中国标准之二 IP核复用：SoC腾飞之“翼”

 

　   集成电路是信息产业的基础，21世纪信息产业的飞速发展，使集成电路呈现出快速发展的态势。一国集成电路产业的发展实力主要体现在生产工艺和设计水平两个方面，这是产业腾飞的两翼。而以软硬件协同设计、IP核复用和超深亚微米为技术支撑的SoC已成为当今超大规模集成电路的发展方向，是集成电路的主流技术。SoC设计面临诸多挑战，其中IP核的复用最为关键，就像飞机的翅膀一样，IP核的复用是SoC设计大发展的根基，是中国集成电路产业腾飞的重要基础。

　　据Dataquest统计，IP核已经成为一项产业，2005年全球SoC设计的80%都是采用以IP核为主而进行设计的，IP核成为集成电路产业中增长最快的一部分，1998年全球IP核的销售额为3.6亿美元，1999年是4.2亿美元，2000年为6.2亿美元，2004年则急增到29.4亿美元。

　　虽然IP核销售额排前5名的是ARM、Rambus等几家国外公司，但国内也同时出现了以IP核为主打产品的公司，如四川登巅微电子、芯原微电子、苏州国芯以及龙芯的CPU等，IP核已成为业界关注的焦点。

    从标准产生的时间上看，中国集成电路IP核及相关的11项标准从酝酿到出台的时间大约是从2002年到2006年9月的4年左右。作为年轻的标准，也许并没有太过波折与复杂的故事，但梳理标准出台的前因后果，追溯标准产生的历史，审视其间业界发展趋势的变化，会给我们带来新的启示。

    为此，记者采访了中国IP核标准工作组组长、哈尔滨工业大学微电子中心首席科学家叶以正教授。作为中国IP核标准制订过程的亲历者、参与者与见证者，她带给我们很多标准背后的故事。

　　梳理中国IP核标准从酝酿到出台的完整过程，会让我们在时光荏苒和岁月变迁中，在历史与现实中，俯仰中国集成电路产业和SoC设计以及IP标准进展的过去、现在与未来。

 

    中国呼唤IP标准

　　IP(Intellectual Property)即知识产权，在此，特指硅知识产权，是符合一定标准的集成电路功能模块及配套文件。

　　在梳理中国集成电路设计和IP核的发展历史时，不得不追溯到上世纪。

    叶以正说，上个世纪90年代初，由于集成电路制造技术和EDA工具的快速发展，芯片设计规模和设计复杂度急剧提高，出现了一批专门为第三方公司提供可复用的集成电路模块为主营业务的IP供应商。

　　IP供应商的出现，极大地促进了集成电路设计业的发展。但伴随着IP的推广和使用，也出现了一系列亟须解决的问题。首先IP供应商需要提供怎样的文件，才能使IP用户能够方便、准确地进行IP选择；其次是IP的使用者并不熟悉IP结构，如何才能快速对其进行修改以适应设计者的需要(对软IP)；第三，由于SoC各模块间的通讯并没有一个统一的标准，造成IP集成的困难，如何解决IP的接口标准问题；第四，IP种类很多，如何建立一个相对客观的IP评价体系，实现对IP质量的评估；第五，如何进行IP的验证；第六，IP使用的最大障碍之一是IP的知识产权保护，如何有效地建立起IP的保护体系。这一系列问题的出现，最终导致了IP核标准的产生及相关国际组织的出现。

　　SoC设计方法的兴起必然伴随IP市场交易的活跃，但就中国而言，IP市场并不是非常乐观。国内IP交易的不活跃在很大程度上限制了我国SoC的发展，从而可能最终导致我们错失这次历史良机。

    我国IP/SoC产业的问题可以分成两个大的层面：一个是我国企业投入具有自主知识产权IP/SoC产品的研发力度小，创新能力有限。二是IP有效需求不够旺盛，和我国IC产业的整体现状密切相关。2004年我国产值过亿元的IC企业仅仅有17家，它们是IP的主要消费者，但它们的IP消费能力还比较有限。另一方面，高昂的IP价格抑制了我国企业对IP的需求，对我国多数IC企业而言，IP的售价难以承受。

　　IP核售价高一方面是由于IP保护等多方面原因，目前进入我国内地市场的国外IP供应商还比较有限；另一方面由于我国IC企业研发能力有限，自主开发的IP较少，我国IP标准出台后，有利于统一各个IP的交付项等标准，提高IP的可复用性。

　　但同时，制约我国IP发展的还有几个因素：一是查询困难。我国市场上可选的IP非常有限，即使有地方可以查询，也可能因IP数量种类有限而查询不到满足自己需求的IP。二是IP的挑选非常困难。挑选一个IP需要从IP与标准的符合性、IP的设计完好性、IP在SoC中的适应性等方面进行评估，价格问题也是挑选IP的一个重要因素。要购买IP的企业很难对目标IP进行评估，从而最终达成交易。三是缺乏IP交易平台。目前国内缺乏IP交易的技术平台，缺少IP保护的技术和法律手段。四是IP集成、SoC验证的技术困难。SoC设计成本随着设计规模的扩大、设计复杂度的提高而变得越来越高，我国多数IC企业无力承担。

    IP核复用是SoC设计快速发展的基础，而IP标准的出台使IP核复用得以便捷实现。

    在国际上，SoC设计的兴起和IP核的大规模复用起步于10年前。

　　“10多年前，我在上海参加一个研讨会时，美国一家EDA公司一位资深的技术专家介绍说，他们公司的一个几百万门的新的通信芯片只用一周时间就设计出来了。当时，我和上海的一位同行分析，他们之所以能在这么短的时间，完成如此复杂的芯片设计，肯定是应用了模块的复用技术。那时，也正是国际上嵌入式IP核复用开始在SoC中应用的时候，国际上一些大公司已经在朝这个方面努力。”叶以正教授回忆起10年前，那个偶然契机不经意间埋下的伏笔，使她从此与SoC和IP核结下了不解之缘。

　　从那时开始，叶以正和她的伙伴们开始关注SoC和IP核复用，而1996年、1997年时，正是国外一些IP产业联盟缔结活跃的时候。2000年，曾负责方舟一号、二号CPU设计、现任哈工大微电子中心主任的喻明艳教授把从实践中理解的IP核技术带回学校，并组织科研人员进行研究。这段在企业工作的经历，为IP核复用研究与企业需求的结合提供了一个很好的切合点。同时合肥工业大学高明伦教授1997年从美国带回相关IP核的研究和设计工作。无心插柳，哈工大和以高明伦教授为首的合肥工大，对IP核标准的认识先走一步，关注到IP核复用标准的研究和产业推广价值。

　　工作组结合产业实际，逐步明确了中国IP核标准体系应该遵循的技术路线。拟定了首先研究和应用VSIA标准的技术路线，计划采用VSIA标准/规范中有普遍应用价值的部分作为我国IP核标准的第一批标准，与国际先进的IP标准技术接轨，并最终形成具有中国特色的IP核标准体系。

 

    建立中国IP核标准体系

　　2001年，时任信息产业部的一位领导到哈尔滨视察。在哈工大，叶以正进行了工作汇报。汇报结束，这位领导问叶以正：“叶老师，您觉得您所有的工作内容中，哪一项最有价值？”

　　叶以正想了想，说：“那应该是SoC平台，SoC平台是大规模集成电路发展必不可缺的根基。”这位领导点头，“我也这样认为”。就这样，一般只对企业项目进行支持的电子发展基金项目，那一年对学校研究的科研项目给予了基金支持。

　　2002年6月17日信息产业部科技司在北京召开了“集成电路IP核标准化研讨暨标准工作组筹备会议”。会上讨论了国际集成电路IP核标准制定情况以及我国SoC发展对IP核标准化的需求等重要问题，与会的16个单位报名参加标准工作组。

　　之后，信息产业部科技司正式下发了信科函[2002]70号文“关于成立‘集成电路IP核标准工作组’的通知”。在通知中规定了标准化工作组的任务是：联合社会各方面力量，有效地组织国内企业和研究机构及大专院校，开展有关集成电路IP核技术的标准研究和制定工作。

　　标准组的工作紧锣密鼓推进着。2002年7月26日《中国电子报》发布信息产业部科技司关于成立“集成电路IP核标准工作组”的公告，8月10日前有30个单位报名参加了工作组。其中有IC设计企业9家，IC生产企业4家，整机企业3家，高校9家，研究所5家。

　　2002年8月25日信息产业部科技司发文，批准第一批工作组成员名单、任命了工作组组长及工作组联络员。叶以正为集成电路IP核工作组组长，合肥工大教授高明伦为工作组副组长，CSIP(信息产业部软件与集成电路促进中心)副主任邱善勤在CSIP成立后补任副组长。电子标准化所张宏图副所长(当时任电子标准化所科技部主任)、信息产业部电子信息产品管理司关白玉处长任工作组联络员。

　　“工作组建立以来，在信息产业部科技司、电子信息产品管理司、中国半导体行业协会等的指导下，结合产业实际，逐步明确了中国IP核标准体系应该遵循的技术路线。拟定了首先研究和应用VSIA标准的技术路线，计划采用VSIA标准/规范中有普遍应用价值的部分作为我国IP核标准的第一批标准，与国际先进的IP标准技术接轨，并最终形成具有中国特色的IP核标准体系。”叶以正说。

　　“多年来，有关领导给予我们的支持和指导挺多的。他们也特别关注标准的推进工作，帮助解决遇到的实际困难，并从课题到科研经费都尽力给予支持。包括科技部‘重要技术标准研究项目’、863项目以及信息产业部科技司、电子信息产品管理司的课题等。”叶以正说。

　　2002年9月，在北京，信息产业部科技司召开了“集成电路IP核标准工作组成立暨第一次工作会议”。首批30家成员企业出席了会议。目前，会员企业已经扩展到40家。工作组在这次会议上完成了第一阶段的组织搭建工作，开始正式走入产业界。

　　2003年1月17日在哈尔滨召开了第二次工作组成员大会。工作组整理相关国际标准，汇集国内前期有关IP标准方面已开展的工作成果。包括合肥工业大学863的预启动项目、VSIA组织及IP标准制定和哈工大、国微公司联合进行的IP核标准体系研究，确定我国IP标准体系规划，提出我国IP标准草稿。

　　2003年4月6日、8月6日、10月25日分别在北京和哈尔滨召开了三次审稿专家会。

　　“现在SoC设计中80%都是采用可复用的IP核。因此，在IP核交付项、测试、评估质量以及验证，尤其是第三方评测等方面，都建立标准，将大大促进SoC的发展。在国际上，最初是一些老牌的公司着手于此，他们积累了丰富的IP核资源，并把自身储备的IP核进行挑选和梳理之后，对一些IP核进行复用。随着可复用的IP核数量的增多，逐渐在公司间开始了IP核的交易，并最终形成了IP核交易市场。这时IP核标准就显得至关重要了。国内的IP核交易尽管量还较少，但却是一种趋势和产业发展需要，因此，制定与国际标准兼容的IP核标准就成为工作组一直全力推动的工作。”叶以正总结着工作组4年如一日的工作。

　　2004年12月，工作组申报第一批送审稿。同时，工作组在信息产业部的领导下，在行业协会、信息产业部电子情报所知识产权中心的支持下解决了VSIA有关标准翻译的许可。

　　2004年6月～2005年6月，进行标准应用。工作组深入研究VSIA标准体系和内容，提出文档建议模板、组内推广应用，并首先在CSIP等单位应用。

    2005年～2006年，工作组跟踪国际相关标准制定情况及国内产业发展，研究制定有关可复用接口、测试等标准。并于同期进行了IP保护等相关标准研究工作。

　　2006年9月24日，中国集成电路IP核共11项标准经信息产业部批准发布。批准文号为信部科[2006]620号。

　　从实现形式上来看，IP核通常以三种形态出现，分别是软IP核、硬IP核以及固IP核。

　　“但无论是哪种形式的IP核，都具有一些主要特征，这些特征在IP核提交时可以统称为交付项。无论是软核还是硬核，将IP 核集成到SoC中都需要很多步骤，这个过程能否顺利完成，主要取决于IP核提供者提交的交付项是否完备，是否符合通用标准。因此通过标准对这些交付项加以明确的定义与规范，是IP核有效复用的基础与保障。”工作组常务秘书长肖立伊教授说，正是这样的产业共识，使得这批IP领域的幕后工作者忍受了4年寂寞，一以贯之地完成了标准制定工作。

　　4年来在信息产业部科技司、电子信息产品管理司、中国半导体行业协会的领导与支持下，工作组为中国IP核标准的制定及其在业界的推广等方面做了大量的工作，建立起集成电路IP核标准体系，发布了11项IP核相关标准，进行了多次的标准宣传贯彻活动，取得阶段性的成果。

 　 国内公司在购买IP核进行系统设计时，很多公司宁愿意高价买国外的成熟IP核，以便更快地设计出产品投放市场。但如果这种情况太多，则使中国自主的IP核的发展遭遇困境和尴尬，也会造成国外公司在IP核领域的垄断。这对于中国集成电路产业的发展和创新都会形成威胁和隐患。

 

    参考国际标准 突出中国特色

　　国际上为IP/SoC制定标准的主要组织/联盟有IEEE国际标准化组织、VSIA、OCP-IP和SPIRIT。IP/SoC标准多由国际性的工业联盟制定，推动IP核标准化进程的是三个关键性的联盟，即VSIA、OCP-IP 和SPIRIT。

　　这三个联盟的目的都是要使设计人员更容易地进行IP核的集成，但他们的工作并不重叠，而是高度互补的。VSIA为IP核的交付、转让、质量评估以及保护制定了较全面的标准，起到不可替代的作用；OCP-IP致力于IP核接口及片上互连标准的开发，为IP核的即插即用做出了贡献；SPIRIT为IP核集成的自动化做出了不懈的努力。

　　“为使IP核标准制定得科学合理，首先是要建立一个标准体系，该体系要能满足现阶段国内IP/SoC产业的需求，支持可持续发展，同时要与国际公认标准相兼容。这是当初我们在进行中国IP核标准搭建时的初衷。”叶以正说。这决定了中国IP核标准在起点上是与国际标准相比肩的。

　　中国集成电路产业是面向国内国际两个市场的，在标准制定上，国际标准是个重要的参照系。

　　工作组首先对国际上IP核标准尤其是上述三个联盟制定的标准进行了认真研究，深入分析，分类整理，根据国际标准的发展状况及趋势，建立起IP核标准体系框架。标准体系中的五大类标准涉及到IP核在设计、转让与集成过程中应遵循的规范与标准。

　　中国IP标准体系框架中“IP核交付使用文档规范/标准”以VSIA的标准为基础，这部分也是VSIA标准中最成熟的而被业界所广泛接受的。工作组通过组织专家对这些标准进行初审和复审，向工作组全体成员征求了意见并进行试用，根据反馈意见，进行了再次修改，技术内容与VSIA的保持一致，主要进行了文字上的编辑修改。中国IP标准工作组在制定IP核标准的同时，注重加强国际合作，以加快IP核标准制定的进程。

　　但VSIA制定的标准/规范/文件只对其联盟成员是免费的，联盟成员要交纳5000美元～20000美元不等的会费，我国只有4家单位是其成员，远远满足不了国内对标准的需求。为尊重知识产权，受信息产业部科技司委托，工作组与VSIA进行了多次协商，经过近半年的谈判磋商，在信息产业部科技司、中国半导体行业协会的大力支持下，2005年8月23日中国半导体行业协会与VSIA在北京签署成立VSIA中国特别兴趣小组(CSIG)的协议书及备忘录，VSIA同意中国在VSIA标准的基础上建立中国IP复用标准。

　　参加CSIG的公司有权取得除IP保护“软核和硬核标签标准Soft and Hard IP tagging standard”以外的VSIA全部文档(规范、标准和其他文件)。在合同生效期间，不超过20名CSIG的研究人员可以免费访问VSIA的全部文档。这在国际上树立起中国尊重知识产权的良好形象。

　　同时，工作组与OCP-IP的总裁有过多次接触，共同探讨了OCP总线规范以及在中国推广OCP标准的事宜，并多次邀请OCP-IP的技术人员举办讲座，已经促成OCP-IP与“信息产业部软件与集成电路促进中心(CSIP)”和“上海硅知识产权交易中心(SSIPEX)”的合作。

　　按照标准体系框架，工作组正在围绕其余部分开展研究。同时，开展标准宣传贯彻工作，进一步深化与国际性标准组织/联盟的交流与合作。

　　参照目前发布的11项IP核标准，IP核提供者可以提供较完整的IP核交付项，包括IP核的相关文档和可执行的机器描述形式，使IP核用户与提供者之间依据这些文档和设计数据进行沟通，进行IP核转让与集成。

　　随着工作组工作的深入开展，预计2007年IP核质量评估/评测标准与IP核文档结构指南可以发布。这样从IP核的设计、转让与质量评估上，给予规范化的引导，为国内的IP核基础设施逐步完善起到支撑作用，促进IP/SoC产业的健康、快速、有序发展，为把中国的IP核企业做大做强走向世界起到推动作用。

    “中国集成电路IP核标准的发展，首先需要学习、推荐、推广国外已有的较为成熟的标准，并为国内相关IP公司所用，推动IP设计技术的发展。其次是建立与国内集成电路设计水平相适应，并与国际标准相兼容并能够被国际承认的标准，在IP设计和交付文档结构、可交付项及质量评测规范和QIP的第三方评测等方面有所贡献。同时，积极参与国际标准的制定，在标准研究、制定、使用和推广中发挥重大作用。”这是叶以正特别强调的一点。

　　与此同时，学术机构间的交流与合作也从未停止过。2005年6月～2006年8月，在香港特区科技署支持下，香港科技大学邀请哈尔滨工业大学、合肥工业大学和浙江大学三校与香港科技园共同开展IP核第三方评测技术的研究工作。项目取得的创新成果与VSIA互换知识产权，为工作组制定IP评测标准提供了重要参考和技术储备。

　　近日，VSIA现任总裁Kathy Werner女士提出希望密切与中国IP标准工作组交流与合作，共同创建VSIA-China IP质量评测标准。

　　在政府层面，我国政府一直采取积极的产业政策，全面促进产业的健康发展。“973”、“863”、电子发展基金、“研发资金”都有专门针对IC产业的资金投入。整个“十五”期间，我国IC产业保持了近40%的年均增长率。预计“十一五”期间，我国IC产业仍会保持高速增长。

　　“对于IP/SoC产业而言，它们是IC产业的一部分。作为新兴的技术和产业，我国IP/SoC产业虽起步较晚，但迅速吸纳了发达国家经验，直接站在了较高的起点上，从而我国IP/SoC产业必将以高于IC产业整体发展速度的速度发展。”叶以正说。但同时，她放不下的一块心病是国外一些大公司正在对IP核领域形成垄断，这给中国自主的IP核造成了发展困境，压缩了中国IP核的发展空间。

　　这是叶以正非常担心的地方，“现在一些国外公司，在提供可交易的IP核时，它的配套软件非常成熟和丰富。国内公司在购买IP核进行系统设计时，很多公司宁愿意高价买国外的成熟IP核，以便更快地设计出产品投放市场。但如果这种情况太多，则使中国自主的IP核的发展遭遇困境和尴尬，也会造成国外公司在IP核领域的垄断。这对于中国集成电路产业的发展和创新都会形成威胁和隐患。”

　　如何才能避免这一情况的产生，就要靠政府、企业、产业和学界共同的努力，才能支撑起中国IP核事业的一片蓝天。

展望今后，叶以正深有感触。“在政府层面，国家的产业政策中，尤其是一些中长期发展规划和重大专项以及一些政府资金支持项目中，一直在积极推动中国IP核事业的发展。而在产业层面，则要在消化吸收的基础上，逐步建立并形成中国自己的IP标准体系架构，并最终成为国际标准制定的重要力量，这也是哈工大，信息产业部软件与集成电路促进中心等机构更广泛参与标准制定与推广工作的原因。在现阶段，IP核标准研究和体系建立还不能为企业带来实际效益，但却是中国集成电路产业发展和振兴的必由之路。中国IP核标准需要有更多企业参与，有更多的企业来应用，中国自主的IP才能真正发展起来，中国的集成电路产业才能真正发展起来，但这需要一个过程。”她在采访结束时强调。

 

相关链接大事记

1.    2002年6月，信息产业部集成电路IP核标准工作组成立。工作组的标准制定战略是产学研相结合，自主创新与国际接轨相结合，建立科学完善的IP核技术标准体系，制定出我国IP核技术标准。目标是加快IP核的复用，形成我国自主知识产权IP核产品，促进IP核产业的形成与发展，提高我国集成电路产业国际竞争力。

2.    2004年完成对国际IP核联盟VSIA所发布的所有标准、规范和文档的研究、试用和翻译工作；建立了我国IP核标准体系，决定了拟采用VSIA的11项内容；开展了IP开发指南的制定工作。

3.    2005年5月－2006年7月，与香港科技大学及香港科技园开展了第三方IP核质量评估/评测标准的研究，形成IP核质量评估/评测标准的初稿。

4.    2005年8月，促成中国半导体行业协会与VSIA成立VSIA中国特别兴趣小组（CSIG），VSIA同意中国在VSIA标准的基础上建立中国IP复用标准，与VSIA的知识产权问题得到妥善解决。

5.    2006年9月，首批11项集成电路IP核技术标准作为电子行业标准化指导性技术文件批准发布。批准文号为信部科[2006]620号。

6.    2007年10月12日在大连工作组年会上，讨论和通过了包括IP软/硬核交付项规范、IP软/硬核文档结构规范、IP软/硬核质量评测标准等第二批征求意见稿。

7．2006-2007年由CSIP主办，在北京、珠海、大连和青岛组织5次标准宣传贯彻活动。