半导体IP芯片设计和科技新基建的基石

基础设施建设有两个基本特征，一是重要性，二是艰难性中国人对基建的重要性是有很深的认识的，从八十年代就喊出了要致富先修路的口号伴随着轰轰烈烈的铁路公路航空电力网络等基础建设，中国从一个贫穷落后的国家变成了现在的世界第二大经济体，建立了全世界门类最全的工业体系当初我们的基建几乎都是举债进行的，似乎都不赚钱，但是现在来看，正是这些基建给中国经济的腾飞插上了翅膀时至今日即便高铁不赚钱，但我国仍在大力修建高铁，这便是国人对新基建深刻认识的体现但大家也都知道，基建不是个人或者小公司就可以做的，有着相当高的门槛，绝非朝夕之事

为什么国家最近在提发展新基建芯片? 原因就在于今天是一个信息化和智能化的时代，数据和数据处理能力成为新的经济发展动力，而数据存储和数据处理都离不开芯片而芯片的重要基石之一就是半导体IP，通俗的讲IP就是芯片的零部件图一是一张非常简化的手机芯片图，其实芯片方案商只做自己擅长的一部分，其他的功能实现需要买第三方的各种各样IP，例如数据处理的CPUGPUNPU，缓存接口的DDR，低功耗多媒体接口MIPI，通用数据接口USB等等可以说没有这些IP，我们就没有功能如此强大的手机以及目不暇接的更新换代其实不仅仅是手机芯片，任何稍微复杂的芯片都离不开IP，IP的重要性怎么强调都不为过

IP作为芯片的基石同样具有艰难性的特点一个是技术难度高，一个是经济正循环难度大

大家印象比较深的是CPUGPU很重要很难的确，指令集的设计，流水线的设计，缓存的管理以及各种中断调试的处理等很复杂，但是高性能的DDR和GDDR同样重要和同样艰难CPUGPU是用于计算的，计算过程中需要读写大量的数据，这时就需要DDR和GDDR了，如果没有高速的DDR和GDDR，CPU和GPU的处理能力再强也成了无本之木，无源之水因此，DDR和GDDR一直是国际IP巨头最为看重的制高点



图二：基于数据和视频的并行计算需求正在急剧增大，对系统内存的带宽带来了更大的渴求

由于DDR是并行接口，因此数据的串扰对齐，信号的恢复，时钟的架构都是技术难点由于这些壁垒，想撼动国际IP巨头绝非易事2018年，国内的一家IP公司芯动科技Innosilicon在全球首先发布16Gbps的GDDR6，在IP圈引起了巨大的轰动，这比IP巨头Cadence还早，甚至直到今天另外一家IP巨头Synopsys都没有自己的GDDR6如此高端和重要的IP居然被国内的一家公司先拔头筹，不得不让人有探究一番的兴趣

芯动科技Innosilicon成立于2006年，最开始就是从做DDRUSB等接口类IP起家2012年，芯动科技作为海思首个国内IP战略伙伴，支持了后者多个先进产品量产芯动是中国唯一全球各大顶尖晶圆厂（台积电/三星/格芯/中芯国际/ 联华电子/英特尔）签约支持的技术合作伙伴，深度合作开发了各工艺节点的DDR2/3/4,LPDDR3/4等产品，并在客户产品上大规模量产，积累了深厚的技术所以GDDR6的全球首发并非一日之功，而是十年磨一剑的深厚积累

事实上，芯动目前还开发了21Gbps的GDDR6X，并且目前全球只有芯动具有这个技术此外，芯动还开发了DDR5/LPDDR5HBM2e/3等目前最顶尖的存储接口IP在高端内存接口IP上，芯动不仅实现了国产突破，而且是处于世界领先地位对于高端技术常被国人诟病的中国企业，这是一件非常了不起的事情

不仅仅是内存IP，正如图三所示，芯动科技做到了所有高速接口IP全覆盖，而且工艺做到最先进的5nm，客户涵盖国内外最知名的公司，例如微软，亚马逊等要知道这些公司对IP的选购是极其严格的，因为这直接关系到公司产品的成败和名声，可见芯动的IP的品质是一流的

这里需要特别强调两类IP，一类是高速的SerDes这个时代对数据带宽的要求是无止境的，因此高速SerDes接口应用十分广泛，技术门槛也特别高，以前就是被国外大公司垄断以32G SerDes为例，一个UI只有31.25ps，如此短的时间传输一位数据，难度可想而知目前芯动是国内唯一一家拥有32G PCIe G5技术的IP公司，同时基于PAM4的56G和112G的SerDes也在研发中，不久就会公布

另外一类是Chiplet技术以前大家的主流做法是做SoC，把所有的模块都装在一个芯片上来提高速度，降低功耗但是现在在先进制程上这种做法，有三个致命的问题一是IP成本高，最先进的制程的低电压对很多IP性能是不利的，同时也导致IP的开发费用剧增；二是SoC设计周期过长，很多本来只需要6个月的设计大部分由于PI的原因可能要1年半到2年；三是芯片良率过低，由于SoC面积过大导致芯片良率可能低于50%因此大家希望用芯片互联的方式解决这些问题，同时又希望具有SoC的性能和功耗在此诉求下，Chiplet应运而生

目前的Chiplet有两种技术方案，一种是基于DDR的技术，一种是基于SerDes的技术由于在这两大领域有着深厚的技术积累，因此芯动有全套的Chiplet解决方案且可以应用不同的场景芯动的Chiplet可以做到0.2pj/bit的低功耗，不仅是目前国内唯一一家提供Chiplet的IP商，也是全球技术最先进的Chiplet提供商，已作为主要成员发起成立了国内首个Chiplet产业联盟

前面提及IP经济正循环难度大，原因之一是IP的开发和验证花费巨大在FinFET先进制程下，IP的流片费用动辄数百万美金，各种测试设备昂贵，还有大量的开发和支持人员二是IP很难像终端产品那样获得超额收益由于绝大部分IP是以授权方式销售，很难像终端产品那样获得规模收益因此IP虽然是芯片的基石，但却是一条艰辛的路

国产IP逆袭国际巨头盘踞的市场，一如很多国产产品替代国际产品的道路如中国的白色家电也是在几代人的努力下，首先成功替代国内市场，进而走向国际市场，将日韩厂商边缘化，走出了一条国产替代的大道不同的是，IP是集成电路设计领域皇冠上的明珠，技术含量更高，难度也更大值得欣慰的是，如今也能看到国产IP完全能够替代甚至在很多细分领域超过国外竞争对手

15年来，数百芯动人抱着科技报国，板凳甘坐十年冷的理念一直默默的奋斗，坚信好的国产IP一定有被市场认可的那一天当美国对中国进行芯片制裁后，很多公司和科研院所要找高端替代IP时，才发现本土企业只有芯动可以做到近年来，芯动在圈内名声鹊起，毕竟全球数以10亿计的高端SoC芯片产品背后都有芯动技术在困难的IP行业坚持那么多年，足以证明芯动是一家有情怀的公司；很多方面能做到世界领先水平，说明芯动是一家有实力的公司这样的公司，这样的产品，才是我们国家新基建战略安全的基石

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