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韬定律:绕过 EUV 的另一条路

华为提出了半导体发展的新理论,韬(τ)定律。让我感到惊讶,虽然经常有人说摩尔定律正在失效,但是华为提出的韬定律并非是为了

华为提出了半导体发展的新理论,韬(τ)定律。让我感到惊讶,虽然经常有人说摩尔定律正在失效,但是华为提出的韬定律并非是为了深化这个理论,而是另起炉灶。

可以说这为国产芯片发展面临的难题,提出了一个解决思路。在无法获得 EUV 光刻机的情况,如何制造出更加先进的芯片。

一、困局:当几何缩微撞上物理之墙

要理解韬定律的价值,需要先弄明白它要解决什么问题。

摩尔定律已经影响全球半个多世纪的半导体产业的发展。其理论的核心,就是晶体管会做得越来越小,同样面积大小的芯片上面能塞更多的晶体管,性能会大幅度提升,但成本却会下降。从 90 纳米到 28 纳米,从 7 纳米到 3 纳米,整个行业都沿着几何微缩这条路发展。

如今这条路走到头了,面临 3 个死结

第一,物理极限

3 纳米制程以下芯片,晶体管的栅极宽度仅有十几个硅原子的宽度,如果再缩小,电子就会可能像漏水一样,不受控制地穿墙而过,导致芯片失效。如果继续往小了做,面临的难度会越来越高。

第二,成本暴涨

新建一条 3 纳米芯片的晶圆厂,大约需要投入 200 亿美元,全球能负担起的玩家,只剩下台积电、三星、英特尔等少数企业。开始背离摩尔定律规则,晶体管的成本不再下降,开始回升。

第三,封锁加剧

摩尔定律衰退影响全球整个行业。对我们来讲,最大的问题是无法拿到最先进的光刻机。

ASML 是全球唯一能量产 EUV 光刻机的企业。受到美国的压力,ASML 已禁止向中国出口 EUV 光刻机。

ASML CEO 富凯曾表示,通过禁止出口 EUV,中国将落后西方 10 到 15 年。后来,他又做了一个精准的比喻,如果把你扔进沙漠里,然后告诉你在没有食物来源,你需要多久才能够开垦一块菜地?

摩尔定律正在失效、先进设备被卡死,想复刻先进芯片企业的老路,对国产芯片企业来讲,几乎走不通。

如何突围,是摆在国产芯片企业的一个难题?

换一个角度解决问题。

二、破局:韬定律

华为给出答案,不拼空间,改拼时间。换了一种思路。

“韬(τ)”是一个希腊字母,在电路理论中,代表时间常数,表示信号从一种状态切换到另一种状态的时间。τ 越小,表明电路切换的速度越快。

芯片的性能是由信号从输入端到输出端的总时间决定的,这个时间越短,芯片的性能越强。

以前,按照摩尔定律,行业专家都把精力放在如何把晶体管做得更小,华为则把目标放到如何让信号跑得更快。

2.工作机制

韬定律需要通过器件、电路、芯片、系统四个层级的协作实现。

器件层:可通过优化晶体管的电阻和寄生电容,使单个晶体管反应的速度更快。

电路层:通过逻辑折叠的技术,把传统的平面电路像折纸一样折叠起来,这样可大幅度缩短信号传输的距离,这是韬定律最具标志性的突破。

芯片层:借助软硬件的协同效应,提高系统的并行度,降低端到端的执行时间。

系统层:定义灵衢总线,重新构建互联协议,大幅降低系统通信的时间延迟。

重构互联协议,大幅降低系统通信时延。

芯朋微董事长张立新用一个更生动的比喻解释韬定律,在一条生产线上,按照摩尔定律需要往产线上塞更多的工人才能提升生产效率。而按照韬定律,只需要需要缩短零部件的加工时间就可以提高生产效率。

3.推出韬定律的意义

按照快思慢想研究院院长田丰的观点,韬定律将原本追赶先进制程的路径,进化成追赶制程+系统创新的路径。

芯片行业有一条规则,没有被量产验证的理论,都是空中楼阁。

韬定律可不是纸上谈兵。华为半导体业务部总裁何庭波披露,过去几年,按照韬定律,华为已成功设计并量产 381 款芯片。满足移动通信、AI、汽车、工业和数据基础设施的行业需求。

4 1.4纳米意味着什么?

依据韬定律,华为期望到 2031,高端芯片的性能可以达到 1.4 纳米制程的芯片的水平。

这包含两个关键因素,国内芯片制造水平持续提升,依据韬定律实现的系统级的迭代优化,在每一档制程芯片的基础上叠加额外的性能增量。

2026 年秋季即将面世的麒麟芯片,将会首次采用逻辑折叠技术,从单层扩展到双层,在原有的工艺基础上将等效晶体管的密度提升 55%,以及 41% 的能效提升。未来十年,华为还计划从两层折叠迈向更多层的堆叠。

需强调一点,华为韬定律瞄准的是商业化量产。按照华为的发展思路,先将逻辑折叠技术应用在现有的制程芯片上,提升芯片的性能,未来再通过技术积累和工艺改进,逐步逼近等效 1.4纳米芯片的水平。

三、我的观点

韬定律不是“取代”摩尔定律,而是在现有的制造能力下,持续提升芯片性能的可行路径。也可以说是专为我们自己打造的。

第一,绕过无 EUV 光刻机可用的困境,因为没有它,就无法制造 7纳米以下制程的芯片。韬定律给出一种解决方案,提升芯片性能,不需要把晶体管做得更小,可以通过系统优化。用更先进的技术理论去弥补当前芯片制造的短板。

第二,充分利用现有的成熟制程芯片的产能。国内已投入大量资金建设很多制造成熟芯片的晶圆厂。按照摩尔定律的说法,这些产能将会逐渐失去竞争优势。通过韬定律,借助成熟芯片产线,造出的 14 纳米、28 纳米芯片将会具有更高的性能和能效。

我们也需要保持清醒的认识,韬定律可不是万能钥匙。中信证券的研报指出,韬定律借助国内在 3D 集成、先进封装、光通信等领域的技术优势,通过优化芯片结构,在短期内可弥补国内与国际领先芯片的差距。但是这种状况可能会持续十年以上。

当前美国正在推进的 MATCH 法案,将让我们无法获得浸润式 DUV 光刻机。而韬定律真正的价值,在于可以延长国内成熟制程产线的生命周期,满足国内多个行业的发展需求。

韬定律最大的意义,不是我们在技术上能追上国外多少纳米芯片的性能,而是从根本上改变了中国半导体发展的思维方式。

过去,我们习惯追赶,别人有什么设备,我就造什么设备。别人发展哪些制程芯片,我们就追什么。当我们遭到设备、软硬件技术和材料封锁时,继续追赶的道路基本上被阻断。

韬定律提供了一种新的思维,不再别人设定的赛道上硬跑,而是重新定义新赛道。

未来半导体产业的竞争,不再看谁能做出更小的晶体管,而是看谁能在封装、存储带宽、互联网和 EDA 软件等领域实现系统级的协同创新。

希望韬定律能够帮助国内相关的半导体厂商打开思路,开创新的设计理论,推进相关技术的研发。

图片来源:unsplash