繼備受關(guān)注的長鑫上市,華為發(fā)布韜定律又為國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)添了一把火。“韜理論”的確有看點,但也不要夸大其辭。
01 顛覆摩爾定律?
相比長鑫IPO,韜定律的熱度似乎更破圈。華為的號召力、硬核科技的題材,韜定律的關(guān)注度更高,也很合理。韜定律的確重要,但是,重要也不能亂吹,諸如“顛覆摩爾定律”、“終結(jié)摩爾時代”之類的囈語是“贏學(xué)”自嗨了。華為可沒這么說。
要對標(biāo)摩爾定律,那就先了解一下摩爾定律:集成電路上可容納的晶體管數(shù)量約每18–24個月翻一番,性能隨之提升、成本下降。
60年前摩爾定律提出時,是經(jīng)驗性的行業(yè)規(guī)律總結(jié),并不是嚴(yán)格意義上的數(shù)學(xué)或物理學(xué)定律。但是,提出近60年的成熟理論,相關(guān)研究很充分,論文、模型一大堆,不是簡單可以替代或顛覆的。
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當(dāng)然,摩爾定律不是什么不容質(zhì)疑的金科玉律。“摩爾定律失效論”也存在多年了。何庭波女士在接受采訪時就說“摩爾定律2005年以后就開始日漸式微了”,不是信口開河,的確有不少這樣的理論觀點。但是,主流觀點認(rèn)為目前摩爾定律還是有效的,因為目前芯片性能提升的周期還是基本符合摩爾周期的。
“摩爾周期”的確有放緩的趨勢,這也是“摩爾定律失效論”的主要依據(jù)。從摩爾定律最初提出的18個月到現(xiàn)在較為公認(rèn)的24個月,明顯延長了。
其實,現(xiàn)在爭論摩爾定律是不是已經(jīng)失效,并沒有多少現(xiàn)實意義。因為摩爾定律失效是必然的,因為芯片密度不能無限提高。
摩爾定律的核心是空間壓縮。晶體管做得越小,集成電路的單位面積上就能裝越多器件,芯片性能就越高。所以我們熟悉的衡量芯片性能的主要指標(biāo)是“X納米”,“X”越小性能越強。但是,“小”是有物理極限的。
根據(jù)量子隧穿效應(yīng)的理論計算,空間壓縮的極限是1.5納米。當(dāng)晶體管的絕緣層厚度小于1.5納米,電子就會穿過“量子隧道”導(dǎo)致漏電,芯片就廢了。所以,10年前芯片從“微米”級進(jìn)入“納米”級以后,空間壓縮的終點就不遠(yuǎn)了。
華為宣布“預(yù)計到2031年,基于韜定律研發(fā)的高端芯片,其?晶體管密度?將達(dá)到傳統(tǒng)?1.4納米制程?的同等水平”,之所以讓很多人感到震撼,就是因為突破1.5納米的理論極限,極具科幻感。其實,這里多少存在一些誤解,“達(dá)到傳統(tǒng)?1.4納米制程?的同等水平”并不是真正突破1.5納米的理論極限,而是降低時延的技術(shù)優(yōu)化實現(xiàn)理論上的“同等水平”。
華為再強,也不是上帝,不可能改寫物理法則。
其實,相比理論上的物理極限,經(jīng)濟因素對芯片性能升級的影響更直接、更現(xiàn)實。納米級芯片升級的技術(shù)成本大幅增加,良品率提升也更困難,這些經(jīng)濟因素也會導(dǎo)致“摩爾周期”延長甚至中斷。
“摩爾定律失效”的本質(zhì),是“空間壓縮”技術(shù)路徑終將走到了終點。何庭波女士認(rèn)為最多還有十年時間就會遇到物理邊界的“墻”,并非信口開河、危言聳聽。不過,這個“十年時間”的預(yù)測大體上還是符合摩爾周期的。
總之,摩爾定律目前還有效,但是一定會失效,“后摩爾時代”也一定會到來。取而代之的新理論也一定會出現(xiàn)。然而,“韜定律”并不是。“韜定律”的核心邏輯是優(yōu)化,而非替代,更談不上“顛覆”。
02 是替代,還是優(yōu)化?
“韜定律”的核心是“時間壓縮”,即以“時間維度”的優(yōu)化提高芯片性能的提高,主要是壓縮信號傳播、內(nèi)存訪問、互連和系統(tǒng)通信的時延。
這是替代,還是優(yōu)化,可以打個比方:商超為了更有效地展示商品,最直接的辦法就是擺更多的貨架。但是商場面積有限,擺不下了更多貨架。只能退而求其次,改善動線設(shè)計,讓更多的商品被看到。新的動線設(shè)計方案并不是突破貨架密度物理天花板的替代方案,而是有效利用空間的優(yōu)化方案。空間還是那空間,貨架還是那貨架。
韜定律“時間壓縮”對“空間壓縮”的“替代”,也是類似的性質(zhì)。華為的論文中稱,傳統(tǒng)芯片有70%以上的面積和80%以上的功耗都浪費在了互連線上,而不是晶體管本身。韜定律的“時間壓縮”路徑既沒有改變集成電路的技術(shù)邏輯基礎(chǔ),也沒有改變晶體管器材的物理基礎(chǔ),并沒有突破現(xiàn)有技術(shù)框架的物理極限,還是提高資源利用率的局部技術(shù)優(yōu)化,遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上顛覆或替代。這種技術(shù)上可行的優(yōu)化方案有效,但是上限并不高。
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其實,這種實用性、可行性為主的優(yōu)化思路在工程學(xué)上是很常見的。汽車發(fā)動機的效率提升接近極限,那就在變速箱、車型風(fēng)阻、輪胎摩擦力上做文章。動力電池的能量密度無法突破物理極限,降低陽極重量、電池殼的重量,通過減重也能提高輕量化水平。這些優(yōu)化技術(shù)都是有效的,但是“天花板”不高。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也一樣。“后摩爾時代”不遠(yuǎn)了,不是秘密,整個行業(yè)都要面對的。即便不考慮1.5納米的理極限的達(dá)摩克利斯之劍,現(xiàn)實的成本壓力也不容許全球芯片大廠躺平。繞過“空間壓縮”提高芯片性能的優(yōu)化方案早就是行業(yè)熱點了。英偉達(dá)的GPU并行、蘋果的軟硬一體化、臺積電提高封裝技術(shù),基本邏輯和“韜定律”并無不同。
韜定律總結(jié)行業(yè)發(fā)展規(guī)律,明確提出“后摩爾時代”性能優(yōu)先的目標(biāo),給出了“時間壓縮”的性能優(yōu)化路徑,是對半導(dǎo)體行業(yè)大量研究、實踐的理論總結(jié),其意義不可小覷。但是,解讀和傳播過程中,強調(diào)“人無我有”的獨創(chuàng)性,就純屬自嗨加戲了。至于“美企死磕芯片密度,華為提出顛覆性理論”的贏學(xué)式解讀,更是莫名其妙。摩爾定律不是只對美國有效,韜定律也不是中國專供。
美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提高芯片密度的技術(shù)優(yōu)勢是事實,但是美國半導(dǎo)體企業(yè)、學(xué)術(shù)機構(gòu)對其他技術(shù)路徑的探索與創(chuàng)新也從未止步不前。“時間壓縮”的垂直堆疊技術(shù)、降低系統(tǒng)延時技術(shù),美國半導(dǎo)體企業(yè)也有很多創(chuàng)新成果和技術(shù)應(yīng)用。
華為對“韜定律”也沒有敝帚自珍、閉門造車,何庭波表示:“未來一定屬于開放合作。在‘韜定律’的路徑下,我們期待與全球科學(xué)家、工程師和產(chǎn)業(yè)伙伴緊密合作,共同推動半導(dǎo)體與電子產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。”這是大型科技企業(yè)在全球化時代應(yīng)有的格局與自信。
華為的花很紅,大可不必強拉同行當(dāng)綠葉。
03 有理論價值,還需更多的“實戰(zhàn)成績”
“韜定律”的理論創(chuàng)新價值應(yīng)該肯定,但另起爐灶才算創(chuàng)新。創(chuàng)新可以是優(yōu)化完善,也可以是總結(jié)提高。“韜定律”的主要貢獻(xiàn)是在理論層面總結(jié)行業(yè)規(guī)律。優(yōu)等生哪個不是解題能手?能清晰準(zhǔn)確地總結(jié)出解題思路的,更顯技高一籌。
相比理論價值,更重要的是實踐價值。工程技術(shù)領(lǐng)域,能夠付諸實踐的理論才是成功的理論。對于企業(yè)而言,歸根結(jié)底還是要用產(chǎn)品說話。何庭波在接受采訪時表示,“我們用六年的實踐,做了300多個芯片,包括麒麟手機、自動駕駛、鯤鵬、晟騰在通用計算機和AI領(lǐng)域,都有華為自己重新設(shè)計的芯片,這些都是在韜微縮的指導(dǎo)下完成的”。六年300多個芯片,量大管飽,確實難能可貴。
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當(dāng)然,產(chǎn)品是否成功,成功量產(chǎn)只是第一步。更準(zhǔn)確的評價,還要看實際性能表現(xiàn)和真實經(jīng)濟效益的綜合評價。這意味著“韜芯片”還需要拿出更多的“實戰(zhàn)成績”。比如,4月份正式發(fā)布的DeepSeek V4,首次把華為昇騰NPU和英偉達(dá)GPU并列寫入同一份官方硬件驗證清單,底層代碼從英偉達(dá)CUDA全面遷移到了華為CANN框架。DeepSeek“華為化”后的表現(xiàn),備受矚目,還得跑一段再看評估。
相比較為直觀的芯片性能實戰(zhàn)表現(xiàn),“韜芯片”的經(jīng)濟效益評價更為復(fù)雜,但也非常重要。摩爾定律不僅是芯片性能提升的規(guī)律,也是成本下降的規(guī)律。目前為止,未見“韜定律”對“后摩爾時代”芯片生產(chǎn)成本變化的預(yù)測分析。
長期來看,韜定律“以時間換空間”的技術(shù)路徑要成立,性價比總是繞不過去的評價指標(biāo)。技術(shù)上可行,不等于經(jīng)濟核算也可行。在高端芯片被外部封鎖的特殊條件下,“韜芯片”在國內(nèi)市場或許有“不愁賣”的天然優(yōu)勢,但這也不是無限的。無論產(chǎn)業(yè)鏈多長,上游成本壓力總是受終端市場購買力的約束。產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的宏觀效益,并不是單純的賬面利潤。
總之,華為提出“韜定律”是值得關(guān)注的行業(yè)事件,后續(xù)還會有很多值得關(guān)注的看點。但是,在傳播和解讀過程中產(chǎn)生的“水分”應(yīng)該擠掉。尊重行業(yè)發(fā)展的客觀規(guī)律,首先就要做到實事求是,有一分證據(jù)說一分話。贏學(xué)口嗨,有害無益。
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