一條新定律,讓華為芯片沖上熱搜。
5月25日,在上海2026國際電路與系統(tǒng)研討會(ISCAS)上,華為正式發(fā)布了一套全新的半導(dǎo)體理論——韜 (τ) 定律。這也是中國企業(yè)第一次,在全球半導(dǎo)體領(lǐng)域,拿出一套完整的、可指導(dǎo)行業(yè)發(fā)展的底層新規(guī)則。
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華為半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部總裁何庭波署名的同主題論文,提交于中國科學(xué)院科技論文預(yù)發(fā)布平臺
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韜 (τ) 定律的公式, 其中,τ_transistor、τ_circuit、τ_chip和τ_system分別表示晶體管層、電路層、芯片層和系統(tǒng)層的時間常數(shù)|來源[1]
簡單理解,韜定律說,應(yīng)當(dāng)把時間本身(而不是幾何尺寸大小)作為主要指標(biāo)。τ是一個特征時間常數(shù),受多個因素影響,我們應(yīng)該通過改變多種因素來縮小τ。幾何微縮,也只是縮減τ的多種技術(shù)之一。
它新在哪里?
過去半個多世紀(jì),全球芯片發(fā)展都在跟著摩爾定律走:集成電路上的晶體管數(shù)量大約每18至24個月翻一番,芯片性能跟著漲,成本跟著降。這好比在一片土地上,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點、再小一點、更小一點……
但這極致的“小”,背后藏著兩道繞不過去的坎。
一方面是物理極限,當(dāng)晶體管縮小到只有幾十個原子的寬度,電子會不受控制地“穿墻漏電”,導(dǎo)致能效比急劇惡化。再往下縮,物理上已經(jīng)不現(xiàn)實了。
另一方面是天價成本,芯片是用光刻機制造的,制造好的光刻機本身也是難事。芯片上晶體管尺寸的每一次縮小,對光刻、材料、設(shè)備的要求都呈指數(shù)級飆升。一條3nm芯片生產(chǎn)線的投資超1400億人民幣,全球只有兩三家企業(yè)玩得起。結(jié)果就是:制程越先進,能生產(chǎn)的廠商越少,單個晶體管的成本反而越來越高——這似乎違背了摩爾定律“更小更便宜”的規(guī)律。
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圖片來源:intel官網(wǎng)
簡單來說,芯片已經(jīng)“縮無可縮”,單純靠縮小尺寸的升級方式,快走到頭了。就在全行業(yè)陷入瓶頸、無計可施的時候,華為的韜定律給出了一個新的思路:既然平面上擠不出空間、縮不出性能,那就不卷平面尺寸,改卷立體堆疊。這就是韜定律的核心巧思:放棄極致的“空間縮微”,轉(zhuǎn)向高效的“時間縮微”。
傳統(tǒng)芯片普遍是純平面布局,所有電路平鋪在同一層面,線路又繞又長,電子傳輸延遲高、損耗大。而華為這次的邏輯折疊技術(shù),直接把平鋪的芯片電路“疊了起來”。
這樣,原本相隔很遠的功能模塊,通過三維折疊直接貼在一起,電子傳輸?shù)穆窂酱蠓s短,信號延遲、功耗隨之大幅降低。就好比曾經(jīng)需要東市買駿馬、西市買鞍韉,堆疊以后,東市電梯上二樓就可以直接買到剩下的轡頭和長鞭,省卻大量時間。
不用追求更先進的光刻工藝、不用把晶體管做到極致微小,韜定律巧妙地憑借架構(gòu)和設(shè)計創(chuàng)新,用自己擅長的方式實現(xiàn)性能飛躍。
這還不是簡單的“把兩層芯片直接摞在一起”那種封裝技巧。華為做的,是在設(shè)計圖紙階段就按照兩層甚至多層的目標(biāo),把樓梯、管線全部重新設(shè)計,根據(jù)更加高效的“動線”,合理分配水平和垂直方向的布局,讓它們真正變成一個完整的復(fù)式大平層。這樣一來,線路設(shè)計確實要費更大的功夫,但“家具”就不再需要做得那么迷你。
理論成立了,那現(xiàn)實呢?
根據(jù)華為披露的信息,在提出這套新理論之前,華為其實已經(jīng)默默用它“練手”了整整六年。過去六年里,華為基于韜定律路徑成功設(shè)計并量產(chǎn)了 381款芯片,從手機到基站,從車載到AI加速器,這三百多款芯片已經(jīng)在各種真實場景里跑通了,證明這條路不光紙上說得通,工程上也做得成。
而且,即將于 2026年秋季 面世的新一代麒麟芯片,就將首次完整采用這樣的“邏輯折疊”技術(shù)。華為官方實測數(shù)據(jù)顯示,在不升級光刻工藝的前提下,這顆芯片的晶體管密度從155MTr/mm2躍升至238MTr/mm2,單代際提升幅度達55%;同時SoC性能核心能效提升41%,最高主頻漲幅近13%,布線長度縮減約30%。
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圖片來源:華為
到時候,市場將會親自驗證:韜定律是否真的無需依賴更先進的制程節(jié)點,僅靠三維空間重構(gòu)就能實現(xiàn)跨越式性能增長。畢竟,把兩層發(fā)熱大戶貼在一起,散熱就成了頭號難題。華為的實測數(shù)據(jù)是在特定條件下跑出來的,能不能在手機這種密閉空間里持續(xù)滿血輸出,還得看量產(chǎn)后的真機表現(xiàn)。
更刺激的是,華為還給自己定了個目標(biāo):到2031年,基于韜定律的芯片,晶體管密度能做到等效1.4nm的水平。要知道,當(dāng)前最先進的量產(chǎn)芯片制程也才2nm。
但你可能會說,業(yè)界目前普遍預(yù)測臺積電、三星和英特爾這樣的芯片巨頭,將在2027-2028年就可以量產(chǎn)1.4nm的芯片,華為等到2031年才拿出一個“等效”的版本,那不就從一開始就注定落后人家三四年嗎?
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臺積電芯片的潛在技術(shù)路線圖|9to5mac
質(zhì)疑很真實,但在算力需求持續(xù)增長的今天,問題的關(guān)鍵其實不在于“誰先跑到1.4nm”,而在于兩條路徑的天花板分別在哪里。
要知道,1.4nm之后還有1nm、0.7nm,對于光刻機來說,每一步都像在針尖上跳舞。而韜定律下的堆疊,今天能疊3層,明天是不是就有機會疊10層、100層。
摩爾定律壓縮尺寸的盡頭就在眼前,而堆疊的路才剛剛開始。
參考資料
[1] 何庭波. A Time Scaling Theory for Multi-Layer Electronic Systems [J]. SCIENCE CHINA Information Sciences, 預(yù)發(fā)表.
[2] 華為技術(shù)有限公司. 華為發(fā)表韜(τ)定律,實現(xiàn)晶體管密度與系統(tǒng)性能突破 [官方新聞稿]. 2026年5月25日.(文中關(guān)于定律發(fā)布、381款芯片量產(chǎn)數(shù)據(jù)、麒麟芯片性能提升數(shù)據(jù)、2031年等效1.4nm目標(biāo)等信息來源)
[3] 人民日報. 華為正式發(fā)表半導(dǎo)體領(lǐng)域新定律 [N]. 2026年5月25日.
[4] 21世紀(jì)經(jīng)濟報道. 華為“韜(τ)定律”來了,劍指1.4納米芯片 [N]. 2026年5月25日.
[5] 上海證券報. “韜(τ)定律”有何影響?行業(yè)獨家解讀 [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.(關(guān)于1.4nm量產(chǎn)時間窗、High-NA EUV光刻機交付時間的行業(yè)共識依據(jù))
[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.
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