财说| 芯原股份距离芯片IP之王ARM还有多远？
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“你认为整个半导体工业里最好的工作是什么？”，有曾问ARM公司CEO沃伦（Warren East）这样一个问题，“Mine.（我的）”沃伦回答中带着掩饰不住的骄傲。
沃伦确实有这样的底气。作为全球顶尖芯片IP设计公司ARM的CEO，他几乎掌握着全球大多数芯片设计公司的命脉。
所谓芯片IP，是指芯片中预先设计、验证好的功能模块，芯片设计公司通过类似搭积木方式购买IP，实现某个特定功能，缩短芯片开发时间。高端芯片IP可谓“芯片之巅”，处于全球芯片产业链金字塔塔尖位置，其技术壁垒并不亚于光刻机。
在芯片IP市场上，ARM无疑是王者，有着40.9%的市占率。在去年市占率排名前十的公司中，仅有一家中国企业，芯原股份（688521.SH）市占率为1.8%，排名第七。
上周，去年营收13.4亿元、净利润亏损4200万元的芯原股份科创板上市，成为A股第一只芯片IP股。新股效应叠加概念题材，令芯原股份股价大涨，目前市值约为620亿元。
芯原股份试图创立属于自己的生态圈，但在其迈向ARM的路上，至少摆着两道大坎。
芯片IP三十年
如果把封闭架构的Intel比作“中央集权制”代表，那么ARM创造的芯片IP模式则代表了“分封制”。ARM开启了一个全新时代。
1990年，苹果、Acorn和VLSI三家公司合资成立了ARM，苹果最初投资的目的是保证其牛顿PDA产品芯片供应。然而，事与愿违，牛顿PDA并未获得成功。ARM被迫改变策略，不再直接销售芯片，转而将芯片设计方案以IP的形式授权给其他公司。
该模式是这样运作的：半导体公司向ARM支付固定的授权费（License），获得ARM的IP一次或多次使用权。在芯片量产销售后，半导体公司还要向ARM支付按单位计价的版税（Royalty）。
数据来源：EDA365
这样的做法类似“分封”，ARM将一部分权力授予了“诸侯”也就是芯片设计公司。带来的好处是，在后来的移动互联网和物联网时代，有越来越多碎片化应用场景，更适合“诸侯”来占据。而“中央集权制”式的Intel无法一一触达，ARM名正言顺获得了更大地盘。当然，“分封制“也有坏处， ARM营收规模上远小于Intel。
1993年，ARM成功将芯片IP授权给德州仪器公司，获得德州仪器的背书标志着芯片IP这一商业模式得到了验证。1997年11月，诺基亚发布了6110手机，这是首款内置游戏的手机，其中贪吃蛇游戏也被认为是有史以来第一款手机游戏，该手机的芯片正是德州仪器基于ARM的处理器IP研发。
ARM的发展由此走上快车道，并于次年1998年上市。
ARM财报显示，其收入分为授权费、版税、开发系统、咨询和服务支持培训五类。2000年到2002年，授权费是最主要的收入来源，随之而来的还有可观的服务和咨询收入。这段时间的ARM还处在拓展“朋友圈”阶段，使其芯片IP能够获得更多芯片厂商的认可。
2003年，随着3G在全球大规模商用，手机销量爆发，ARM按芯片出货量计算的版税比例开始上升。
2007年，iPhone1发布，手机迈入智能机时代，智能机需要更快计算速度，iPhone1采用了ARM11处理器，ARM处理器IP的重要性进一步突显。2008年，ARM版税收入超过授权费，此后也维持这一态势。全球几乎所有智能手机处理器都采用ARM架构，ARM由此进入向全球芯片公司“收税”的阶段。
数据来源：SEC，界面新闻研究部
以ARM7这款芯片IP为例，可以看到完整的“收税”机制。
2007年以后，ARM7授权的许可证数量基本没有变化，ARM也早已停止了对这款芯片IP的支持。但截至2011年，使用该IP的芯片出货量仍在快速增长，ARM也一直在收取相应版税。
数据来源：ARM
从上图可以看出，芯片IP公司收入具有后置特征，版税收入可能发生在授权芯片IP的多年之后。
这可能也是孙正义愿意溢价43%收购ARM的原因之一。2016年，软银集团以217亿英镑将ARM私有化，根据2015年ARM净利润为3.39亿英镑计算，收购的静态市盈率约为64倍。
私有化并退市并没有影响ARM的行业地位。2019年，ARM依旧以40.9%的市占率雄踞芯片IP市场第一位，紧随其后的两大EDA软件公司分别是Synopsys（下称新思科技）和Cadence（下称铿腾电子）。在这份排名中，芯原股份市占率为1.8%，排名第七。
数据来源：IPnest 芯原股份的艰难升级
芯原股份作为后发者，在没有品牌背书、没有生态情况下，能照搬ARM模式吗？
芯原股份选择了一种被其称为SiPaas（芯片设计平台即服务）的模式。在这种模式下，公司除了半导体IP授权服务，还为客户提供一站式芯片定制服务。
目前市场上芯片定制服务公司主要分为以下几类，第一类是有晶圆厂作为股东，最初成立目的是为晶圆厂带来业务，但客户无法选择晶圆厂。典型的如智原、创意电子；第二类是和EDA工具、与IP相捆绑，这类公司通过设计服务将其设计方法学、IP及EDA工具渗透到客户具体项目中，从而间接促进 EDA工具销售，典型的公司如新思科技、铿腾电子；第三类是晶圆厂中立，根据不同的晶圆厂工艺特色和产能为客户提供多样化选择和灵活服务，典型的如芯原股份。
三类模式诞生有其必然性。第一类公司与晶圆厂关系密切，在排产优先级和成本上都有优势，但如果晶圆厂工艺节点落后，反过来会制约其发展。第二类公司主要业务是EDA工具和IP，利润率极高，而服务利润率相对较低，做服务只是为了配合主业，并非其发展重点。
芯原股份作为第三类存在，与其发展路径有关。
芯原股份最初的业务是为中芯国际（688981.SH，0981.HK）提供标准单元库。公司于2004年收购国内芯片设计服务提供商上海众华，获得了系统级芯片的研发设计能力，结合原有设计能力，开始推出从规格定义到芯片成品的一站式芯片定制服务。
这一模式源于芯原股份董事长戴伟民对行业的判断，即芯片行业分工有不断细化趋势。
上世纪70年代起，美国将半导体系统装配、封装测试等利润含量较低的环节转移到日本等其他地区，由此促成了半导体产业的第一次分工细化。
20世纪80年代至90年代，中国台湾的台积电和联电两家晶圆厂诞生，推动全球半导体产业由IDM（集成器件制造）模式逐渐转变为Fabless+晶圆代工模式，促成了半导体产业的第二次分工细化。
21世纪以来，芯片设计难度和成本快速提升，促使芯片设计产业进一步拆分出半导体IP厂商和轻设计厂商，形成目前还在进行中的第三次分工细化。
数据来源：招股书，界面新闻研究部
轻设计芯片厂商一般只做擅长的核心部分。举例来说，被苹果收购的PrimeSense是家以色列视觉传感器创业公司，该公司只做了芯片中最核心的3D视觉算法部分，而将非核心部分交给芯原股份来定制，这样可以加快芯片量产进度。除此之外，大型互联网公司、系统厂商和成熟芯片公司也有类似定制需求。
从收入结构看，2019年芯原股份一站式芯片定制业务收入为9亿元，占比67.33%；芯片IP授权业务收入为4.37亿元，占比32.67%。
其中，一站式芯片定制服务可进一步分为芯片设计和芯片量产业务。芯片设计覆盖交付给客户芯片样片前的环节，量产业务则是为芯片量产提供生产管理服务；芯片IP授权业务则分为授权使用费和特许权使用费（即版税）。
数据来源：招股书，界面新闻研究部
2019年，芯原股份授权使用费同比增长60%，达到3.4亿元，远高于9470万的特许权使用费，这和ARM早期情况类似，说明公司还处在快速拓展“朋友圈”阶段，量产芯片相对有限。
从毛利率看，2019年公司一站式芯片定制业务毛利率仅为13.66%，而芯片IP授权业务毛利率高达94.78%。
数据来源：招股书，界面新闻研究部
芯原股份之所以愿意做毛利率很低的一站式芯片定制业务，出于三点考虑。
一是和IP授权业务之间的协同效应。公司通过为客户提供定制芯片服务，逐步取得客户信任，促使客户尝试使用公司的芯片IP，希望客户在使用公司芯片IP后转而需要定制服务。
二是量产业务的潜在弹性。量产业务按交付芯片数量计价，生产工艺跑通后，公司几乎不需要人员支持，毛利基本相当于净利润。
不过，由于公司量产业务芯片出货量从2018年的96821片下滑至2019年的79123片，导致2019年量产业务毛利同比下滑24%，量产业务的弹性暂时还没有显现。
数据来源：招股书，界面新闻研究部
三是以较低的风险加强技术壁垒。随着先进工艺节点不断向7nm甚至5nm演进，芯片设计成本越来越高，7nm主流应用时期单颗芯片研发成本相比28nm上升了近5倍，随之而来的是更高的研发风险，这种风险让中小型甚至部分大型芯片设计公司望而却步。不过，芯原股份却能花客户的钱，不断提高技术团队在先进工艺节点的设计能力。芯原股份不承担芯片产品终端市场销售风险及费用，不承担库存风险及费用，不承担对终端用户的技术支持。行业内三星EUV光刻机生产的首颗10nm芯片就是由芯原股份为矿机厂商亿邦国际特别定制的。利用这种模式，芯原股份可以紧跟最先进工艺节点。目前公司已经在掌握7nm设计的基础上建设5nm FinFET设计平台。
数据来源：招股书，界面新闻研究部
需要指出的是，芯原股份一站式定制芯片服务只是规避了芯片研发的经济风险，但诉讼风险依然存在，亿邦国际就以“晶圆质量缺陷”为由，将芯原股份告上法庭，索赔1.78亿元，此案尚在审理之中。
研发不辍，亏损不停？
从以上分析中不难看出，芯原股份已经建立起了一定的技术壁垒。但距离其成为行业巨头，依然困难重重。至少有两道坎摆在面前。
持续大量研发投入带来的亏损是芯原股份面临的第一道坎。
在芯片IP行业，大多数公司研发费用占营收比例在30%到40%这一区间，个别公司在某些年份甚至能达到70%。ARM由于规模效应，这一比例可以压低至30%以下。
2016年到2019年，芯原股份研发费用占营收比例在37%到30%之间波动，这一比例并不算高，但已经让公司不堪重负。
数据来源：Wind，界面新闻研究部
2019年，芯原股份扣非后亏损1.01亿元，公司当年研发费用4.25亿元，占收入比例为31.7%，在A股半导体公司中排名第二。
数据来源：Wind，界面新闻研究部
由于芯片设计类公司以研发人员为主，所以与研发费用相应的是公司员工数量。2019年底，芯原股份员工总数为936人，低于韦尔股份（603501.SH）、紫光国微（002049.SZ）和汇顶科技（603160.SH），排名芯片设计类公司第四。
然而，大量研发人员开支并没有为公司换来高速增长，从2016年到2019年，芯原股份营收复合增速仅为16.7%。2019年人均创收为143万元，远低于A股半导体设计公司人均创收中位数234万元。由此看，芯原股份研发转化效率现阶段偏低。
另一方面，芯原股份的投入似乎紧跟ARM步伐。ARM于2016年私有化退市，2017年开始ARM研发费用剧增，净利润直线下滑。
(数据来源：ARM，界面新闻研究部
行业龙头如此“拼命”投入研发，这对所有同行都是压力。
正如芯原股份招股书中所提示的风险：“为保持技术先进性，公司在未来仍需持续进行较高研发投入，如果公司经营的规模效应无法充分体现，则可能面临在未来一定期间内无法盈利的风险。”
在盈利不确定情况下，芯原股份规模效应也就是营收增长速度何时能够体现仍有待观察。
芯原股份真正的野心
芯片IP行业生态是芯原股份面临的第二道坎。
做成生态是芯片公司的最高境界，而生态恰恰是国产芯片的薄弱之处。其中，围绕指令集形成的生态是最关键的。
指令集是计算机芯片的底层语言，是介于软件和底层硬件之间的一套程序指令合集。世界现存的指令集有5种，分别是X86、ARM、POWER、MIPS和RISC-V。
其中ARM的生态最为强大。目前芯原股份大部分芯片IP也都是基于ARM指令集开发的，2019年芯原股份向ARM采购金额为300万元。这使得芯原股份和ARM之间关系颇为微妙，既有竞争也有合作。
但形势已在悄悄发生变化。芯原股份招股书中称，“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存在着较大的技术风险。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。公司目前已获得国家集成电路基金、浦东新兴、张江火炬三家国有资本的入股。”
当前，ARM的指令集架构生态不乏破局者，新近崛起的开源RISC-V架构就是其中之一。相比ARM长达数千页架构文档，RISC-V仅有两百多页，精简灵活其最大特征。
2018年7月，上海经信委发布了RISC-V相关的扶持政策。同年10月，中国RISC-V产业联盟成立，戴伟民任产业联盟理事长。2019年，芯原股份还投资了国内一家初创的RISC-V处理器芯片芯来科技。
不过，对于RISC-V的前景，业内人士普遍认为，RISC-V只是多一种选择，目前在生态上和ARM差距还很大。
芯片IP下游的应用端生态也是芯原股份看重的。
松山湖科技产业园区，地处中国消费电子重镇东莞市。2011年以来，戴伟民每年都会来到这里参加松山湖中国IC创新高峰论坛，作为唯一协办方和论坛主持人，他每次都会介绍8到9款国内芯片设计公司的产品，为芯片和应用之间搭建桥梁。
汇顶科技（603160.SH）、兆易创新(603986.SH)、瑞芯微（603893.SH）和全志科技（300458.SZ）等芯片设计公司的产品都在松山湖展示过，当时这些公司还不像现在这么知名。
数据来源：信达证券，界面新闻研究部
一位芯片业内人士告诉界面新闻，“不管是芯原股份还是投资者，其实可以通过这个活动寻找一些早期芯片投资项目，芯原股份当时没有利用这个契机开展投资业务是有些可惜的。”
事实上，通过服务延伸到投资的商业模式，在创新药的CRO（合同研究组织）外包领域已有先例，药明康德和泰格医药等公司都有庞大的投资业务。
芯原股份过去很少有对外投资，这也是其生态中亟待补上的一环。
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