今天,華為又刷屏了。
5月25日,2026國際電路與系統(tǒng)研討會(ISCAS)在上海舉行。在會上,華為公司董事、半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部總裁何庭波發(fā)表了題為《半導(dǎo)體新路徑探索與實踐》的主旨演講,并正式提出了一個全新的半導(dǎo)體領(lǐng)域定律——“韜(τ)定律”。
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何庭波
半導(dǎo)體領(lǐng)域,大家最耳熟能詳?shù)氖悄柖桑矗杭呻娐分锌扇菁{的晶體管數(shù)目,約每隔18個月便增加一倍,性能亦提升一倍。
華為這次提出“韜定律”,到底有什么特別?它會取代摩爾定律嗎?
█什么是“韜(τ)”?
韜(τ),是時間常數(shù)的符號。它是物理學(xué)和工程學(xué)中的一個重要參數(shù),用于描述系統(tǒng)對輸入信號或擾動的響應(yīng)速度。
例如,在RC(電阻-電容)電路中,τ=R×C,表示電壓電流衰減至1/e(≈36.8%)所需的時間,單位為秒。在RL(電阻-電感)電路中,τ=L/R,表示電感電流衰減至1/e(≈36.8%)所需的時間。
在熱學(xué)里,熱電偶的時間常數(shù)τ,是指采用集總參數(shù)法分析時,物體過余溫度降到初始過余溫度的36.8%所需要的時間。
所以,我們可以看出,韜(τ)可以用來衡量響應(yīng)速度的快慢、信號衰減的速度、數(shù)值動態(tài)變化的過程。韜(τ)越小,系統(tǒng)響應(yīng)越快,或者衰減越快,慣性越弱。
█“韜(τ)定律”是什么意思?
華為的“韜(τ)定律”,指出:
以“時間縮微”替代“幾何縮微”,以系統(tǒng)性降低時間常數(shù)(τ)為目標(biāo),通過邏輯折疊等創(chuàng)新技術(shù),持續(xù)壓縮信號傳播時延,不斷提升晶體管密度,實現(xiàn)半導(dǎo)體與電子系統(tǒng)的持續(xù)演進。
這里的“韜(τ)”,并沒有具體的物理公式,而是隱喻性/目標(biāo)性術(shù)語(借用了這個概念)。它的時間,主要指的是信號傳播時延(例如信號在芯片內(nèi)部的傳播時延、信號在芯片與芯片之間的傳播總時延)。
搞過通信的同學(xué)都知道,數(shù)據(jù)傳輸過程中,除了速率帶寬之外,時延也很重要。時延越低,整個系統(tǒng)的反應(yīng)速度就越快,整體的節(jié)奏也就越快。
在芯片里,有一個時鐘頻率的概念。例如CPU,就經(jīng)常會說主頻多少GHz之類。芯片的時鐘頻率,本質(zhì)就是單位時間內(nèi)芯片能夠完成多少次基礎(chǔ)操作。
一直以來,半導(dǎo)體領(lǐng)域所遵循的摩爾定律,屬于“幾何縮微”。也就是說,通過半導(dǎo)體工藝的不斷升級,將晶體管尺寸不斷縮小,從而在單位面積上集成更多晶體管,從而實現(xiàn)算力的增強。
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晶圓上的芯片晶粒
但是,目前,半導(dǎo)體工藝制程已推進至3納米、2納米,甚至1.4納米。晶體管尺寸已逼近原子尺度,物理極限與制造工藝都走進了瓶頸,成本方面也面臨巨大挑戰(zhàn)。
所以,業(yè)界普遍認為,摩爾定律已經(jīng)逼近終結(jié),很可能會失效。
華為提出“韜(τ)定律”,顯然是為了跨越傳統(tǒng)工藝路徑的局限,探索出一條新的可持續(xù)演進路線。
“韜(τ)定律”聚焦于“時間縮微”,通過重構(gòu)互連架構(gòu)、優(yōu)化信號路徑、引入新型封裝與光電協(xié)同等手段,直接降低信號在晶體管之間、芯粒之間乃至芯片之間的傳播耗時,從而在不單純依賴晶體管尺寸縮小的前提下,實現(xiàn)更高效的指令執(zhí)行與數(shù)據(jù)吞吐。
舉例來說,就是工廠車間工人的手速已經(jīng)達到極致了,想要提升整個工廠的生產(chǎn)效率,不能再靠單個工人提升手速,而要轉(zhuǎn)向優(yōu)化整個產(chǎn)線的協(xié)作節(jié)奏——比如縮短工人之間的距離、改用更高效的通信方式、甚至重構(gòu)產(chǎn)線布局——讓關(guān)鍵工序更靠近、信息流更直接、響應(yīng)更及時。
這樣一來, 整個產(chǎn)線的協(xié)同效率就越高、產(chǎn)量就越大。
華為去年推出昇騰384超節(jié)點(多芯片集群),其實已經(jīng)體現(xiàn)了這個邏輯思想。任正非提出的“用數(shù)學(xué)補物理、用非摩爾補摩爾、用群計算補單芯片”,就是站在宏觀的角度,通過加強協(xié)作,來打破單點能力的瓶頸,實現(xiàn)整體效率的提升。
對于單芯片來說,“韜(τ)定律”壓縮信號傳播時延的目標(biāo),恰好和提升時鐘頻率、加快芯片運行節(jié)奏的方向高度契合。信號時延越小,芯片就可以在更短的時間內(nèi)完成完整的信號交互,也就能夠支撐更高的時鐘頻率,最終讓整個芯片的處理效率得到提升。
縮短信號傳播路徑,也可以增加緊湊布局的可行性,減少冗余布線與寄生電容,進一步降低功耗與發(fā)熱。
在研討會上,何庭波提到:“基于該定律(韜定律),華為過去六年已成功設(shè)計并量產(chǎn)了381款芯片。今年秋季,華為將發(fā)布新的麒麟手機芯片,完整采用邏輯折疊技術(shù),大幅提升相關(guān)性能。”……“預(yù)計到2031年,基于韜(τ)定律的高端芯片晶體管密度將達到1.4納米制程的同等水平。”
她提到的新麒麟芯片,很可能就是傳聞中的“麒麟2026”手機芯片。邏輯折疊(LogicFolding)技術(shù)暫時還沒有透露細節(jié),初步估計是單層擴展為雙層(甚至將來的多層),縮短元件之間的邏輯距離,壓縮信號傳播時延,進而提升芯片性能。
█結(jié)語
總而言之,“韜(τ)定律”是華為根據(jù)自身多年行業(yè)經(jīng)驗和探索,總結(jié)出來的一個預(yù)測或者說設(shè)想。它確實跳出了傳統(tǒng)的思維框架,具有鮮明的工程實踐導(dǎo)向和前瞻性技術(shù)判斷。
小棗君認為,從理論上來看,這條路是可行的。貫穿器件、電路、芯片到系統(tǒng)層面的多層級協(xié)同優(yōu)化體系,肯定比單純的物理工藝極致挖潛更有前景。
但是我說的也不算。定律是否能夠成為定律,要通過時間和實踐來證明,也要看行業(yè)是否認可。
華為作為中國企業(yè),能夠大膽提出引領(lǐng)性的定律,彰顯出他們的自信。無論最終是否成功,我們都應(yīng)該鼓勵和支持。
最近這些年,在高鐵、電力、新能源、汽車、盾構(gòu)機等各個領(lǐng)域,中國科技力量都在全面崛起,從跟隨走向引領(lǐng)。相信會有更多的中國企業(yè)加強基礎(chǔ)研究,提出自己的行業(yè)定律,走出一條屬于中國科技的原創(chuàng)創(chuàng)新之路。
在人類科技和文明的未來發(fā)展歷程中,一定會有更多來自中國的鮮明印記。
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