韬定律,能否造出芯片巨头?

5月25日,华为半导体业务部总裁何庭波的一次演讲、一篇署名论文,引爆了国内芯片产业。

在这次亮相中,华为过去六年的造芯经历,被何总浓缩到了一篇论文、一个理论中和盘托出。

在这些年先进制程技术封锁中,华为半导体团队共量产了361款芯片,并在这些芯片中证实了一个结论:

一味地通过缩小晶体管尺寸的“几何缩微”来提升晶体管密度和芯片性能,已经逼近物理和成本极限;

通过降低时间常数τ、对芯片进行逻辑折叠的“时间缩微”,正在成为绕开极致制程依赖的一条芯片设计新路径

这就是华为提出的“韬定律”,用于取代那个芯片设计领域的摩尔定律。

基于这一定律,何庭波指出,预计到2031年,基于该路线的高端芯片晶体管密度将达到等同于1.4纳米制程的水平

要知道,即便是台积电和英特尔的1.4纳米制程工艺,也要到2029年才能进入量产阶段。

01

摩尔定律的终结

1965年4月19日,美国《电子学》杂志刊登了时任仙童半导体研究开发实验室主任戈登·摩尔(Gordon Moore)的一篇文章《将更多组件塞进集成电路》。

在这篇仅有四页半的短文中,戈登·摩尔提出了自己的观察:

从1959年集成电路问世以来,集成电路上的组件数量大约每一年翻一番,与此同时,他还预测,这一趋势至少在未来十年内将继续保持。

这一观察就是后来大名鼎鼎的摩尔定律,并在1975年被摩尔本人修订为“每两年翻一番”。

摩尔定律在随后很长一段时间里,一直是是全球半导体产业的“行业契约”,并驱动了人类历史上最伟大的技术爆炸:

从个人电脑到智能手机,从互联网到人工智能,算力呈指数级增长,而成本却持续下降。

1974年,IBM科学家罗伯特·丹纳德(Robert Dennard)等人发表论文,提出了丹纳德尺度理论(Dennard Scaling)。

该理论指出,随着晶体管尺寸按比例缩小,电压和电流也在按比例降低,并可维持恒定电场,从而保持功率密度不变

这一理论与当时已经大行其道的摩尔定律完美契合:晶体管数量指数增长的同时,性能/功耗比和性能/成本比也同步在提升。

也是在这一理论加持下,FinFET、全环绕栅(GAA)等架构进一步延长了这一黄金时代。

然而,这一“行业契约”在21世纪初开始出现裂痕。

2005年前后,丹纳德尺度首先失效,随着芯片特征尺寸进入90nm以下,传统二氧化硅的栅极绝缘层变薄导致量子隧穿漏电流激增,电压无法继续按比例降低,“暗硅”(Dark Silicon)现象出现——芯片上越来越多的晶体管因功耗限制而无法同时工作。

时钟频率自此停滞,多核架构开始成为主流。

在这之后,提到智能手机和笔记本电脑的性能时,CPU有多少核心,有多少大核和小核越来越多被提及,并间接成了衡量CPU性能的重要参数,正是出于这一原因。

不过,几何尺度(纯维度收缩)并没有因此瞬间坍塌,而是经历了多次被质疑和反转,反转背后是英特尔等公司通过EUV光刻、FinFET等技术持续升级,将芯片制程节点一再推进到了7nm、5nm,乃至更先进的工艺。

就在今年,正是18A制程工艺(1.8nm)的推出,让本已被英伟达、AMD赶超的英特尔,再度回了一口血。

但进入7nm节点后,一些微妙的事情开始发生:

芯片制程工艺带来的回报开始急剧递减:

速度饱和使沟道长度对延迟的改善从二次方降为线性;

局部互连寄生RC主导延迟;

掩膜和EUV设备折旧成本暴涨,将2nm节点芯片设计预算提升到了超10亿美元;

单位晶体管成本不再下降,甚至在某些先进节点出现了上升的情况;

……

正是这一系列现象的出现,2010年后,多位行业领袖公开承认摩尔定律的放缓。

在此过程中,我们看到,英特尔从14nm到10nm用了五年而非两年,打破了其“钟摆战略”,国际半导体路线图(IRDS)逐步淡化传统基于摩尔定律的预测。

实际上,戈登·摩尔本人早在2003年就曾预言“没有指数增长能永远持续”。

到2020前后,纯几何尺度的“行业契约”事实上已经难以为继。

摩尔定律的终结并非突然死亡,而是一个渐进式衰退的过程,它标志着半导体行业从“容易的时代”转向“困难的时代”:

物理极限(原子尺度、量子效应)、经济极限(天文数字般的投资)和应用极限(性能回报递减)三重因素挤压下,传统“节点追逐”模式难以为继,整个计算栈亟需出现新的优化目标。

02

韬定律与华为造芯这六年

2018年10月10日,上海华为全联接大会,华为轮值董事长徐直军正式对外发布了华为全栈全场景AI战略。

在此期间,此前业界猜测的华为内部代号为“达芬奇”的人工智能项目也正式亮相。

所谓“达芬奇”项目,实则是华为研究的一个芯片架构,这一架构采用3D Cube矩阵计算单元、向量单元和标量单元异构设计,支持混合精度计算,精准匹配神经网络数据流。

随着达芬奇项目一同亮相的,还有华为面向人工智能领域,基于达芬奇架构的首批自研AI芯片——Ascend 910(训练)和Ascend 310(推理)。

据华为当时给出的官方数据显示,Ascend 910单芯片FP16算力达256 TFLOPS,计算密度业界领先。

这是华为“造芯”战略的一个重要里程碑,但更大的考验随之而来。

2019年5月,美国将华为列入实体清单,2020年进一步收紧出口管制,华为至此被切断了来自全球先进制程的供应,华为半导体团队由此开始了他们长达六年的长征。

在极端压力下,2020-2026年间,华为半导体团队设计并量产了381颗芯片,覆盖移动、AI、汽车、基础设施等领域。

面对先进光刻技术受限,他们将优化目标从“几何尺度”转向时间尺度(τ scaling)——即系统性降低单一特征时间常数τ,从皮秒级晶体管到秒级系统工作负载。

2026年5月25日,在IEEE ISCAS大会上,何庭波正式提出了韬定律(τ Scaling Law),提出以时间而非晶体管面积作为主要优化指标。

这里值得一提的是,作为华为深耕芯片领域20年的老将,何庭波自1996年加入华为后,历任芯片业务岗位(开发、研究、架构、供应链)、研发部长、海思总裁、2012实验室总裁,现任科学家委员会主任、ITMT主任、半导体业务部总裁。

她指出:

一味地通过缩小晶体管尺寸的“几何缩微”来提升晶体管密度和芯片性能,已经逼近物理和成本极限;

通过降低时间常数τ、对芯片进行逻辑折叠(LogicFolding)的“时间缩微”,正在成为绕开极致制程依赖的一条芯片设计新路径。

韬理论自此也成了自丹纳德尺度理论(Dennard Scaling)后,又一个跨越整个计算栈的共享优化目标。

据何庭波给出的技术分析:

在移动SoC领域,LogicFolding技术成为关键突破:将数字、模拟和内存电路分区到垂直堆叠有源层,通过超细间距混合键合缩短关键路径线长,降低寄生RC。

在固定器件节点下,Kirin 2026实现了晶体管密度从155提升至238 MTr/mm²(提升了55%),SoC性能核能效提升了41%,频率提升了13%。

未来通过多层折叠,预计到2035年密度会进一步提升。

在AI系统层面,Unified Bus(内存语义统一总线)将远程访问延迟从数十微秒降至约100ns(降低了约500倍);近封装Hi-ONE光I/O和3D Folding解决N²-vs-N扇出困境,使内存带宽、I/O和电源交付从周长扩展到表面,实现与计算能力同步的N²尺度。

到2035年,AI硬件集成度预计增长超过100倍。

此外,华为基于这一定律还为自己制定了一个先进芯片发展目标:

预计到2031年,基于该路线将使高端芯片晶体管密度达到等同于1.4纳米制程的水平

尽管华为造芯在业界已经不是什么秘密,尽管华为过往已经陆续对外透露了些许异构计算、软硬协同、算法定义芯片的理念,但韬定律的提出与公布,依然在业界引起了轩然大波。

03

中国能否培养出全球芯片巨头?

在经历了先进制程卡脖子后,国产芯片的发展一直备受全球关注。

在全球产业大分工时代,没有全球供应链的协同,中国能否跑出一个能够与英伟达、英特尔、AMD等掰手腕的芯片巨头,这是全球芯片产业热度最高的问题之一。

实际上,在大模型这样的人工智能新范式引爆算力需求后,全球算力产业也在经历着一次重塑,全球科技巨头开始自研芯片、芯片产业链在后摩尔定律时代寻求新范式,这时,中国芯片产业已经悄悄完成了一次底层重塑。

我们能够看到的是,国内芯片产业在设计、制造、封测等方面逐渐补充着短板,一批龙头企业开始从幕后走到台前。

首先是国内头部晶圆厂商已经攻克7nm制程工艺,7nm国产芯片生产制造已经成熟稳定;

其次是国内包括寒武纪和“GPU四小龙”在内的一批GPU厂商开始成长起来,成为国产AI算力生态的一股重要力量;

再加上华为、阿里、百度等科技巨头巨资投资进行芯片自研,开始走类苹果的软硬协同路线,让模型、算法与芯片得到了进一步协同。

尤其是华为与DeepSeek一波联动(DeepSeek V4迁移至华为昇腾950PR),让处于全球芯片产业链顶端的英伟达,都感受到了危机。

英国路透社在4月底的一篇报道中就曾指出,在DeepSeek V4迁移至华为昇腾950PR消息一经公布后,国内包括字节、阿里、腾讯在内的互联网巨头都开始与华为接洽,商谈芯片订单事宜。

而在韬定律为后摩尔时代指出的这条路上,尤其是在7nm之后,纯尺寸缩微的回报趋于平缓时,行业竞争重心从制程缩微转向架构创新、系统优化、3D集成、算法协同。

在这样的新范式下,中国能否培养出一个全球芯片巨头?

本文来自微信公众号“锌产业”,作者:山竹,36氪经授权发布。

发布时间:2026-05-26 09:00