“半导体 IP 之王”芯原微电子上市背后:成立近 20 年尚未盈利,外企垄断难破互联网

2020-06-13

在中兴、华为事件之后,半导体国产化声浪高涌,IP 的重要性也愈发凸显。近日,科创板提交注册的芯原微电子(上海)股份有限公司(下称芯原股份)引发关注,这是全球排名第七、中国第一的半导体 IP 供应商,被外界称为 “中国半导体 IP 之王”

半导体 IP 指已验证的、可重复利用的、具有某种确定功能的集成电路模块,因技术密集度高、知识产权集中、商业价值昂贵,处于产业链顶端。

但略显尴尬的是,芯原股份在全球半导体 IP 市场的份额占比尚不足 2%,同时其所积累的 IP 多是依靠并购而来,在关键的中央处理器(CPU)IP 方面则完全丧失话语权。缺乏自主可控的 IP,同样也是中国 “缺芯”现状中同样非常薄弱的环节。

中国半导体 IP 天然基因不足,市场为海外企业所垄断,软银旗下的英国企业 ARM 是绝对霸主,独占超过 40% 的份额,业绩也是遥遥领先。反观芯原股份,成立近 20 年依旧尚未盈利,累计亏损近 16 亿元。在国产替代大趋势下,中国想要实现 IP 自主亦需继续努力。

肉眼可见的差距

随着集成电路技术不断升级,芯片设计复杂程度提升,行业分工趋于细化,IP 产业应用而生,诞生于 1990 年的 ARM 成为先行者。中国半导体 IP 市场起步较晚,创立于 2001 年的芯原股份依靠 30 人团队,以为中芯国际研发的标准单元库为起点,首开国内 IP 授权先河。

但实际上国内先前对 IP 的讨论一直不多,在去年 ARM 断供华为的消息爆出后,IP 才受到更大关注,加剧了 IP 国产化的急迫性。那么目前中国的半导体 IP 现状如何?芯原股份这份具有代表性的样本,可以说暴露出明显的差距。

从市场情况来看,目前半导体 IP 市场规模仍不突出,但也是个赢家通吃的赛道,呈现出高度集中趋势,美国和英国企业处于主导地位。

据市场分析公司 IPnest 报告,2019 年全球半导体 IP 市场总价值约 39.4 亿美元,同比增长 5.2%;其中前十大供应商合计占比 78.1%,7 家为美国和英国企业,2016 年软银集团斥资 300 多亿美元收购的 ARM 则独占超过 40% 的市场;美国的新思科技(Synopsys)和铿腾电子(Cadence)分列二三,合计占据超 24% 的份额,即前三便占据超过 64% 的份额。

全球半导体 IP 市场排名情况 资料来源:芯原股份招股书

国外企业大者恒大的格局背后,则是中国绝大部分芯片高度依赖海外 IP 授权的现实。而从位于前十的两家中国企业来看,芯原股份和中国台湾的 eMemory Tech(力旺电子)的市占率分别仅有 1.8%、1.2%,亦反映出中国在 IP 市场不高的话语权。

在储备方面,芯原股份目前拥有图形处理器(GPU)、神经网络处理器(NPU)、视频处理器(NPU)、数字信号处理器(DSP)和图像信号处理器(ISP)五类处理器 IP,以及 1400 多个数模混合 IP 和射频 IP。但值得注意的是,这五类处理器 IP 和不少其他 IP 都是芯原股份通过外部并购而来,并非完全意义上的自主创新。

资料来源:芯原股份招股书

与排名靠前的海外同行相比,芯原股份 IP 种类较为齐备,但并不具备中央处理器(CPU)IP。数据显示,处理器 IP 是全球最大的 IP 族群,市占率达到 60%,其中通用型的 CPU IP 市场规模最大,市占率超过 40%。芯原股份披露的 CPU IP 供应商有 ARM 和新思科技两家公司,但基本被 ARM 垄断,其在全球手机市场上的份额超过 90%,奠定了 ARM 在移动时代的霸主地位。

主要半导体 IP 供应商 IP 种类情况 资料来源:芯原股份招股书

芯原股份在 CPU IP 上的缺失,市场损失无疑巨大,这也是国内在 CPU IP 等高性能计算方面普遍失语的现状。芯原股份在招股书中坦言,其在需要集成 CPU IP 的应用领域存在竞争劣势,在高端电脑、智能手机等应用领域与全球顶级 IP 供应商存在一定的技术和生态差距。此外,在嵌入式非挥发性存储器、内存编译器等 IP 方面亦由国外企业主导,芯原股份同样缺乏储备。

芯原股份还面临另一大国内芯片设计行业存在的卡脖子问题。在经营和技术研发过程中,该公司会视需求采购第三方半导体 IP 和 EDA 供应商的技术授权,合计垄断全球 EDA 市场超过 60% 份额的新思科技和铿腾电子则是其两大核心供应商,而这两家企业在 IP 方面也具有较高的话语权,可以说对国内半导体产业形成了多重打击。

这些仅仅是中国半导体 IP 差距的部分主要体现。业内观点认为,国内半导体 IP 目前整体还处于初级阶段,IP 公司整体规模较小,在高端领域缺乏话语权,且同质化比较严重,短期内难以突破。这背后是中国天然缺乏 IP 基因的无奈。

长期关注和研究半导体行业发展的祥峰投资执行董事任刚在接受搜狐科技采访时表示,半导体底层架构和最上游的产业基本上都集中在美国等海外国家,这些企业都有几十年的积累,国内 IP 市场的这种现状是必然的。中国企业若要突破,不仅技术上需要时间和资金投入,还需要考虑市场和兼容性等方面的问题。

既美又难的生意

不过,虽然全球半导体 IP 市场由巨头垄断,但若纵向来看还是有些喜人的变化。从集中度来看,2017 前十大供应商份额合计达到 84.6%,2018 年略降至 80.1%,呈现小幅递减趋势,且曾控制 IP 市场超过 50% 份额的 ARM 最近两年市占率也有所下降。

这显示出 IP 市场市场活力不断加强,如主要从事嵌入式非挥发性存储器 IP 授权的美国企业 SST(Silicon Storage Technology, Inc.),其直接从 2018 年的十名以外冲到 2019 年的第四,这背后其技术优势支撑业绩的强劲增长,由此也导致芯原股份等企业排名出现下降。

芯原股份主要有两大业务,一块是外包性质的芯片定制业务(包括芯片设计和芯片量产),另一块则是半导体 IP 授权业务,收入来自收取授权费和根据客户使用公司 IP 设计完成的相应产品销售情况而收取的特许权使用费,这也是 IP 市场主要的商业模式。

芯原股份最近三年业绩情况(亿元) 数据来源:芯原股份招股书

不过,芯原股份营收近年来稍显波动,2017 年至 2019 年分别约为 10.80 亿元、10.57 亿元、13.40 亿元;其中主力仍来自芯片定制业务,2019 年贡献 67% 的营收。半导体 IP 授权业务 2019 年收入约 4.38 亿元,最近三年复合增长率达 25%,远高于芯片定制业务增速,占比已接近 33%,保持持续提升。

值得注意的是,IP 业务盈利能力非常突出。2019 年芯原股份 IP 授权业务毛利率接近 95%,比酒王贵州茅台还要高,更是远高于芯片定制业务约 81 个百分点,由此 IP 授权业务才是公司的利润奶牛,为公司贡献了接近八成左右的毛利。

芯原股份具体业务占比和毛利率情况 资料来源:芯原股份招股书

其实,高毛利在 IP 市场比较普遍,如 ARM 的毛利率常年稳居在 95% 以上,第六大 IP 供应商 CEVA 的毛利率也多稳定在 90% 以上,超过其他半导体产业链中的公司,凸显出 IP 在产业链中的顶部地位和极高的议价权。但这桩暴利的生意做起来并不容易,IP 需要长期的技术积累,也需搭建完备的生态,需要持续的研发投入,亦考验企业的商业策略和能力。

最近三年,芯原股份的研发支出分别为 3.32 亿元、3.47 亿元、4.25 亿元,占营收的比重均超 30%,基本保持稳定。这也带来了持续的亏损——2017 年至 2019 年芯原股份合计亏损 2.37 亿元,成立以来累计亏损则达到 15.81 亿元。该公司还预计今年上半年至少亏损 0.8 亿元,而研发费用将同比增长超过 1 亿元。此外,受疫情影响,该公司芯片设计业务效率降低,此前持续减亏的局面或难持续。

三家可比半导体 IP 公司研发费用率情况(%) 数据来源:公司财报

持续的研发投入是 IP 企业巩固核心竞争力的关键,ARM、CEVA 亦是如此,2019 年其研发费用率分别保持在 40%、60% 左右,这在一定程度上也影响了盈利。去年 CEVA 实现净利润不到 3 万美元,同比再次暴跌超 95%;ARM 最近三年均投入超过 7 亿美元,是其退市前的 2015 年的两倍多,而净利润则 2015 年超过 8 亿美元下降到去年不足 3 亿美元。

不过,研发并不是决定实力的唯一因素。任刚表示,IP 公司之间的竞争,除了各家技术上的独特性,更多还要看建立生态的能力,ARM 能够成为移动时代王者的核心因素,除了 CPU 和 GPU 架构等核心 IP,还在于联合合作伙伴建立了 IP 核 - 芯片 - 应用的一体化生态,从而形成了高壁垒。

但生态搭建需要时间,这离不开客户的积累。截至去年底,芯原股份累计向 250 多家客户进行 IP 授权,去年授权次数仅有 65 次。反观 ARM,仅是去年签署的授权许可协议就达到 1767 份,近五年客户累计超过 450 个,包括 IBM、高通、英伟达、微软、苹果等全球知名公司。这为 ARM 搭建完善的生态系统供应链提供了基础,这也是国内 IP 企业同样存在的差距。

国产 IP 的新机遇:物联网

目前,半导体产业已进入继 PC 和智能手机后的新一个发展周期,其最主要的变革力量源自于物联网、云计算、人工智能、大数据和 5G 通信等新应用的兴起。

市场咨询机构 IBS 预测,这些应用将驱动全球半导体市场从 2019 年的 4009 亿美元增长至 2030 年的 10,527 亿美元,年均复合增长率为 9.17%;中国半导体市场将在 2030 年达到 6212 亿美元,同期复合增长率达 10.26%。

这也将推动半导体 IP 市场继续增长,该机构预测全球半导体 IP 市场将在 2027 年达到 101 亿美元。在国产替代浪潮,以及政策、资金等支持之下,国内芯片创业公司和芯片设计项目近年来也快速增长,无疑也为 IP 市场带来助力。

资料来源:芯原股份招股书

但对于尚未成气候的国产 IP 市场而言,想要获得更高话语权并不容易。对此任刚在接受搜狐科技采访时多次提到,国产 IP 要弯道超车,或者说打破 ARM 垄断,具备开源生态的指令集 RISC-V 是目前最大的机会,中国乃至全球很多大公司都在尝试。

芯原股份董事长戴伟民此前也公开认为,RISC-V 可能会是中国芯片产业的全新际遇,因为物联网应用的碎片化特性适合打游击战,中国芯片产业在物联网领域 RISC-V 确实有很好的机会。

RISC-V 是加州大学伯克利分校研发的第五代基于 RISC(精简指令集计算机)的 CPU 指令集架构,因具备自由开放、成本低、功耗低等方面的优势,受到全球广泛关注。这与统治 PC 时代的 X86 架构和统治移动时代的 Arm 架构明显不同,这两者专利都被巨头把控,前者甚至不对外授权,而后者则需支付高昂的授权费。

在搭上半导体国产化浪潮后,RISC-V 在中国更是受到追捧,有数据称国内已有上百家企业正在开发或使用 RISC-V 架构的产品,如阿里旗下的平头哥和中天微,以及兆易创新、华米科技、嘉楠科技、北京君正等企业。

芯原股份也是 RISC-V 的积极推动者,2018 年其作为首任理事长单位,联合国内多家 RISC-V 领域企业和科研院所、投资机构等成立了中国 RISC-V 产业联盟,旨在加快完善国内 RISC-V“IP—芯片—软件—整机—系统”产业生态体系。此外,芯原股份还在 RISC-V 领域进行了投资,此前参与了国内首家专业 RISC-V IP 公司芯来科技的两轮融资。

物联网为 RISC-V 提供了发展机遇。阿里巴巴集团副总裁戚肖宁表示,传统通用芯片的模式越来越难适应碎片化 AIoT 场景的需求,开源、开放是大势所趋。这使得 RISC-V 的碎片化特征更加契合物联网、人工智能产业的特性,为其在与 ARM 竞争时提供了更多胜算,甚至业内有观点认为,RISC-V 为中国提供了在 X86 与 ARM 架构之外的第三条自主化路径。

咨询机构 Semico Research 去年发布的报告称,预计到 2025 年,采用 RISC-V 的芯片数量将增至 624 亿颗,2018 年至 2025 年复合增长率高达 146%,这些芯片将主要应用在工业、PC、消费电子、通信等领域。这意味着 RISC-V 有望迎来爆发,其和 ARM 之的竞争才刚刚开始。

不过,虽然 RISC-V 在过去的几年中发展迅猛,但目前国内外尚处在初期,若想形成成熟和可信赖的 IP 还需时间充分验证。此外,RISC-V 具备的碎片化特征在某种程度上也是劣势,如何确定统一标准保证兼容性等亦是需要解决的问题;主力竞争对手 ARM 也非等闲之辈,此前其已明确要在物联网时代同样获得统治地位,并采取了诸多措施,导致很多人担心 RISC-V 仅仅是昙花一现。

对于 RISC-V 未来的发展,戴伟民表示,选择这样的开源架构是很辛苦的事,成功需要群聚效应,也需要更多业者坚持长期投入。任刚也表示,人工智能、物联网等新应用的兴起的确会带来很多的机会,那么就要看 ARM、RISC-V 谁能抓住,关键还是要看创新。

虽然存在贬褒,但对于有着国产替代紧迫性的中国来说,RISC-V 仍不失为一次难得的机遇,这需要政策、资金、人才等多方面的合力。中国能否借此摆脱海外依赖,实现 IP 自主可控,时间会给出答案。

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