的了解。

一、第三方 IP

為了加快設(shè)計(jì)周期和提高生產(chǎn)率，越來越多的公司開始向第三方 IP 供應(yīng)商尋求各種高質(zhì)量的預(yù)制組件。第三方 IP 的常見示例包括 CPU 內(nèi)核、內(nèi)存單元和加速器，它們?cè)诂F(xiàn)代芯片設(shè)計(jì)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。但是，考慮芯片的基本構(gòu)建塊也很重要，例如 PDK、原始庫、標(biāo)準(zhǔn)單元和專用集成電路 (ASIC) 庫。評(píng)估這些基本構(gòu)建塊不僅要考慮其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)（例如，最終設(shè)計(jì)中優(yōu)化的功率和面積），還要考慮非技術(shù)指標(biāo)（例如，集成所需的工作量），這為未來的項(xiàng)目規(guī)劃提供了寶貴的見解。在組織層面，IP 采購團(tuán)隊(duì)需要跟蹤第三方 IP 的業(yè)務(wù)方面。在選擇第三方 IP 時(shí)，不僅要權(quán)衡技術(shù)和運(yùn)營優(yōu)點(diǎn)，還要權(quán)衡其業(yè)務(wù)影響。與 IP 供應(yīng)商的業(yè)務(wù)關(guān)系、大規(guī)模購買 IP 的成本影響以及在特定應(yīng)用中使用 IP 的許可協(xié)議等因素都是關(guān)鍵考慮因素。通過將 IP 的技術(shù)評(píng)估與強(qiáng)大的業(yè)務(wù)分析相結(jié)合，采購團(tuán)隊(duì)可以做出明智的決策，確保第三方 IP 符合他們的戰(zhàn)略目標(biāo)和設(shè)計(jì)要求。

二、企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)

在快速發(fā)展的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)領(lǐng)域，企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 是產(chǎn)品差異化的關(guān)鍵要素。這通常涉及直接應(yīng)用已發(fā)布的 IP 版本。為了培養(yǎng)這樣的企業(yè) IP，半導(dǎo)體公司要么收購規(guī)模較小的 IP 公司，要么要求專業(yè)團(tuán)隊(duì)有機(jī)增長，以發(fā)揮其專業(yè)知識(shí)。這些專業(yè)部門通常充當(dāng)參與片上系統(tǒng) (SoC) 設(shè)計(jì)的其他產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)的內(nèi)部服務(wù)提供商，在公司的創(chuàng)新工作中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。從運(yùn)營和技術(shù)角度來看，這些內(nèi)部團(tuán)隊(duì)的功能相當(dāng)于第三方 IP 供應(yīng)商，盡管沒有第三方業(yè)務(wù)管理的復(fù)雜性。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 (EDA) 團(tuán)隊(duì)是一個(gè)常見但經(jīng)常被忽視的例子。EDA 團(tuán)隊(duì)通過與代工廠對(duì)接和為中大型半導(dǎo)體公司建模定制來管理工藝設(shè)計(jì)套件 (PDK)。采用第三方 IP 供應(yīng)商的運(yùn)營效率和思維方式對(duì)于這些專業(yè)團(tuán)隊(duì)充分利用其在企業(yè) IP 戰(zhàn)略中的作用至關(guān)重要。這涉及在整個(gè) IP 生命周期中細(xì)致地跟蹤他們的內(nèi)部客戶、每個(gè)團(tuán)隊(duì)使用的特定 IP 版本以及在客戶項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)的任何問題。實(shí)施精簡的發(fā)布方法并利用跟蹤的數(shù)據(jù)來規(guī)劃未來的修改是提高企業(yè) IP 重用效率和生產(chǎn)力的關(guān)鍵步驟。

三、社區(qū)IP

社區(qū) IP 可實(shí)現(xiàn)有效的 IP 重用策略，因此設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以利用以前成功的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的可信 IP 來源。如果社區(qū) IP 以前有效，則只需根據(jù)新項(xiàng)目要求對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證即可。

一個(gè)典型的例子是鎖相環(huán) (PLL) IP，它通常用于組織內(nèi)各種應(yīng)用的芯片設(shè)計(jì)。然而，PLL 的規(guī)格和要求因項(xiàng)目而異。工程團(tuán)隊(duì)傾向于修改或增強(qiáng)已成功設(shè)計(jì)的 PLL 的功能和性能，以滿足新應(yīng)用的需求，而不是重新開始每個(gè) PLL 設(shè)計(jì)。PLL IP 的重復(fù)使用不僅大大縮短了設(shè)計(jì)周期，而且還降低了總體開發(fā)成本。

什么是 IP 重用

半導(dǎo)體 IP 重用是 SoC（片上系統(tǒng)）設(shè)計(jì)中必不可少的策略，隨著越來越多的系統(tǒng)公司選擇內(nèi)部開發(fā)大量組件，這一策略變得越來越重要。這種方法的核心是在新項(xiàng)目中使用預(yù)先存在的、經(jīng)過驗(yàn)證的半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 核心或設(shè)計(jì)模塊，從而避免從頭開發(fā)新 IP，從而簡化設(shè)計(jì)流程。

一、半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中 IP 重用的主要優(yōu)勢

更快的設(shè)計(jì)周期：重復(fù)使用 IP 可以大幅縮短開發(fā)時(shí)間，使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)①Y源分配給 SoC 設(shè)計(jì)的其他關(guān)鍵方面。增強(qiáng)產(chǎn)品差異化：IP 重用可以讓工程師有更多的時(shí)間專注于開發(fā)更高級(jí)、創(chuàng)新的功能，而非基礎(chǔ)功能。降低成本和風(fēng)險(xiǎn)：通過利用預(yù)先測試的 IP 塊，公司可以降低財(cái)務(wù)支出以及與現(xiàn)代設(shè)計(jì)中的性能缺陷相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。

二、什么是半導(dǎo)體 IP 生命周期

半導(dǎo)體 IP 生命周期描述了硅 IP 核從創(chuàng)建到退役的各個(gè)階段。了解 IP 生命周期對(duì)于有效管理片上系統(tǒng) (SoC) 設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和確保 IP 發(fā)揮其作用至關(guān)重要。識(shí)別：設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)確定 SoC 的具體 IP 要求。根據(jù)所需的功能，團(tuán)隊(duì)決定是否開發(fā)或重復(fù)使用內(nèi)部 IP、從第三方供應(yīng)商獲得許可或利用開源 IP。開發(fā)：無論是收購還是內(nèi)部開發(fā)，IP 都要經(jīng)過嚴(yán)格的開發(fā)、驗(yàn)證和質(zhì)量控制流程，以滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。集成：硅片 IP 驗(yàn)證后，會(huì)將其編入組織的設(shè)計(jì)庫中。然后，SoC 開發(fā)人員選擇并將其集成到系統(tǒng)架構(gòu)中，并將其與其他組件連接起來，確保兼容性和功能性。驗(yàn)證：設(shè)計(jì)工程師通過廣泛的測試和模擬方法確保集成的 IP 核滿足嚴(yán)格的功能、性能和可靠性要求。部署：驗(yàn)證成功后，SoC 設(shè)計(jì)進(jìn)入物理芯片的制造過程。版本控制：隨著時(shí)間的推移，IP 核可能會(huì)進(jìn)行優(yōu)化，包括更新新工藝節(jié)點(diǎn)、修復(fù)錯(cuò)誤和增強(qiáng)性能。有效的版本控制可確保設(shè)計(jì)人員使用每個(gè) IP 的正確版本。跟蹤：有效的半導(dǎo)體 IP 管理包括跟蹤其在各個(gè)項(xiàng)目中的使用情況、管理依賴關(guān)系、更新其物料清單 (BoM) 以及保持可追溯性以符合監(jiān)管要求。退役：隨著新標(biāo)準(zhǔn)和新要求的出現(xiàn)，舊的 IP 核將變得過時(shí)。但是，可能仍需要保留其文檔以滿足舊芯片的合同和監(jiān)管義務(wù)。