半導体IP（設計資産）とは

Q: 知的財産権そのものを指すのですか？

違います。一般にIPは知的財産を意味し、発明やデザイン・著作物などを指しますが、ルネサス エレクトロニクスが呼ぶIPは半導体の設計情報を指します。

THEME 08 デバイスと回路 · 設計・アーキテクチャSemiconductor IP

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半導体IPとは、CPUやメモリ、インタフェースといった機能ブロックの設計情報そのものです。 IPは本来、知的財産権を指す言葉ですが、半導体分野ではこれと区別して、CPUやメモリ、信号を演算する回路などICを構成する機能ブロックをIP（設計資産）と呼びます。

取引されるのは、完成したチップの手前にある回路設計図です。

半導体のIPは、特許ではなく回路設計図を指す

半導体の話に出てくるIPは、特許とは別の言葉です。本来の意味にあたる「知的財産権」（IPR：Intellectual Property Right）と区別するため、半導体分野では機能ブロックを指してIPと呼びます¹。一般にIP（intellectual property）は知的財産を意味し、発明やデザイン、著作物などを指しますが、ルネサスエレクトロニクスが呼ぶIPは半導体の設計情報です²。用語集もメーカーも同じ断りを入れるほど、混同されやすい言葉です。

取り違えると、商いの中身まで読み違えます。産業構造の図でも、この業態は「IP（回路設計図）ベンダー」³と表記されています。

日本語での言い換えは資料ごとに異なり、JEITAは「設計資産」と訳し、東京エレクトロンの記事は同じIPを「知的財産：Intellectual Property」と展開しています。指しているものは同じ機能ブロックの設計情報ですが、知的財産権そのものと区別するには「設計資産」という言い方のほうが安全です。

一から設計すると、人海戦術で数十年かかる

論理設計では、ICチップ上を大きな機能ブロック（CPUやメモリ、I/Oなど）に分け、そのブロックをさらに小さな機能に分けて設計していきます。この各機能ブロックがIPです。これらのブロックを一から設計するとなると、人海戦術では数十年もかかる規模です⁴。最も大きなICともなると、1000億個のトランジスタが集積されるまでになりました。そのため、コンピュータによる自動設計ツールを使い、さらに大きなIPブロックを外部からの購入などで入手して設計します。

大規模な製品の場合、すべての回路を自社でゼロから設計するのは難しく、多くはIPと自社設計した回路を組み合わせて所望の機能を実現します⁵。動作確認済みの既設計の回路ブロックを利用すると、新たに回路を設計するよりも効率的で、設計期間が短縮できます¹。早さに加えて、すでに動くことが分かっているという点が検証の手間を減らします。

全部を描くか、あるものを組み合わせるか

すべての機能ブロックを一から設計する道は、規模の面で閉じています。既存のIPを並べ、自社ならではの部分だけを新規に設計するのが実務です。

中身は、回路とソフトウェアの両方

IPには、その機能ブロックのハードウェア（論理回路図、ICレイアウト図など）とソフトウェア（ドライバソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェアなど）があります¹。ハードウェア回路を半導体IP、ミドルウェアなどのIPをソフトウェアIPということもあります。

粒度も具体的です。ルネサスは、保有するIPとしてCPU（中央演算処理ユニット）に始まり、通信用インタフェース、タイマ、メモリ、アナログなどを持ち、提供中の製品としてCPUコア（RX、SHなど）、モータ用タイマ、USBコア、SRAM²などを挙げています。チップ1つの中に、こうしたブロックが何十と並びます。

渡し方によって、設計の自由度とチップ面積が入れ替わる

ハードマクロは、回路のつなぎ方を記したネットリストで登録されているセルです。デバイスの種類やデザインルールなどのプロセス技術に依存するため設計の自由度には欠けますが、配置配線の最適化などを行うことでチップ面積は小さくできます。従来からの設計資産（半導体IP）のほとんどは、このハードマクロです¹。

論理合成で見た「どの工場でも通る側／工場が決まる側」の区別は、IPにも当てはまります。どの段階のかたちで渡されるかで、自由度と効率が入れ替わります。

IPプロバイダは、チップを持たずに設計図だけを供給する

IPプロバイダは、半導体IP（Intellectual Property：設計資産）の設計だけを専門に行い、これをICメーカなどへ供給する業態の企業です¹。製造を他社の工場に任せるファブレスのさらに先で、チップという製品すら持ちません。

産業構造の図でも、IPベンダーは³「EDA（電子設計自動化支援ツール）ベンダー」と並ぶ独立した層に数えられています。水平分業の設計・前工程・後工程という3分割は、設計の内側でさらに細かく区切られています。

対価は前払いのライセンス料と、出荷量に応じた権利使用料

半導体IPの取引では、売った後も出荷量に応じて対価が入り続けます。1993年にArmアーキテクチャを採用したApple Newtonが発売されたものの、商業的な成功を収めませんでした。そこからSaxbyは、単一の製品でArmという会社を維持することの限界を実感しました⁶。

そこでArmが採ったのが、当時としては新しいIPビジネスモデルです。さまざまな企業に、前払いのライセンス料と生産されたシリコンの量に基づいた権利使用料を対価として、Armプロセッサーの生産権利を付与するようにしました⁶。使う権利を得るときに前払いで払い、そのあとは作った数に応じて払う2段構えです。ひとつの製品の成否に会社の命運を預けるかわりに、採用してくれた各社の出荷量の合計に乗る形です。

1つの製品に賭けるか、多くの製品に乗るか

ひとつの製品の成否に会社を預けるかわりに、採用した各社の出荷量の合計に乗る形です。対価は前払いのライセンス料と、生産量に基づく権利使用料の2段構えになります。

設計は「使い回す」ことが前提になった

東京エレクトロンは、どんなに設計の自動化ツールが進化してもチップ全体を新規設計することは稀で⁷、動作実績がある設計資産の活用には設計フロー全体を効率化するうえで代え難い価値があるとしています。自社開発であろうと他社開発であろうと、実績のある設計資産を有効活用すれば、価値あるチップを効率的かつ確実に設計できるようになるという見方です。代表例は、スマートフォン向けSoCのコアとして利用されるARM（英国）のarmアーキテクチャのIPコアです。

背景には人数の桁の差があり、半導体チップ設計者は世界に20〜30万人、ソフトウェア開発者は3000万人とケタ違いに多いと言われます。

RISC-Vで無料になるのは命令セットで、IP製品は別

armやx86といったプロプライエタリISAに対抗するISAとして、ライセンス料不要で拡張も自由に行えるオープンISA「RISC-V」を、世界中の企業・研究機関が利用するようになりました⁷。ただし、無料になるのはISA（命令セット）で、個別のCPUコアIP製品の価格は別に決まります。

英国の市場調査企業Omdiaは、2030年にRISC-Vが全ISA市場の25%を占める可能性があり、毎年約50%の成長が見込まれる⁷と予測しています。

よくある質問（FAQ）

半導体IPとは何ですか？

CPUやメモリ、信号を演算する回路など、ICを構成する機能ブロックの設計情報で、設計資産とも訳します。IPは本来は知的財産権を意味しますが、半導体分野ではこれと区別して機能ブロックをIPと呼びます。

知的財産権そのものを指すのですか？

違います。一般にIPは知的財産を意味し、発明やデザイン・著作物などを指しますが、ルネサスエレクトロニクスが呼ぶIPは半導体の設計情報を指します。

なぜ他社の設計を買うのですか？

全部を自前で設計すると数十年かかるためです。機能ブロックを一から設計すると、人海戦術では数十年もかかる規模になります。動作確認済みの既設計の回路ブロックを利用すれば、新たに回路を設計するよりも効率的で、設計期間も短縮できます。

何が含まれているのですか？

機能ブロックのハードウェア（論理回路図、ICレイアウト図など）とソフトウェア（ドライバソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェアなど）です。ハードウェア回路を半導体IP、ミドルウェアなどのIPをソフトウェアIPということもあります。

IPだけを売る会社があるのですか？

あります。IPプロバイダは、半導体IPの設計だけを専門に行い、これをICメーカなどへ供給する業態の企業です。

どうやって対価を払うのですか？

前払いのライセンス料と、生産されたシリコンの量に基づいた権利使用料です。Armは1993年にこの仕組みを導入し、さまざまな企業にこれらを対価としてArmプロセッサーの生産権利を付与するようにしました。

IPは必ず有料ですか？

命令セットには無料のものもあります。armやx86といったプロプライエタリISAに対抗するISAとして、ライセンス料不要で拡張も自由に行えるオープンISA「RISC-V」を世界中の企業・研究機関が利用するようになりました。ただしこれは命令セットの話で、個別のIP製品の価格は別に決まります。

比較・違いを学ぶ

システムLSI（SoC）とは── IPを組み合わせて作られる側
ファブレスとは── 製造を他社の工場に任せる業態、IPプロバイダはさらにその先

出典

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