過往需多顆芯片才能組構的運算系統,現在透過半導體的整合工藝,單一SoC芯片即可實現,但無論用多顆芯片構成的系統,還是用單顆芯片就實現的系統,系統中都包含各種屬性、功效電路,而在SoC需求愈來愈普遍,同時內部設計愈形復雜后,芯片公司已難完全以自力、自主完成SoC設計,若完全自力設計,則電路的設計、驗證過程費時更,影響SoC上市時間與研發成本。
為能用更簡便、快速方式完成SoC設計,半導體產業衍生新經營型態的公司,稱為IP Provider(硅知識產權供貨商),IP Provider只專注于芯片內各功效電路研發設計,并將功效電路設計成果授權給其它業者使用,而技術授權費或芯片量產后的權利金,就成了IP Provider的主要收益來源。
不過,并不是只有IP Provider才能授權芯片的功效電路設計,半導體產業中其它經營型態業者,也提供類似服務,包括整合裝置制造商(IDM)、
晶圓代工廠(Foundry)、無晶圓廠的芯片公司(Fabless)、芯片設計服務業者(Design House)、以及電路設計自動化的工具供貨商(EDA Vendor)等也多有提供,差別只在于專營與兼營,IP Provider屬專營業者,其余各種型態的業者屬于兼營。
事實上硅知識產權概念初來自Foundry,Foundry業者為讓投單客戶芯片電路設計可盡快投產,所以向客戶提供現成、已完成各項驗證的功效電路設計,當這類型的設計累積數量夠多后,才逐漸開展出更高層次的硅知識產權產業。
處理器IP是SoC的核心
了解IP能簡化、加速SoC設計后。如今的SoC,芯片內多半會使用1個或1個以上的IP,在用及各種IP中,又以控制器、處理器的IP為基礎與關鍵。每顆SoC設計之初就要決定控制器/處理器架構,此等于決定SoC的核心設計,接著才能決定外圍功效電路,才能完成SoC整體設計。
也因為控制器/處理器的需求基礎、普遍,所以如英ARM(安謀國際)、美國MIPS(美普思)等業者在硅知識產權業界中相當活躍,因為ARM、MIPS等皆以處理器的IP授權為主業務。今日多數SoC均直接使用ARM、MIPS業者授權的處理器IP,已少有完全自力設計的SoC執行核心。

圖 英國ARC公司可組態性處理器IP的展望規劃圖(Roadmap),圖上半年為ARC 700系列的展望規劃,下半年則為600系列的展望規劃。
Soft IP與Hard IP之別
雖然IP可以加速SoC設計,但進一步還要了解IP層次,大體而言IP可分成Soft IP與Hard IP 2個層次;Soft IP是偏向電路功效邏輯層面設計,而Hard IP則是除了具備電路功效邏輯外,連帶已完成芯片實際投產前的實體性電路設計。
如果SoC業者期望對IP部分電路設計能有較高的再修改性,或者是更高度的電路設計整合,則必須選擇Soft IP,反之Hard IP難以再修改,整合度也有限。不過Hard IP設計完成度較高,已經完成邏輯、實體2部分的設計,相對的Soft IP僅完成前期性的功效邏輯,所以就SoC整體設計的加速性而言,此方面Hard IP優于Soft IP。(附注2)
Soft IP的調修彈性仍有其限
所以,若為了追求較高的設計彈性,則必須選擇Soft IP,但即便是Soft IP模式,其設計彈性也有限。以處理器IP來說,多數的處理器IP其處理架構均已經固定,如處理器內有多少個緩存器、管線階數等,雖技術上依然可以對這些架構再行調修,但IP的授權業者通常不樂見、甚至不允許這么做,因為對架構進行調整將會阻礙執行軟件的移植性與兼容性。
因此,提供處理器IP的業者,通常實行另一種作法,那就是提供多種型款(但各款的設計架構皆已固定)的處理器IP讓客戶選擇,若客戶認為某款的IP不合用,則可以再評估另一款IP,直到選定貼近需求的款式為止。
可組態性處理器IP的意涵
用多種型款的現成固定式設計,來因應客戶對處理器IP的各種不同需求,這是目前較普遍的作法,事實上ARM、MIPS、PowerPC等皆是如此。然而業界也有另一種作法,就是提供更高度的彈性設計,此稱為可組態性處理器(Configurable Processor)。
可組態性處理器,是SoC設計者可以決定處理器的細節設計,包括增/減緩存器、執行單元、指令數...等設計,借以建構出更合乎需求的處理器核心。如此,可組態性處理器IP,提供更高度的設計彈性,目前以可組態性著稱的處理器IP,主要有英國ARC公司的ARC 600、ARC 700核心,以及美國Tensilica公司的Xtensa 7、Xtensa LX2核心。
要注意的是,此類IP雖提供可組態性,但并不表示處理器內的任何環節都可重新調整,仍有其不變的主架構存在,倘若各環節都可以再行調修,此已等于是的自主設計,如此就沒有向外取得IP授權的必要。