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通俗地解释华为芯片的新突破

昨天,华为发布了芯片设计的一个新的工艺方向,基于自创的“韬定律”,对芯片进行逻辑折叠,以实现缩短传播时延,提升晶片管密度

昨天,华为发布了芯片设计的一个新的工艺方向,基于自创的“韬定律”,对芯片进行逻辑折叠,以实现缩短传播时延,提升晶片管密度,最终实现降低功耗和提升算力的结果。

韬定律、逻辑折叠这些都是什么?这些操作又为什么能够提升算力降低功耗?我看了很多资料,努力用咱们普通人的语言总结一下。

芯片设计一直以来追求的方向,都是更强的算力和更小的功耗,每一次手机发布会,讲到芯片时,最关键的部分就是算力提升了多少个百分点,同时功耗又降低了多少。

以往实现这个目标的办法,就是采取更小的制程。最简单的理解,就是把晶体管做得更小,彼此距离更近一些,在有限的范围内放入更多的晶体管。晶体管越多,算力就会越强。晶体管越小,能耗和发热就会越小。

1965年,美国的芯片工程师戈登·摩尔经过长期观察后总结道:每过18到24个月,芯片上可容纳的晶体管数量就会增加一倍,芯片的性能因此大幅提升。这被人们称为“摩尔定律”。

摩尔定律之所以出名,是因为自从摩尔提出来之后的几十年里,人类设计和制造的芯片,确实基本按这样的速度高歌猛进。但摩尔定律其实是有极限的,这个极限近些年已经逐渐向人类靠近。

目前最先进的芯片,制程是3纳米的,基本上只有台积电能够代工。三星能够做,但效果并不好。再往后的2纳米,应该还在研发和试产中。2纳米之后呢?1纳米吗?实际上是做不到的。当芯片的制造低于1.5纳米,晶体管之间的距离太过靠近时,芯片就会发生类似于短路的现象,没办法正常工作了。

因此摩尔定律的极限正在逼近,在一个有限的平面里,最终能够放入的晶片管数量,并不是无限的。但如果芯片是立体的,那又是另一回事了。

华为新的设计思路,就可以理解为把芯片变成立体的,把脑洞打开,不再只是在一个平面上来布局晶体管,而是更立体一些,因此叫“逻辑折叠”。为什么要折叠呢?因为实际上,芯片运行时,有相当多的时间是消耗在传输的过程中,折叠的目的,就是缩短传输的时延。

简单地说,相同的时间内,以往的芯片只能做1次计算,折叠之后可以计算2次。从实际效果上,和改进制程,增加晶体管数量是一样的。而且,由于传输通路缩短,能量损耗也会大幅减少,因此芯片整体功效也会大幅提升。

所以,华为的思路,是在在原本的“几何缩微”,增加了“时间缩微”这一个维度。

问题就来了,把平面变成立体这么简单的事,为什么别人就没想到,没有去做?因为魔鬼藏在细节里啊。芯片折叠这种事,肯定不像折一张纸那么简单,工程上实施起来,肯定会有数不清的难题要攻克。就好像马斯克那个把火箭发动机并联起来的思路,苏联也想过做过,只是实施起来难题太多,没有攻克而已。

华为现在选择把它发布出来,当然不是随随便便,肯定是在工程实施上已经做过大量尝试和累积,已经打通关,甚至相关的专利都已经申请到手了。这一次要轮到别人来摸着我们的石头过河了。

那他们不做,不跟进不行吗?应该是不可以。折叠之后的芯片,7纳米制程可以做到和3纳米效果相近。华为甚至预计,到2031年,即使我们的制程工艺原地踏步,也可以依靠折叠,做到相当于1.4纳米的水平。

也就是说,到2031年,中国大陆的先进芯片,就有可能会追近全世界最先进的水平。如果在这过程中,我们自己做出EUV来,制程工艺也同步推进,那可能就会弯道超车,变成领跑者了。那种情况下,先进芯片的代工,就不会有台积电什么事了。

所以,芯片折叠这个新的方向,其他竞争者是必须跟进的。这很可能是中国芯片设计行业从追赶到反超的一个关键节点。另一个节点,会是EUV,现在仍然静默,但也不太远了。这一次创新,很可能确实是定义了全世界芯片未来发展的方向。

把话说得更大一点,我们会陆续见证,全产业链里大多数先进领域,被中国一点一点攻克。当你的规模和基础的累积达到这样的程度,所有一切都只是水到渠成,想拦也拦不住。