半导体行业专题报告：IP空间有望翻番，国产替代带来发展良机

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一、IP 助力芯片简易开发，空间有望翻倍增长

（一）产业链上游关键环节，助力芯片简易开发

IP 帮助降低芯片开发的难度、缩短芯片的开发周期并提升芯片性能，是集成电路产业链上游关键环节。半导体 IP（Intellectual Property）指在集成电路设计中，经过验证的、可重复使用且具备特定功能的集成电路模块，通常由第三方开发。IP 位于集成电路产业链上游，主要客户是设计厂商。独立 IP 厂商的出现主要源于半导体设计行业的分工。设计公司无需对芯片的每个细节进行设计，通过购买成熟可靠的 IP 方案，实现某个特定功能。设计人员以 IP 核为基础进行设计，类似搭积木的开发模式，可大大降低芯片的设计难度、缩短芯片的设计周期并提升芯片性能。

按开发完成度分类，IP 商提供软核、固核和硬核三种，助力芯片开发。如果将 IP 核比作“芯片图纸”，则软核相当于楼房的设计图纸，包括设计理念、单元分布、电梯分布、房间大小等，但不涉及建筑材料等；固核相当于楼房的渲染效果图，可见楼房建成后的效果，包括墙壁颜色、厚度等细节，但固核依然不能保证设计商能建设出合格的楼房；硬核相当于大楼施工图，可详细到管线排布、楼梯和墙壁的材料、尺寸等参数，只要按图施工，就一定能成功，但可能存在特定场景实用性的能耗等问题（如骁龙 810）。可见，三种方式的设计完成度由低到高，对设计商的要求由高到低，设计商的发挥空间也由高到低。

按收费方式分类，IP 商提供许可和版税两种模式，其中版税占据较大份额。在许可（Licensing）模式下，设计商按 IP 授权次数付费，是一次性产品授权费。在版税（Royalty）模式下，设计商按制造的芯片数量付费，是跟产品销量挂钩的授权费。2019 年版税收费方式占比近半，由于未来市场技术更新迭代迅速，预计版税模式仍将盛行。从全球 IP 龙头ARM 公司的收入结构来看，约 2/3 为版税收入，而许可收入仅占 1/3 左右。此外，ARM 的营收还包括软件工具以及技术支持的服务收入。一般来说，一次性技术授权费用在 100 万-1000 万美元之间，版税提成比例在 1%-2%之间。

按产品种类分类，IP 商提供包括处理器 IP、有线接口 IP、物理 IP 等不同产品。处理器 IP 是一种数字电路，用于完成取指令、执行指令及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，主要包括中央处理器 IP（CPU IP）、图形处理器 IP（GPU IP）、神经网络处理器IP（NPU IP）、视频处理器 IP（VPU IP）、数字信号处理器 IP（DSP IP）、图像信号处理器 IP（ISP IP）六大类。接口 IP 集成了基于协议的功能，其最大份额来自于以数据为中心的应用，主要包括通用串行总线（USB IP）、串行高级技术附件（SATA IP）、高清多媒体接口/显示端口（HDMI/DP IP）等。物理 IP 主要用于模拟及混合信号、物理接口、存储单元和其他的数字 IP，主要包括数模混合 IP、射频 IP 等。根据 IPnest 数据，2017 年 CPUIP 占据了约 42.2%的份额，为最大的 IP 品类。

（二）芯片复杂度提升叠加多元化应用增加驱动

IP 需求提升，空间有望翻倍增长IP 市场随 IC 设计市场蓬勃发展。过去十年，随着全球 IC 产业景气度提升，IC 设计市场也快速增长。据 IC Insights 数据显示，全球 IC 设计行业销售规模从 2008 年的 438亿美元增至 2018 年的 1139 亿美元，年均复合增速达 10.03%。由于 IC 设计成本提升和对效率及定制化要求提高，精细化分工趋势愈加明显，半导体 IP 业务因其性能高、功耗优、成本适中、可缩短设计周期等特点，迎来了蓬勃发展。根据 IPnest 数据，2019 年全球半导体 IP 行业实现收入 39.38 亿美元，同比增长 5.21%，2015-2019 年的复合增速为 7.10%。

芯片设计的复杂度、难度、成本、风险将持续提升。1）高集成度促使设计复杂度提升。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。为了加快产品上市时间，以 IP 复用、软硬件协同设计和超深亚微米/纳米级设计为技术支撑的 SoC 已成为当今超大规模集成电路的主流方向。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，IP 在集成电路设计与开发工作中已是不可或缺的要素。2）终端多样性促使设计难度增加。近年来随着终端电子产品的复杂多样，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，芯片设计行业进一步拆分出半导体 IP 产业。3）先进工艺带来设计成本增加。先进工艺节点使设计的复杂度不断增加，从而提高了设计成本。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 178 个。单颗芯片可集成 IP 数量的增多为更多 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。根据 IBS 报告，以先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。较高的设计成本，给芯片设计公司带来了设计挑战。4）先进工艺带来设计风险增加。先进工艺发展也会提升晶圆厂相应产线的开发成本和搭建成本，从而增加了芯片设计的样片流片成本，使得芯片设计公司的设计风险进一步增加。

独立 IP 可有效降低芯片设计公司的运营成本、使其专注于核心优势领域，同时专业化分工背景下规模效应更显著。1）IP 授权可降低芯片设计公司的运营成本、使其专注核心优势领域。近年来，全球排名前十芯片设计公司的研发费用占营收的比例基本维持在20%-30%。随着产业升级，集成电路设计的成本和难度还将不断加大，通过 IP 授权模式可大幅降低芯片设计公司的运营成本，使其得以专注于自身核心竞争力的发展，如市场需求挖掘、产品定义、差异化实现、精准营销等。2）专业化分工下规模效应更加显著，降低设计成本和风险。在专业化分工的背景下，大规模产销量可降低单位生产成本，且半导体IP 厂商凭借其丰富的设计经验还可有效降低设计风险。

预计 2027 年全球半导体 IP 市场空间可达 101 亿美元，较 2018 年增长 120%。根据 IBS预测，预计 2027 年全球半导体 IP 市场空间可达 101 亿美元，较 2018 年增长 119.57%，年均复合增速为 9.13％。

处理器 IP 份额最大，数据中心驱动接口 IP 成为最快增长品类。根据 IBS 数据，预计处理器 IP、数模混合 IP、射频 IP、存储 IP 的市场规模将分别从 2018 年的 25.9 亿美元、7.5 亿美元、5.4 亿美元、4.7 亿美元增长到 2027 年的 61.6 亿美元、14.2 亿美元、11.9亿美元、8.1 亿美元，预计 2018 年到 2027 年 CAGR 分别为 9.04%，6.54%，8.13%，5.50%。过去十年智能手机的快速普及使得处理器 IP 份额迅速增长，虽然在近三年份额有所下降，但 2019 年占比仍达 51%，为所有 IP 中份额占比最高的类别。而接口 IP 份额近年来逐步提升，从 2015 年的 16.5%提升至 2019 年的 22.1%。2019 年接口 IP 的市场规模为 8.7 亿美元，是 2009 年 2.2 亿美元的近 4 倍。“其他物理 IP”和“其他数字 IP”的份额也有所提升。

预计处理器 IP 将继续占据最大市场份额，并以稳健增速增长。处理器 IP 由于被广泛应用于消费电子、汽车等行业，比如在汽车行业中，它们用于高级驾驶辅助系统（ADAS）和信息娱乐系统。随着未来对各种垂直领域的微处理器（MPU）、微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）和图形处理单元的需求增加，处理器 IP 预计将在若干年内继续占据半导体 IP 的最大市场份额，并以稳健的增速增长。

数据中心将驱动接口 IP 快速增长，接口 IP 成为最具潜力的 IP 品类。由于市场对高速、低功耗、高扩展性存储器件的需求增长，以及存储器在互联设备和可穿戴产品中的需求增长，存储 IP 市场预计将在未来快速增长。此外，随着数据中心应用（如：服务器，有线网络和 4G / 5G 基站等）的增加，扩大了高级存储器控制器（DDR4，HBM2，GDDR6），PCIe和以太网，以及新兴的芯片对芯片（D2D）解决方案等的需求，进而带动接口 IP 增长。因此，我们认为未来将从以智能手机爆发式增长为主要驱动力的时代切换为以数据中心为主要驱动力的时代，接口 IP 将成为最具发展潜力的 IP 品类。

从应用领域看，消费电子和汽车行业的半导体 IP 市场将快速增长。半导体 IP 的应用领域主要可分为消费电子、电信、工业、汽车、商业和其他（医疗、航空航天和国防等）六大领域。由于智能手机 5G 换机潮、可穿戴设备需求增长以及市场对更高效、更快速、更可靠的处理器、存储和接口产品的需求量增加，消费电子领域的半导体 IP 预计将在未来以较快的速度增长。此外，得益于汽车行业的数字化转型、车内娱乐信息系统的进步以及向智能驾驶方向（ADAS）的演进，将会增加微处理器单元（MPU），微控制器单元（MCU），传感器，模拟集成电路（IC），接口和存储器等的需求，预计汽车领域的半导体 IP 需求在未来也将以较快的速度增长。根据 IBS 数据，预计全球半导体市场规模将从 2019 年的4008.81 亿美元增至 2030 年的 10527.20 亿美元，年均复合增速达 9.17％。其中，以智能手机为代表的无线通信市场；以自动驾驶、下一代信息娱乐系统为主要发展方向的汽车电子市场；以及包括电视、视听设备和虚拟家庭助理在内的消费类应用将快速增长。

从地区分布看，亚太占据最大份额，预计未来仍将保持全球最高增速。亚太地区占据了最大份额，2019 年约为 37%，预计未来仍将保持全球最快增速。据 Markets and Markets数据显示，2018 年亚太地区在半导体 IP 市场中占据最大份额，且未来有望继续引领半导体 IP 市场，成为增长最快的地区。其增长主要原因在于：1）全球最高的电子消费需求。亚太地区是电子产品的最大消费地区。因此，未来对半导体 IP 的需求还将持续增加，为半导体 IP 市场的持续增长提供了动力。2）亚太地区半导体产能丰富。相比其他地区，亚太拥有更多的半导体制造企业，晶圆制造一直被位于中国大陆，中国台湾，印度和新加坡的公司所主导，许多主要的 IDM 企业都将晶圆生产外包给亚洲。据 IC Insights 数据，2019年亚太地区（含中国）纯晶圆代工销售量达到 194.8 亿美元，市场份额 34.25%。3）政策支持。亚太地区的政府机构投入了大量资金来扶持地方的半导体产业，促进了亚太地区依赖 IP 的处理器、存储器和接口制造产业的发展。在这种市场背景下，越来越多的半导体IP 厂商开始在该地区投资，促进了亚太地区的半导体 IP 市场增长。

二、竞争格局高度集中，龙头企业稳步发展

IP 行业竞争格局高度集中，19 年 CR10 占比 78.1%，且龙头企业地位稳固。IPnest 数据显示，2019 年半导体 IP 前十大厂商实现营收 30.76 亿美元，同比增长 4.17%，市场份额高度集中，达到 78.1%。2017 年以来，前十大厂商中除了 SST 凭借 NVM IP 的强势表现异军突起外（2019 年排名第四），其他 9 家厂商始终位列前十，且 ARM、 Synopsys、 Cadence过去几年始终位居行业前三，龙头企业地位稳固，强者恒强。另一方面，前十大 IP 厂商中仅排名第 7 的芯原股份为大陆厂商，IP 国产化需求十分迫切。

IP 许可收入前 5 大厂商市占率高达 66.70%。单看半导体 IP 许可收入竞争情况，2019年 Synopsys 市占率为 29.3%，排名行业第一，ARM 市占率为 25.2%，排名第二，Cadence、Ceva、 Rambus 分列 3、4、5 位，前 5 名厂商的市占率合计为 66.70%，行业集中度高。

分析全球巨头的发展可见，聚焦细分领域做强+推出新产品/外延并购是实现增长的主要策略。

智能手机的飞速发展，助力 ARM 奠定市场霸主地位。1993 年，ARM 发布了 ARM7-TDMI处理器核心，将产品授权给德州仪器后，德州仪器打造芯片并应用到诺基亚手机，本次合作给 ARM 树立了良好的声誉，证实了授权模式的可行性。此后，更多的公司（如：三星、夏普）也参与到授权模式中，与 ARM 建立了合作关系。随着智能手机/移动手机的井喷式普及，ARM 因此奠定了其在移动应用市场的霸主地位。诺基亚 6110 最早成为第一部采用 ARM处理器的 GSM 手机，上市后获得了极大成功。随后，鉴于苹果与公司的合作关系，其对 ARM芯片架构非常熟悉，在 iPhone 和 iPod 中也继续使用了 ARM 芯片。iphone 的热销，App Store的迅速崛起，让全球移动应用彻底绑定在了 ARM 指令集上。2008 年，谷歌推出了 Android系统，也是基于 ARM 指令集架构。此外，2011 年微软公司宣布，下一版 Windows 将正式支持 ARM 处理器，为公司进一步打开了 PC 端市场。

ARM 聚焦 CPU、GPU，逐步丰富产品种类。在凭借 ARM7 处理器核心起家后，2004 年 ARM打造出 Cortex 系列 CPU,并在 2006 年收购 Falanx 的核心技术 Mali GPU,在这之后，ARM 不断深化其 CPU 和 GPU 产品线，并在 2011 年推出了 ARMv8 架构和 big.LITTLE 技术。目前 ARM聚焦 CPU、GPU、VPU 等，并逐步推出一系列相互关联 IP，已实现在 CPU 和 GPU IP 领域高市占率。据 ARM 公司官网的 2019 年投资者路演数据表明，ARM 公司在手机应用处理器市场份额为 90%，在计算机网络设计占据 30%的市场份额；汽车制造方面，在 IVI 和 ADAS 占有75%的市场份额；物联网设备市场占比 90%，消费性电子产品市场份额 40%。

2019 年 ARM 公司实现营业收入 16.08 亿美元，同比微降 0.12%，毛利率为 93.56%，近三年基本保持在 92%-95%之间。近年营收有下滑，主要原因并非 RISC-V 替代产品的影响，而是非处理器形式 IP 重要性的逐步增长，但 ARM 依然稳居龙头地位。

Synopsys 聚焦 EDA，获得超越同行的竞争优势，接口 IP 深度布局推动增长。Synopsys在 IP 行业市占率排行第二，是全球领先的 EDA 解决方案提供商及芯片接口 IP 供应商。2019年 Synopsys 收入同比增长 13.8％，取得了 18.2％的市场份额，是目前除 ARM 外唯一市占率超过 10%的半导体 IP 公司。Synopsys 市占率提升的主要原因是近年来数据中心蓬勃发展带动接口 IP 需求的增长。目前，在有线接口类别中，Synopsys 市占率排名第一，2018 年其份额达到 45％；在物理 IP 领域也占有约 35％的市场份额。

围绕“一站式”战略，Synopsys 和 Cadence 通过外延并购不断壮大。近年来，Synopsys和 Cadence 围绕着“一站式”IP 供应商战略，不断并购 IP 优质资产，使其营业收入实现较为明显的增长。业内企业在扩大规模的过程中，通过兼并收购方式横向布局需要较强的资本实力和较高的资金壁垒。Synopsys 实现增长的 IP 业务多通过外延并购实现，收购了专门从事纳米级电子设备 TCAD 软件研发的 GSS 以及 DINI Group、QTronic GmbH 和 eSilicon的部分资产。同样聚焦 EDA 的 Cadence，近三年市占率提升的主要原因是收购 NuSemi 拓宽了业务线和 DSP IP 产品取得了业界成功。

部分领军企业通过专注于细分领域提高自身竞争优势，成为细分龙头。例如：排名第六的CEVA是一家半导体知识产权提供商，前身为Parthus Ceva公司。公司提供专业的 DSP、NB-IoT 等一系列 IP,同时也为无线、多媒体应用提供 IP 平台解决方案。排名第九的 Rambus专注于 DRAM 的 IP 供应，其产品设计具有独特的竞争优势。排名第十的 eMemory 则是全球最大的逻辑制程非挥发性记忆体硅 IP 厂商。

三、IP 国产迫切，本土企业亟待发展

（一）IC 设计国产化率低，未来有望持续提升

IC设计份额美国占 68%排名第一，中国大陆地区份额已快速提升至 13%。据IC Insights数据显示，2018 年美国集成电路设计产业销售额占全球集成电路设计产业的 68%，排名全球第一。中国台湾、中国大陆的集成电路设计产业销售额占比分别为 16%和 13%，分列二、三位。与 2010 年时中国大陆本土的芯片设计公司销售额仅占全球 5%的情况相比，中国大陆的集成电路设计产业已取得较大进步，并正在逐步发展壮大。

竞争格局逐步改善，中国大陆芯片设计公司数量已呈快速增长趋势。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，为中国的初创芯片设计公司提供了国内晶圆制造支持，加上产业资金和政策的支持，以及人才的回流，中国的芯片设计公司数量快速增加。据 ICCAD 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 1780 家，年均复合增长率为 24.71%。

中国芯片设计项目数量同样快速增加。由于中国大陆芯片设计公司的不断崛起，本土设计项目在全球设计项目中的占比不断增高。根据 IBS 报告，2018 年中国芯片设计公司规划中的设计项目数为1797项，该数据预计将于2027年达到3232项，年均复合增速达6.74%。

当前国产 IC 自给率仍然较低。中国拥有全球最大的电子产品生产及消费市场，对集成电路产生巨大需求。据 IC Insights 数据显示，中国集成电路市场规模从 2009 年的 410亿美元增至 2019 年的 1250 亿美元，年均复合增速为 11.79%。未来中国的集成电路消费市场将随着大数据、云计算、物联网、人工智能、5G 等新兴产业的发展而持续增加。而面对集成电路的巨大需求，当前国产集成电路的供给仍然不足。2019 年国产集成电路规模仅占中国集成电路市场规模的 15.60%，中国集成电路市场自给率偏低，对于进口的依赖程度较高。

预计未来中国大陆的半导体市场份额将快速提升。当前全球半导体产业正在经历从美国到日韩、从日韩到中国台湾、从中国台湾到中国大陆后的第三次产业转移，未来 IC 国产自给率有望快速提升，据 IC Insights 预计 2024 年我国国产 IC 自给率有望达到 20.67%。

首先，中国大陆已成为全球最大的半导体供应和消费市场。中国大陆已是全球最大的电子设备生产基地和集成电路器件最大的消费市场，而且其需求增速持续旺盛。根据 IBS 统计，2018 年中国消费了全球 53.27%的半导体元器件，预计到 2027 年中国将消费全球 62.85%的半导体元器件。强劲的市场需求促使全球产能中心逐渐转移到中国大陆，进而扩大了大陆集成电路整体产业规模。根据 SEMI 的数据，2017-2020 年，62 座新晶圆厂将投入运营，其中 26 座在中国大陆，占比 42%。其次，IC 产业已提升至国家战略高度，政策支持，产业环境完善。国家高度重视和大力支持集成电路行业的发展，相继出台了多项政策，推动中国集成电路产业发展并加速国产化进程，将集成电路产业发展提升到了国家战略的高度，2014 年 6 月出台的《国家集成电路产业发展推进纲要》强调，进一步突出企业的主体地位，以需求为导向，以技术创新、模式创新和体制机制创新为动力，突破集成电路关键装备和材料瓶颈，推动产业整体提升，实现跨越式发展。在良好的政策环境下，国家产业投资基金及民间资本以市场化的投资方式进入集成电路产业。国家产业投资基金通过股权投资的方式支持集成电路产业链各环节中具有较强技术优势和市场竞争力的公司发展，推动企业提升产能水平和实现兼并重组，形成良性的自我发展能力。在国家产业投资基金设立的同时，各地也支持设立地方性投资基金，鼓励社会各类风险投资和股权投资基金进入集成电路领域，以国家资金为杠杆，撬动大规模社会资本进入集成电路产业。最后，我国已逐步完成原始积累，行业人才回流。中国大陆的半导体产业经历了前期组装和制造承接、长期的技术引进和消化吸收、高端人才培育等较长的时间周期后，逐步完成了原始积累，产业环境逐步完善、人才回流助力我国半导体事业发展。

（二）国产 IP 影响力小，本土企业已积极布局

当前国产 IP 的产业影响力相对较小。目前中国大陆有芯原股份、寒武纪、华大九天、橙科微、IP Goal 和 Actt 等 IP 厂商。其中芯原股份提供包括 GPU/NPU/VPU/DSP/ISP 在内的处理器 IP、射频 IP、数模 IP；华大九天提供高速接口 IP；橙科微则是 Serdes IP 的供应商；IP Goal 提供包括 USB1.1/2.0/3.0/codec/还有其他 IO 在内的数模混合类 IP；ACTT的产品则包括 Serdes、物联网、指纹和传感器等方面的低功耗 IP。可以看出，国内厂商目前提供的主要是接口 IP，其他诸如 CPU IP 的产出很少。但最近两年国产厂商在火热的人工智能方面进展较快。以寒武纪为代表的国内厂商在 NPU IP 方面已有了较强的影响力；地平线的 BPU IP 产品亦表现不俗。但总体来说，国内的 IP 产业依然较为薄弱，特别是 CPU方面，还有待突破。

自主、安全、可控的迫切需求，促进国产替代进程加速。集成电路产业是国家战略性产业，集成电路芯片被运用在社会的各个角落，只有做到芯片底层技术和底层架构的完全“自主、安全、可控”才能保证国家信息系统的安全独立。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。核心技术和知识产权的受制于人具有较大的技术风险。由于这些芯片底层技术不被国内企业掌握，因此在安全问题上得不到根本保障。IP 和芯片底层架构国产化是解决上述困境的有效途径，市场对国产芯片的“自主、安全、可控”的迫切需求为本土半导体 IP 供应商提供了发展空间，促进国产替代进程加速。

1、芯原股份：全球第七、大陆第一大半导体 IP 企业，管理层技术背景深厚（略）

2、寒武纪：全球智能芯片领域的先行者（略）

四、投资建议

半导体 IP 行业空间增长潜力巨大。随着技术的进步，IC 设计的难度、复杂度、成本、风险日益提升，行业专业化分工趋势愈发明显，带来半导体 IP 需求增长，预计 2027年全球半导体 IP 市场空间较 2018 年增长 120%至 101 亿美元，其中包括中国在内的亚太地区增速最高。

国产替代带动份额提升。当前国产IC自给率较低仅为15.4%，对进口依赖度依然较高，但在自主安全可控的迫切需求下，国产替代进程加速有望促进份额提升。a）中国大陆已成为全球最大的半导体供需市场。b）IC 产业提升至国家战略高度，政策支持，产业环境完善。c）已逐步完成原始积累，行业人才回流。

大陆 IP 产业发展势必将推动大陆半导体产业发展，建议关注半导体设备、材料、设计、封测环节具备国产化替代的优质公司。

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（报告观点属于原作者，仅供参考。报告来源：民生证券）

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