摩尔定律的“几何缩放”面临停滞及约束,“韬定律”的“时间缩放”则是回归本源的真正目标。
摩尔定律提出六十年来,半导体行业以纳米衡量进步,目标是让晶体管变得更小。但在2005年后,器件“几何缩放”带来的功耗缩放首先失效,7nm以后,每晶体管成本趋于平坦甚至上升。此外,国内还面临高端EUV光刻机卡脖子的现实约束,单纯缩进几何尺寸面临停滞。但追其本源,器件的微缩缩短了信号传输的路径,本质上是时间的缩减,所以根本的目标是缩短系统的时间。因此华为归纳了一个新的指导原则,以时间常数τ加以衡量比较,在晶体管、电路、芯片、系统四个维度缩小时间常数τ,并在手机移动处理器和AI数据中心进行了量产验证。所以“韬定律”背后是华为总结出的一套方法论,转换思维范式,用系统性的思维解决问题。
▍在晶体管、电路、芯片、系统每一层都有不同机制用于缩减时间常数τ,也将相应带来对应的产业变化:
1)晶体管层面:目标为缩小本征开关延迟(即晶体管开关状态切换的时间),通过迁移率增强、应变工程、高κ/金属栅极和GAA架构来解决——其中建议重点关注GAA架构未来发展,将会带来刻蚀等工艺设备增量变化,详见我们的报告《电子行业半导体晶圆制造行业系列专题之(二)—工艺分析:刻蚀设备重要性提升的三重逻辑》(2025-09-19)。
2)电路:缩小信号路径上的RC传播延迟,通过更低电阻率的导体、低κ介电质来解决,以及最为关键是通过垂直集成缩短线长来解决——华为采用了逻辑折叠(LogicFolding)的方法进行垂直集成,核心工艺是超细间距混合键合和TSV。
3)芯片:缩小计算和存储器访问延迟,通过架构选择、流水线深度、存储层次和片上互联来解决——关注3D堆叠(微凸块及标准间距混合键合工艺)和HBM。
4)系统:缩小端到端消息和同步时间,通过互连拓扑、协议栈和互联架构设计来解决——如超节点、灵衢总线Unified Bus、近封装光引擎Hi-ONE(关注相关封装环节)等。
