文︱關品方
華為最近在公開場合宣布芯片制造方面有新的突破,名為“滔定律”(τ定律),石破天驚,可謂彎道超車。網上有不少評論相當技術性,不容易理解。筆者嘗試在本文以通俗易懂的例子,解釋滔定律和摩爾定律之間的分別。
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華為的突破,是放棄“把芯片做得更小”的賽道,改為讓芯片里的信號“跑得更快”,為芯片性能的提升開辟出一條新路。
過去幾十年,芯片行業根據“摩爾定律”,把晶體管越做越小(名為“幾何縮微”),在同樣面積的芯片塞進更多元件,速度就更快。但現在這條路走到頭了。做到2至3nm時,電子會“穿墻漏電”極難控制;研發成本和建設廠房漲到幾百億美元,貴到做不起。英偉達一直認為這樣做可以提升競爭壁壘,有效防止競爭者靠近。
滔定律換了思路,不硬擠尺寸,而是壓縮信號傳輸的時間(名為“時間縮微”)。電路里信號傳輸的快慢,由一個叫τ(滔)的時間常數決定,τ越小速度越快。
華為是怎么做到的呢?簡單來說,就三件事。首先是少繞彎路,用“邏輯折疊”把平鋪的電路像折紙一樣疊起來,讓相關電路離得更近,信號少跑冤枉路。其次是減少阻礙,通過優化電路材料和結構,降低信號傳輸的阻力(resistence)和干擾(interference),讓信號跑得更順。最后是優化系統,將芯片、架構和軟件配合起來,減少數據“搬運”的等待時間,達到整體提速。
總而言之,摩爾定律是“把房子做小、擠進更多人”。滔定律是“房子大小不變,通過修高速通道、減少堵車,人流更快”。它的突破意義是所謂“跳出盒子思考”(think out of the box),打破常規思維;避免墨守成規;不用最先進的極小微縮工藝也能靠架構和設計讓成熟制程芯片(甚至28nm)也能跑出高性能,打破外部技術封鎖,給全球芯片發展開拓出新方向。
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用“小區出行”來類比(不論是太古城、新都城還是什么城),摩爾定律是傳統老路,好比小區樓棟越建越密越高、戶型越做越小,同樣的地塊塞進更多住戶。住戶多了,整體人員流量、運轉效率看似優化了,但做到極致后,樓間距離幾乎消失,人員進出容易出碰撞事故,而且“征地建樓”的成本高到離譜,再也沒有繼續壓縮的空間。對應芯片制程而言,一旦走到2nm及以下,會造成漏電(電子碰撞)及詞元信息傳遞的單位成本暴漲的困境(類似人員進出小區排長龍,磕磕碰碰,擠塞不堪,過猶不及)。
滔定律是華為的新路徑,不再擠樓棟、縮戶型,而是優化通行效率,把零散樓棟分層堆疊,鄰居就近分布,出門不用繞遠路;拓寬樓道、清理路障,走路不再擁堵卡停;配套動態路線整體規劃,減少等待和折返。效果是房子大小沒變(不造“納米樓”,芯片制程不強行微縮),但人員流動速度可大幅提升,整體運轉效率照樣提高。
摩爾定律等于擠空間,堆數量;滔定律等于提速度,優通路。這樣是不是很容易理解?華為T理論(滔/τ定律)用“時間縮微”替代“幾何縮微”。和摩爾定律比較,是兩條完全不同的賽道;它的突破在于繞開EUV和先進制程瓶頸,靠架構/系統優化繼續提高性能,減少對EUV的依賴,基本上用DUV就得。
華為“T理論”(運用滔/τ定律)最近由華為高層何庭波在國際電路與系統研討會上(ISCAS)發布。對理工科的學生來說。正式的技術解釋是:τ(tau)是電路時間常數,代表信號在芯片里傳輸和切換的延遲。它不依靠把晶體管做得更小,而是系統性地把信號延遲(τ)壓得更小,從而提升能效。芯片=城市,晶體管=房子,信號=車流。摩爾定律拼命把房子蓋更密、道路修更窄(縮尺寸)。根據滔定律,房子面積不變,通過修高架或隧道拉直主干道、優化紅綠燈(縮時間、減延遲),紅綠變換的速度加快,讓汽車(信息)加快放行。概念就這么簡單。
再深入一點解說,華為的新路徑是一整套四層協同的系統方案。首先是器件層,通過優化晶體管和連線的電阻/電容,從底層基建減小τ。其次是電路層,通過邏輯折疊(Logic Folding)把平面電路像折紙一樣立體堆疊,大幅縮短關鍵路徑。第三是芯片層,通過軟硬協同、3D堆疊,改善Chiplet(顆粒芯片)先進封裝。最后是系統層,通過統一互連總線、存算一體,降低數據搬運延遲。
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華為滔定律和摩爾定律的分別是核心邏輯完全相反。摩爾定律(1965)是幾何縮微(空間驅動),每18至24個月,晶體管尺寸減半、數量翻倍,性能提升、成本下降。剛出爐的華為滔定律(2026)是時間縮微(時延驅動),不以“納米節點”為核心,而以τ(延遲)為核心;靠架構/互連/系統優化達到提速的效果。
摩爾定律的發展方向是以幾何級數縮小尺寸,核心指標是納米級(nm)和晶體管數量,技術路徑是EUV光刻、先進制程是7→5→3nm以至更小,對EUV高度依賴,瓶頸是物理極限(量子隧穿、漏電)和天價成本。華為滔定律卻彎道超車,開辟一條新路徑。華為如今已完全不用依賴英偉達的H200芯片。對中國AI產業而言,H200已非必需,國產方案(尤其是華為昇騰)能做到絕大多數訓練和推理;僅在極少數極致單卡和CUDA(集群能力)方面對英偉達的H200仍有需求。
毛澤東主席在1949年8月18日發表的《別了,司徒雷登》一文中說:“多少一點困難怕什么?封鎖吧,封鎖十年八年,中國的一切問題都解決了。中國人死都不怕,還怕困難嗎?”從孟晚舟被無端扣押開始,過去8年來,華為一直被美國以極限施壓的手法強力制裁,如今自力更生、不怕封鎖,彰顯民族骨氣,開辟了中國芯片新時代一片新天地。2026年是世界局勢重大轉折的一年。筆者估計,今后大半年還有不少重大事件陸續有來。
最后值得一提的是華為的董事何庭波。幾天前(5月25日),華為的滔定律就是由她在上海親自宣布的。何庭波1969年生于湖南長沙,今年57歲。她北京郵電大學畢業,取得半導體物理與通信工程學士和碩士,1996年(27歲)加入華為,至今已30年。她的核心職務是華為科學家委員會主任、半導體業務部總裁、《2012實驗室》總裁。她從芯片工程師做起,歷任研發部部長、架構與供應鏈負責人,海思半導體總裁(2004年)。從那時起,何庭波長期負責“備胎芯片”研發。2019年5月,美國將華為列入“制裁實體清單”,何庭波隨即發布內部信函,宣布“備胎一夜轉正”,引發全國關注。如今滔/τ定律橫空出世,為后摩爾時代的半導體產業提供中國方案,這位被稱為“芯片女王”的業內公認的中國芯片領軍人物功不可沒。今后全球芯片產業的動向如何?筆者將一如既往,高度關注。
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