要點
深亞微米技術的成功應用需要設計反復使用。
根據Gartner Dataquest公司說，IP（知識產權）市場正在增長，其規模現在已超過10億美元。
的三家IP供應商占IP市場 45%的份額。
與合適的EDA工具捆綁在一起的平臺將為下一次增長提供動力。
雖然大多數電子設計師用IP 來表示互聯網協議（Internet Protocol），但律師們卻把可反復使用的設計塊（即內核）叫做 IP（知識產權），而大多數工程師更愿意把這類產品描述為“虛擬內核”。然而，用 IP 表示“知識產權”的用法日漸流行，這只是電子行業的這一部門內概念混淆的一個實例。盡管許多分析家和市場人士把 IP 市場看成電子行業內的一個新現象，但可反復使用的IP作為一門技術和第三方市場，已經出現約 20 年了。雖然 IP 市場正在發展之中，但它卻缺乏商業與工程標準。缺乏標準的特許慣例和質量度量標準常常會抵銷已驗證的、可用于生產的標準邏輯功能實現方法所帶來的優點。然而，考慮到當今電子市場要求縮短產品開發時間，使用可靠的 IP 則可節省時間，減少開發人員數量，延長產品市場壽命。
回顧歷史
設計師使用的商業 IP的種形式是驗證模型。在 1980 年代后5年，諸如 EIS Modeling公司 這類小公司出售為許多模擬器和仿真器編寫的邏輯仿真模型。由于標準的建模語言剛剛出現，大多數模型都只適用于使用自己的建模語言的專有仿真器。因此，供應商無法反復使用其開發成果，利潤過于微薄，使大公司無法從事這一業務。當業界采用Verilog 和 VHDL 語言后，使用專有建模語言的仿真器就從市場上消失了。使用 VHDL 和 Verilog 語言的建模公司則具有其工程成果都有較大的重復使用性的優勢，因而繼續從事這一業務。
邏輯綜合的采用為“預制功能塊”提供了另一個市場機會，因為受過培訓或掌握專門技能來有效地使用邏輯綜合的設計師寥寥無幾。未經培訓的設計師做出的電路常常達不到的尺寸或速度。1991 年，為了支持其推銷邏輯綜合的努力，Synopsys公司 從一位工程師那里得到了一個很小的邏輯單元庫，作為 DesignWare 模塊庫的基礎。DesignWare 產品現已經得到增強和擴展，以滿足現在邏輯綜合產品的性能。它仍然是一個成功的產品。
就在 DesignWare 推出的前一年，有一家小公司，即 HDL Systems公司， 在MIPS 公司特許下，將 MIPS R3000 CPU 的體系結構權作為可綜合的模塊出售。HDL Systems公司既提供 用Verilog 綜合的CPU 模型，又提供用VHDL綜合的CPU 模型并作為采用相應綜合腳本的源碼出售，售價為一次特許費 25.6 萬美元。然而就其創辦業務情況而言，該公司的銷售狀況好得令人驚訝，但它從未獲得資金去擴展產品系列。終，飛利浦半導體公司買下了這家公司，并使用 R3000 開發其半導體業務的派生產品。
也是在 1991 年，ARM公司 推出了 ARM6，這是一款向那些要在設計中集成處理器的設計師特許銷售的微處理器內核。與 HDL Systems 公司不同的是，ARM公司 在 1993 年從 Nippon Investment and Finance公司獲得了資金，現在已成為全球位的 IP 供應商。居第二位的 Rambus 公司在 1990 開始成為總線規范開發商，以提高 DRAM 至微處理器的連接性能。該公司一直在開發和銷售用于高速專用體系結構的接口選件。
現有的 IP 供應商和許多小型設計團隊都在提供可反復使用的功能塊，以便公開銷售或提供特許，滿足系統設計師的需求。IP 市場規模已經從 1988 年的數千美元擴大到 2003 年超過十億美元。Data-quest公司 半導體部門副總裁兼研究主管Jim Tully說：“在大多數情況下，設計專有功能塊來實現IP 市場上隨處可以獲得的功能是沒有意義的。這些功能雖然在一種產品中不會與眾不同，但是是系統設計中‘必備’的功能。”
 IP市場
Tully 預計IP 市場在 2004 年增長 28%。表 1 示出了 2003 年10大供應商在IP市場上所占的份額。在 2004 年秋季，ARM公司 收購了 Artisan公司，因而鞏固了它在IP市場上的地位。三大EDA 公司中的兩家公司，即Synopsys公司和Mentor Graphics公司，均位于10大IP供應商行列，并通過收購小型或現成的 IP 公司來增強IP 庫。Cadence 公司負責行業營銷的副總裁 Jan Willis 說：“Cadence公司并不把自己看作一個 IP 供應商。我們認為，將IP 與 EDA 融合在一起并不是客戶所需要的?！盋adence公司 提供一種能使第三方 IP適用于其客戶的程序，即OpenChoice，并強調開發一種能將第三方 IP 方便地集成到客戶設計中的環境。
IP 行業在其成熟時，似乎在步 EDA 行業的后塵。各大公司正在用收購小公司的辦法獲得產品與技術。Mentor Graphics公司 IP 部總經理兼 VSIA（虛擬硅接口聯盟）主席Michael Kaskowitz說：“你可以用一家大型公司開發同一技術的費用來購買一家小型公司。”小公司一般在產品開發期間都會耗盡財力資源，無法生存到 IP 盈利的那。
企業收入只是 IP分析市場的方法之一。另一種方法涉及到根據所售產品的類別將IP市場劃分為數字分市場、模擬分市場、存儲分市場和驗證 IP分市場。所售的大多數 IP 塊屬于數字分市場。就銷售的或提供特許的數量而言，微處理器內核居首位，隨后是DSP功能塊。除了 ARM公司 和 MIPS公司 以外，其它公司，如 Tensilica公司以及供應FPGA的Altera公司 和 Xilinx公司，也銷售大量的微處理器內核。Altera 公司提供 Nios 處理器，而 Xilinx 公司的客戶可以將Xilinx公司從 IBM公司獲得特許的PowerOne 處理器集成到自己的FPGA 設計中。

然而，Altera 和 Xilinx 都沒有出現在收入的10家供應商行列，這是因為 ASIC 市場與 FPGA 市場的定價存在差異。面向 FPGA 市場的 IP 塊的售價要低得多，因為 FPGA 廠商都通過 IP 價格打折來促進半導體銷售。VSIA 主席 Kaskowitz 評論說：“大型 IP 供應商不能進入 FPGA 市場，因為 Altera公司、Xilinx公司和其它公司為促進自己部件的銷售，均對 IP 價格打了很高的折扣。在 FPGA 市場上，相同功能的 IP 價格只有 ASIC 市場價格的五分之一，這是很平常的現象?！钡恍业氖?，低利潤率使行業內大公司不愿意進入這一分市場，并將這一分市場留給小供應商，而小供應商沒有能力為設計師提供高質量的支持。因此，設計師選擇能提供所有必需的 IP 塊來簡化集成過程的FPGA供應商就是至關重要的。
Rambus 公司在接口協議 IP方面居地位。大多數小IP 供應商都進入IP市場的這一分市場，因為開發一個功能塊的初始投資要比開發一款微處理器或 DSP低。提供功能塊之間的整合性和提高數據傳輸速度這一要求，需要人們開發一系列標準，如 PCI Express 和 AMBA（先進微控制器總線架構），而這些標準進一步促進了這一分市場的成長。模擬 IP 是IP市場中正在成長的分市場，盡管還沒有一個專業產品供應商進入收入的10家公司行列。SOC 設計需要越來越多的模擬功能，而有才干的模擬設計師數量大大低于所需的數量。根據 Qualcore公司 首席執行官 Mahandra Jain 說，“許多公司都缺乏模擬方面的專門知識與技能，所以不得不從外面購買 IP 或將設計外包。”
True Circuits 公司是另一家主要的模擬 IP 供應商，它的產品正在獲得廣泛的關注。由于 SOC 設計中存儲器占有相當大的部分，所以提供自糾錯或自保護的存儲器就很重要。諸如 Virage Logic、CEVA 和 Kilopass 等公司都為這一市場服務。驗證 IP 在克服驗證與質量問題方面起著重要的作用，這些問題都是 IP 反復使用的障礙。將第三方 IP 集成到設計中是件困難的事，而驗證 IP則可以顯著簡化這一過程（附文《從驗證結構開始的 IP 方法》）。采用驗證反復使用可以使客戶和供應商越發領悟到 IP 的突出好處。有些公司，如Deanli Software 公司，提供了一種方法，用來測試并驗證通過一根總線（如PCI）通信的所有塊的功能是否正常，是否遵從協議。

問題與趨勢
要求系統公司繼續遵守摩爾定律去開發競爭性的產品，這是 IP 市場的重要推動力。130納米工藝和 90 納米工藝都可提供很大的裸芯面積，以致工程師能在一個裸芯上實現非常復雜的系統?！癝OC”這一術語描述的就是采用這些深亞微米工藝制造的產品。不出兩三年，剛面世的 65 nm工藝將會在生產中普遍使用，而且僅僅使設計問題復雜化。大多數的工程團隊都沒有時間和知識從頭開始開發 SOC，因此他們要反復使用功能塊來縮短開發時間。
有些問題會減慢IP市場的增長速度。一個主要的問題是：如果不把IP塊集成到完整設計中，就難以對IP塊作出評價。Toshiba America Electronics Components 公司 ASIC 與代工業務部門副總裁 Richard Tobias 說：“一般來說，當你購買 IP 時，你也會得一個與之配套的測試臺。很顯然，該 IP 是與該測試臺一起工作的。因此，根據該供應商說，（它）搞出了一個能用的 IP。IP 供應商幾乎從來不提供與普通系統進行集成的范例?！盜P供應商試圖通過提供客戶所選代工廠能成功生產的硬 IP，來減少設計師的種種擔心。許多設計師都有這樣的看法：這類IP能正常運用，并能成功地制造出來，但這一看法是錯誤的，事實上它可能會產生另外的問題。Tobias說：“硬IP意味著它是不能修改的，所以，如果在將功能塊與設計的其它部分組合在一起時，不能移動一根引腳，或者不能修改一個緩存器，那你就難以使定時正確。”Qualcore公司的Jain也表示贊同：“客戶認為購買IP就像購買一個元件一樣，但情況并非如此。硅片可不是印制電路板?！?BR>正如圖1所示，開發商需要在產品的整個壽命期間投資進行支持與維護。Synopsys公司負責業務發展的總監 John Weekley指出：“IP產品將繼續一邊使用一邊演進，不斷發現問題和解決問題，像任何發展中的技術一樣需要進行更新和完善?！?nbsp;  

 IP行業尚須實現處理合同的標準化程序。IP功能塊以多種格式銷售，包括罕見的源代碼，直至包括GDS-II 文件和用于布局工具指令的硬IP都有。就處理器或DSP來說，軟件工程師常常需要該器件的內部結構信息，但某些供應商并不免費提供。據 Toshiba公司的Tobias說，一個IP塊銷售合同的談判要持續六個月之久?？紤]到開發時間日益縮短和市場窗口變窄，即使開發終完成了，這么長時間的談判可能會使某一產品甚至在其開發完成后就過時了。VSIA、OCP-IP（開放式內核協議國際伙伴）以及 SPIRIT（工具流中的封裝、集成和重用IP結構）組織都正研究IP市場的方方面面，以制定各種標準化準則，用以提高有關各方的生產率。他們已取得了某些進展，有些標準已在近出臺，但仍有大量工作要做。
致力于無線通信的TTPCom公司和從事視頻游戲市場的 Imagination 技術公司都提供專用的 IP 平臺。一個平臺系統由許多 IP 塊組成，其中的IP塊可能包括實現一個專用系統的軟件和硬件。Toshiba公司采用其SOC Mosaic系列產品來實現CSSP（客戶專用標準產品）IC。這一系列中的每一種IC都包含有50個或60個數字和模擬 IP塊，并允許客戶增加軟、硬件，以快速實現一種ASIC 器件。
這類IP能顯著減少深亞微米設計固有的一些問題。例如，它包含有占有百分比的硅器件，并解決常常對這類設計造成重大影響的寄生效應問題和功耗問題?？梢灶A計的IP供應商們將推出更多的這類IP。Synopsys公司和Mentor Graphics公司很可能會證明：IP平臺是EDA市場的自然拓展。這些公司以及使用第三方IP的Cadence公司都會提供平臺與工具，從而將客戶專用的軟、硬件更有效地集成在一個設計內。圖2示出了可能發生的市場成熟度進展情況：產品的先進性與復雜程度隨工藝技術和供應商經驗的不斷改進而日益增加。

有關IP市場公司的更多信息，請訪問www.edn.com/community/2813/EDA+Tools+and+IP+Cores.html。
附文：從驗證體系結構開始的 IP 方法
作者： Sean Smith ，Denali Software 公司
IP（知識產權）是實現大規模 SOC（單片系統）設計的關鍵。從表面上看，使用商業 IP似乎既簡單又方便，但電子行業在實現 IP 價值之前，必須先解決幾個重要問題。除物理問題外，只要粗略地看一看 IP 驗證與集成的功能，就可看到向一種有意義的方法大踏步前進的機遇。
開頭的一步就是設計小組評估一個 IP 內核是否滿足設計需求。在大多數情況下，IP 都需要根據目標應用進行重新配置或重新設計。一旦IP用戶選定由某個供應商來進行所需的修改，仍然必須驗證該 IP功能是否正常。即使 IP 供應商通過了嚴格的驗證審核，SOC 設計師還必須建立一個本地環境，來驗證協議功能和符合性，特別是對內核的修改。
一旦修改的 IP 穩定而又功能正常，并符合協議規范，工程師還必須將其集成到設計中，進行系統級驗證。就此而論，設計師必須產生一種機制，用以在系統級測試臺內生成一個通信量方案，以驗證系統級性能和功能。對于芯片間的接口，如 PCI Express 或 SATA-II，設計師還必須建立其它器件的完整模型并創建這些器件的符合性測試臺。
盡管在高層次上描述這些問題是很簡單的事，但考慮到一個典型的SOC內含許多個IP塊（常常來自不同的供應商）時，工作量卻是巨大的。如果功能驗證占用 70% 的開發周期，設計師就不可能為每個協議 IP 都建立一個新的符合性測試平臺和系統級通信量發生器。
驗證是IP 重復使用的障礙。雖然業界所有相關的人和公司都開動腦筋試圖建立 IP 標準，但現在還看不到端倪。與此同時，SOC 設計在蓬勃發展，設計者必須成功地將 IP 用到自己的芯片中。
為獲得成功，芯片設計師正在認識到一種實用的 IP 方法從一個驗證基礎結構開始。也就是說，SOC 設計師可以先投資于商用 VIP（驗證 IP，它服務于一個公共平臺，以便在單元一級對 IP 進行評估），然后在系統級上對其它設備和器件建模，并實施通信流量方案。直到近為止，商業 VIP 常常只包括一個 BFM（總線功能模型），還可能有一個用于檢查協議的監視器。VIP 要真正有用，還需要更多的特性與功能。
現代 VIP 產品往往是可重新配置的，以便支持多種協議，并且具有更加可靠的驗證功能，如直接隨機激勵生成、協議與時態的檢查、功能覆蓋的量度，以及可反復使用的激勵庫。為實現驗證反復使用，VIP 必須提供簡單或自動配置的、能適應于各種配置與驗證情況的激勵庫，這些方案都是非常簡單的測試實例。它們都是可反復使用的模塊，可使設計小組快速而高效地生成復雜的測試實例。