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华为“韬(τ)定律”,提出在摩尔定律即将失效时

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导读:


5月25日,在上海2026国际电路与系统研讨会(ISCAS)上,华为正式发布了一套全新的半导体理论——韬 (τ) 定律。这也是中国企业第一次,在全球半导体领域,拿出一套完整的、可指导行业发展的底层新规则。


韬 (τ) 定律的公式, 其中,τ_transistor、τ_circuit、τ_chip和τ_system分别表示晶体管层、电路层、芯片层和系统层的时间常数|来源[1]

简单理解,韬定律说,应当把时间本身(而不是几何尺寸大小)作为主要指标。τ是一个特征时间常数,受多个因素影响,我们应该通过改变多种因素来缩小τ。几何微缩,也只是缩减τ的多种技术之一。

壹

换道超车

过去半个多世纪,全球芯片发展都在跟着摩尔定律走:集成电路上的晶体管数量大约每18至24个月翻一番,芯片性能跟着涨,成本跟着降。这好比在一片土地上,修建起各具功能的房子,修得越多,功能就越多。修不下了,就把房子的比例做得小一点、再小一点、更小一点……

但这极致的“小”,背后藏着两道绕不过去的坎。

一方面是物理极限,当晶体管缩小到只有几十个原子的宽度,电子会不受控制地“穿墙漏电”,导致能效比急剧恶化。再往下缩,物理上已经不现实了。

另一方面是天价成本,芯片是用光刻机制造的,制造好的光刻机本身也是难事。芯片上晶体管尺寸的每一次缩小,对光刻、材料、设备的要求都呈指数级飙升。一条3nm芯片生产线的投资超1400亿人民币,全球只有两三家企业玩得起。结果就是:制程越先进,能生产的厂商越少,单个晶体管的成本反而越来越高——这似乎违背了摩尔定律“更小更便宜”的规律。


图片来源:intel官网

简单来说,芯片已经“缩无可缩”,单纯靠缩小尺寸的升级方式,快走到头了。就在全行业陷入瓶颈、无计可施的时候,华为的韬定律给出了一个新的思路:既然平面上挤不出空间、缩不出性能,那就不卷平面尺寸,改卷立体堆叠。这就是韬定律的核心巧思:放弃极致的“空间缩微”,转向高效的“时间缩微”。

传统芯片普遍是纯平面布局,所有电路平铺在同一层面,线路又绕又长,电子传输延迟高、损耗大。而华为这次的逻辑折叠技术,直接把平铺的芯片电路“叠了起来”。

这样,原本相隔很远的功能模块,通过三维折叠直接贴在一起,电子传输的路径大幅缩短,信号延迟、功耗随之大幅降低。就好比曾经需要东市买骏马、西市买鞍鞯,堆叠以后,东市电梯上二楼就可以直接买到剩下的辔头和长鞭,省却大量时间。

不用追求更先进的光刻工艺、不用把晶体管做到极致微小,韬定律巧妙地凭借架构和设计创新,用自己擅长的方式实现性能飞跃。

这还不是简单的“把两层芯片直接摞在一起”那种封装技巧。华为做的,是在设计图纸阶段就按照两层甚至多层的目标,把楼梯、管线全部重新设计,根据更加高效的“动线”,合理分配水平和垂直方向的布局,让它们真正变成一个完整的复式大平层。这样一来,线路设计确实要费更大的功夫,但“家具”就不再需要做得那么迷你。

贰

从理论走向应用

根据华为披露的信息,在提出这套新理论之前,华为其实已经默默用它“练手”了整整六年。过去六年里,华为基于韬定律路径成功设计并量产了 381款芯片,从手机到基站,从车载到AI加速器,这三百多款芯片已经在各种真实场景里跑通了,证明这条路不光纸上说得通,工程上也做得成。

而且,即将于 2026年秋季 面世的新一代麒麟芯片,就将首次完整采用这样的“逻辑折叠”技术。华为官方实测数据显示,在不升级光刻工艺的前提下,这颗芯片的晶体管密度从155MTr/mm²跃升至238MTr/mm²,单代际提升幅度达55%;同时SoC性能核心能效提升41%,最高主频涨幅近13%,布线长度缩减约30%。


图片来源:华为

到时候,市场将会亲自验证:韬定律是否真的无需依赖更先进的制程节点,仅靠三维空间重构就能实现跨越式性能增长。毕竟,把两层发热大户贴在一起,散热就成了头号难题。华为的实测数据是在特定条件下跑出来的,能不能在手机这种密闭空间里持续满血输出,还得看量产后的真机表现。

更刺激的是,华为还给自己定了个目标:到2031年,基于韬定律的芯片,晶体管密度能做到等效1.4nm的水平。要知道,当前最先进的量产芯片制程也才2nm。

但你可能会说,业界目前普遍预测台积电、三星和英特尔这样的芯片巨头,将在2027-2028年就可以量产1.4nm的芯片,华为等到2031年才拿出一个“等效”的版本,那不就从一开始就注定落后人家三四年吗?


台积电芯片的潜在技术路线图|9to5mac

质疑很真实,但在算力需求持续增长的今天,问题的关键其实不在于“谁先跑到1.4nm”,而在于两条路径的天花板分别在哪里。

要知道,1.4nm之后还有1nm、0.7nm,对于光刻机来说,每一步都像在针尖上跳舞。而韬定律下的堆叠,今天能叠3层,明天是不是就有机会叠10层、100层。

摩尔定律压缩尺寸的尽头就在眼前,而堆叠的路才刚刚开始。

参考资料

[1] 何庭波. A Time Scaling Theory for Multi-Layer Electronic Systems [J]. SCIENCE CHINA Information Sciences, 预发表.

[2] 华为技术有限公司. 华为发表韬(τ)定律,实现晶体管密度与系统性能突破 [官方新闻稿]. 2026年5月25日.(文中关于定律发布、381款芯片量产数据、麒麟芯片性能提升数据、2031年等效1.4nm目标等信息来源)

[3] 人民日报. 华为正式发表半导体领域新定律 [N]. 2026年5月25日.

[4] 21世纪经济报道. 华为“韬(τ)定律”来了,剑指1.4纳米芯片 [N]. 2026年5月25日.

[5] 上海证券报. “韬(τ)定律”有何影响?行业独家解读 [N/OL]. 2026年5月25日.

[5] ASML Holding N.V. *High-NA EUV Lithography System (EXE:5000) Product Roadmap and Delivery Schedule* [Investor Presentation]. 2024-2025.(关于1.4nm量产时间窗、High-NA EUV光刻机交付时间的行业共识依据)

[6] TechInsights. Logic Forecast: 1.4nm node risk production and volume ramp timeline [R]. 2024.

[7] Moore, G. E. Cramming more components onto integrated circuits [J]. Electronics, 1965, 38(8): 114-117.

文章来源:公众号“果壳”

图源网络,侵删


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