2026年,一個由中國企業命名的定律,正在全球半導體界引發一場“巨震”。
當西方產業界還在為“摩爾定律是否走到盡頭”而爭論不休時,華為技術有限公司董事、半導體業務部總裁何庭波,在國際電路系統研討會(ISCAS 2026)上發布了一個全新的技術演進方向——“韜(τ)定律”。
在芯片產業中,傳統芯片技術演進的核心邏輯是將晶體管越做越小,但這條路正逼近物理和經濟的雙重極限。而華為此次公布的定律則是將芯片發展的關注焦點從傳統的“幾何空間縮微”(把晶體管做小)轉向了“時間縮微”(把信號傳輸時間縮短),通過邏輯折疊等技術,實現半導體與電子系統的持續演進。
過去六年,華為基于這一思路設計并量產了381款芯片。今年秋季,首款完整采用邏輯折疊技術的麒麟芯片將面世。華為預計,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。
但一個更尖銳的問題也擺在了行業面前:韜(τ)定律到底是一個真正的“新定律”,還是在技術受限下的自救營銷?
“關鍵點并不在于韜(τ)定律是否真的成為摩爾定律層面上的一個新‘定律’。”一位業內的分析人士表示,韜(τ)定律比起替代摩爾,更重要的信號在于它首次打破了“唯制程論”的桎梏,為產業打開了另外一條可能的發展路徑,雖然依舊挑戰重重。
摩爾定律的替代品?
過去半個多世紀,摩爾定律驅動著半導體產業的進步。它的核心是幾何縮微:每18至24個月,晶體管密度翻一番,性能提升,成本下降。但現在的半導體產業,想要繼續依靠縮小尺寸換取性能提升,已經越來越難。
5月25日,何庭波在一篇署名論文《多層電子系統的時間縮微理論》中提到,在大部分歷史中,半導體產業只有一件事要做:把晶體管做得更小,但在7nm之后,純尺寸縮微的回報已經趨于平緩。掩模成本、EUV折舊和設計規則復雜性已將2nm節點的前沿芯片設計預算推至超過十億美元。
華為提出的“韜(τ)定律”,核心本質在于不再依賴幾何尺寸的縮小,而是通過在器件、電路、芯片、系統等各個層面,壓縮有效常數τ來實現。
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“所有的芯片,他們共同的工作就是搬運數據。之前幾何尺度上的優化,主要是用更好的光刻機打印更高密度的電子通路加快。但是現在電子通路的寬度已經跟在上面跑的這個車差不多了,所以會出現漏電以及丟數據的情況,其實就是摩爾定律遇到瓶頸了。”華為一名內部人士對記者表示,時間尺度上的優化,舉例來說就像電信號在芯片介質上的傳播速度只有它在真空中的50%,但只要在材料學上有突破,換介電系數更好的材料,那么就有提升空間。
但尋求后摩爾時代下的替代方案,華為并不是第一家。此前,英偉達也在系統集成上加大投入,包括NVLink、NVSwitch、CoWoS封裝、HBM集成、軟件生態系統,以及機架級架構。AMD追求小芯片(chiplet)和先進封裝技術,英特爾的Foveros和臺積電的SoIC,也代表了各自在垂直集成和三維堆疊方面的努力。蘋果的M系列芯片的成功,很大程度上歸功于內存的本地化以及硬件與軟件的垂直集成。
“3D堆疊、混合鍵合、光替代銅等,臺積電等半導體企業其實都已經在做了。”上海財經大學特聘教授胡延平在一篇署名文章中表示,業界討論過程中的疑問主要集中在三點:第一點,“韜(τ)定律”是一條與眾不同的新路,還是其實大家都會走的路;第二點,這是一條漸進、優化、改良的路,還是一個全新的體系;第三點,這是在換道超車,還是需要攻克更多的基本難關。
他認為,盡管已經有數學測算,但“韜(τ)定律”目前還不是嚴格意義上的半導體領域的發展定律,只是根據實踐提煉出來的測算理論,以及對未來的系統判斷和發展預期,和摩爾定律短時間內也無法相提并論。但是從制程延緩、計算架構在變、新的計算系統時空觀正在形成等角度來看,“韜(τ)定律”成為定律也不是一點可能都沒有。
“制程方面沒有亙古不變的定律,能持續有效個十來年就不錯了。AI算力需求持續井噴當前,對計算的需求不僅僅在于提高晶體管密度、提升能效比,還包括必須面向SICAS未來架構的加速演進。”胡延平表示,半導體產業的確處在發展歷程的重要拐點,這個拐點必須有人發出拐彎信號,有企業做出拐彎動作。走出馮·諾伊曼架構、三進制、類腦計算、光計算、量子計算等不同方向業界都在向前走。包括華為在內的企業,不會停留在路徑依賴里。
在何庭波提交的論文中,提到芯片在速度性能方面取得的相當一部分收益,并不是通過新的光刻工藝步驟獲得的,而是通過在三維空間中對邏輯分布進行拓撲重組實現的,且該方向可持續。這種方式就像是“將平房升級為摩天大樓”,傳統的芯片設計是2D平面的,信號在幾百億個“門限開關”(晶體管)之間穿行,但在摩天大樓中,原本需要長距離水平傳輸的信號,現在可以“坐電梯”垂直穿越,物理距離被急劇縮短。
這與摩爾定律有著本質不同,因為驅動技術的力量不再是制程的追趕以及單一的光刻節點的突破,而是依賴于在器件、電路、芯片、系統四個層面系統性。正是這種多維度的根本性轉變,讓半導體產業不得不重新審視未來的演進方向。
產業影響幾何?
當游戲規則從“幾何空間”變為“時間系統”時,牌桌上的玩家們也在開始擔心是否會面臨一次殘酷的洗牌。在采訪中,部分人士對記者表示,這里面有機會,也有挑戰。
對于行業而言,韜(τ)定律下,封裝技術、新材料、互連架構、系統軟件協同設計等過去被視為“配角”的領域,逐步站到了關鍵位置。任何一家公司,如果能在系統層級設計上實現創新,例如通過先進的3D堆疊、片間互聯協議來有效壓縮τ值,就有可能在性能上超越采用更先進但成本高昂制程的對手。
這無疑為具備強大系統集成能力的公司,以及國內眾多初創的Chiplet和先進封裝公司,打開了新的機會窗口。
“在無法獲得最先進EUV和領先代工廠服務的情況下,反而讓華為卸下了包袱。事實證明,不依賴最先進節點,通過系統級的時間優化,同樣可以實現代際性能提升。這直接挑戰了前者賴以生存的競爭優勢基石。”半導體行業的一位資深人士對記者表示,靠摩爾定律成功的公司,組織架構、人才儲備、技術積累和資本配置都是圍繞“工藝節點”展開的,擅長的是“把一個功能做到極致”,而τ定律要求的是全棧能力。
何庭波在演講中也在反復強調從器件到系統的協同優化,華為的“統一總線(UB)”、“HiONE光互聯引擎”、“系統折疊”等,無一不是系統級的工程。
但也有產業鏈企業表現出了擔憂。一位半導體上游設備相關負責人對記者表示:目前該理論短期內產業影響有限,但若后續技術路徑推進至1納米以下制程,行業將迎來嚴峻挑戰。
“華為這套技術方案,是在缺失頂尖光刻機的前提下,依托架構、算法等軟性技術實現性能等效對標,但該模式無法替代硬件層面的技術攻堅。”上述人士表示,國內外芯片企業發展處境差異顯著,海外廠商可借力臺積電、三星等先進制程資源,國內企業發展阻力更大,行業發展仍有賴于軟硬件領域同步實現技術突破。
此外,理論從提出到成為產業共識,都必然伴隨著巨大的風險和現實挑戰。摩爾定律之所以成功,不僅僅是因為晶體管密度的提升,更是因為這些改進伴隨著經濟上可擴展的制造工藝。τ定律目前更像是一個卓越的系統工程學原則,但尚未被證明是一條通用的、普適的經濟學法則。當需要大規模量產數百萬乃至數千萬片芯片,并承受消費級市場的成本壓力時,τ縮微的經濟賬是否能算得過來,仍是巨大未知數。
“韜(τ)定律意味著難度系數在一定程度上更大了。”胡延平表示,設備、制程、工藝、良率乃至散熱以及EDA等基礎層面的挑戰與自我挑戰并存。這一定律不是遙遙領先式的官宣,而是對打法的一次融合提煉,對未來的一次勇敢預期,對體系的一次全面拓新。
不過,在他看來,先進制程正在變成“不是唯一”,且制程本身在放緩,從時間角度給了國產芯片、新的計算體系以創新空間。
盡管前路漫漫,荊棘密布,但華為也在用自身的案例來說明這一定律的可行性。何庭波在論文中給出了一組數據,2020年5月至2026年5月期間,華為半導體設計并量產了381顆芯片,服務于移動、AI、汽車、工業和基礎設施市場。在整個產品組合中,τ縮微論點經受住了考驗。2029年,CPU性能核心頻率預計將邁向4GHz及以上,麒麟SoC效率預計在三到五年內在典型使用下將提升1倍以上,AI硬件集成度預計到2035年將增長100倍以上。
她表示,“韜(τ)定律”正在向行業戰略家和資本配置者表明,下一筆投資應跟隨τ而非節點,產品競爭力不再完全依賴頂尖光刻工藝,芯片封裝、內存帶寬、互聯架構的戰略地位,已比肩昔日先進邏輯制程。
對于在成長過程中將“摩爾定律”等同于“進步”的一代工程師而言,這是一個困難的轉變。“幾何時代事實上已經結束,否認這一事實不是可行的策略。通過縮微實現加速的時代正在讓位于通過多層電子系統的τ優化實現加速的時代。”何庭波說。
她在論文的最后對產業界發出了號召,并表示未來六至十年,以τ作為核心研發目標的企業、科研團隊與產業生態,將主導后續十年的計算產業發展格局。
“未來十年技術發展框架已然清晰,仍存在諸多待解難題,僅憑單一企業無法攻克。工具鏈、行業標準、性能基準、器件物理、商業模型等領域,都需要全行業協同共創。”何庭波說。
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