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六年突围路:华为“韬定律”如何打破芯片困局,走出自主创新之路

   时间:2026-05-30 16:34:47 来源:快讯编辑:快讯 IP:北京 发表评论无障碍通道
 

2019年5月,美国商务部将华为列入实体清单,这一举动如同一颗重磅炸弹,在国际科技领域激起千层浪。华为海思总裁何庭波致员工的信迅速流传开来,其中“所有我们曾经打造的备胎,一夜之间全部转‘正’”的豪言壮语,不仅极大鼓舞了国人,更让华为成为全网焦点。然而,表面上的底气之下,华为实则面临着巨大挑战。尽管创始人任正非宣称从5G到核心网可不依赖美国,但包括徐直军在内的核心决策者清楚,备胎计划的关键在于台积电的生产制造,当时华为90%的芯片由台积电代工,这无疑是一个潜在的命门。

2020年3月,美国将目光锁定华为这一弱点,准备采取行动。美国商务部专门针对海思和华为制定了出口管制及外国直接产品规则(FDPR),这条规则在内部被称为“海思规则”。3月30日,华为高层紧急召开会议,探讨一个生死攸关的问题:若台积电不再为华为造芯片,该如何应对?会上决定,华为必须介入芯片制造环节。有人提议以干将莫邪命名项目,最终任正非定下“莫邪”。在干将莫邪的故事里,莫邪以身投炉铸剑,而何庭波就如同华为的莫邪,肩负起为华为铸就芯片利剑的重任。

彼时,台积电的先进制程已推进至5纳米,华为Mate 40成为最后一代采用台积电5纳米工艺的产品,其余产品多为7纳米及以上。而大陆方面,最先进的量产工艺仅到14纳米,且产能极为有限。华为一度判断美国只会限制14纳米及以下先进制程,但5月15日FDPR制裁令落地,其严苛程度远超预期。徐直军直言:“2020年5月15日,是海思最黑暗的一天。”海思员工对未来感到迷茫,不知何去何从。随后,徐直军给海思全体员工发邮件,鼓励大家继续做好现有产品,未来产品节奏放缓但不停。当被问及海思未来时,他坚定表示:“海思在华为是成本中心,不要挣钱,只要华为活得下来,海思就会活得下来。”

美国的一系列动作,本质上是想用时间困住华为,让海思在制造端的代际竞争中失去优势,以工艺代差令华为窒息。而华为的反击武器同样是时间,不过是另一种维度的运用。六年后,2026年5月25日,在上海IEEE ISCAS 2026的讲台上,何庭波发布了韬(τ)定律,提出以“时间缩微”替代摩尔定律的“几何缩微”,通过系统性压缩信号传播时延,在现有工艺基础上造出有竞争力的芯片。这是华为首次公开六年芯片突围的底层方法论,徐直军也首次深度披露了华为人与时间赛跑的艰辛历程。

半导体行业六十年来一直遵循摩尔定律,即每18个月晶体管数量翻一倍,这一规律推动了从大型机到智能手机的整个信息时代发展。然而,如今这条路已布满荆棘。经济上,一片300毫米晶圆的生产成本25年间翻了30倍,设计一颗2纳米芯片耗资高达10亿美元,连台积电都因成本过高,明确表示在A12节点之前不会导入ASML最新的High NA EUV光刻机。物理层面,28纳米之后,标称制程与晶体管真实尺寸脱钩,“几纳米”逐渐沦为营销概念。摩尔定律难以为继,全球芯片厂商纷纷转向。英伟达的B200和B300算力卡采用台积电N4P工艺,本质是5纳米,通过CoWoS封装多颗Die提升系统性能;英特尔、AMD也采用3D封装、Chiplet架构、多Die互联等方式,在制程放缓后寻找新出口。IMEC今年5月的路线图显示,先进封装和异构集成占比越来越大,但产业链叙事仍围绕“推进制程”。然而,没有一家公司愿意明确提出半导体行业需要新路。

华为却没有其他选择。徐直军表示:“我们真正对工艺有诉求的芯片就几颗,手机SoC、PC机和服务器的CPU、NPU/GPU,恰好这三颗芯片我们都做,且是主业。”华为不像苹果能使用台积电最新工艺,也不像英伟达在GPU赛道有定价权,手机、通信、计算三条战线必须同时保持竞争力,而制裁切断了三条战线的供给。当被问及做芯片是否幸福时,徐直军坦言:“一点都不幸福,因为都是别人干过且十年前就干成的事。但也要感谢美国,让我国半导体产业链得以成长,现在势头良好。”若未受制裁,华为本可在全球顶尖技术基础上进行更具革命性的创新,但EUV光刻机进口无望,基于DUV的工艺天花板可见,沿着几何缩微追赶,代差只会越来越大。华为比全行业更早撞上这堵墙,也因此成为将零散工程直觉提炼成完整方法论的公司。

英伟达、AMD、英特尔的Chiplet和3D封装主要在“堆叠”层面做文章,将多个已做好的芯片通过封装连接增强性能。而华为因没有先进制程余裕,在设计深度上更进一步,走向“逻辑折叠”层面,将一颗芯片从底层折叠重新设计成两层,这是韬定律区别于行业既有路径的核心。莫邪项目朝着两个方向推进:一方面推动国内晶圆厂提升工艺能力,华为协助改进设备、调整工艺;另一方面在芯片设计端找出路。海思工作量大幅增加,要将几百颗在台积电做过的芯片移植到国内工艺节点,同时开发新品,还要在市场上与高通、苹果、英伟达等竞争。

工程师们反复面临工艺落后却要让芯片不落后的问题,答案藏在被忽视六十年的本征属性里。摩尔定律关注空间,以缩短栅极长度降低信号传播时间常数τ,但“做小”只是手段,“做快”才是目的。当几何缩微受阻,降低τ的路径并未堵死。韬定律核心主张以“时间缩微”替代“几何缩微”,作为半导体演进新指导原则。一旦将度量衡从空间尺寸换成时间常数,各层级工程师就有了统一优化语言,发力空间从单一维度扩展到十余个维度。

逻辑折叠是韬定律必须攻克的技术难题。传统3D堆叠中,两颗芯片功能独立、设计不耦合;而逻辑折叠是将平面电路“撕开”“折叠”成上下两层,功能相互穿插、信号彼此依赖,单独一层无法工作。折叠后,两个寄存器距离从毫米级降到微米级,维持长距离信号传输的buffer削减50%以上。华为数据显示,CPU主频从2.6GHz提升到3.1GHz,NPU性能提升1.4倍,GPU提升30% - 40%,功耗大幅下降。逻辑折叠不挑工艺,28纳米、7纳米甚至未来3纳米都适用,两层Die还可采用不同工艺节点,且不排斥几何缩微,国内先进工艺进步能促进韬定律取得更好结果,韬定律也可基于先进工艺进步带来更好成果。

但最大的代价是时间。逻辑折叠需在“非连续空间”重新布局布线,传统EDA工具无法完成,海思花费数年自研内部工具,几万名工程师摸索六年,才将这一想法变成381颗量产芯片。沿着韬定律,华为在大规模AI算力集群的τ微缩通过系统互连结构Unified Bus、近封装光引擎Hi - ONE和封装本身的拓扑重组3D Folding三个协同层实现。超节点架构将多颗芯片高速互联组成“超级芯片”,把时间缩微逻辑从单颗芯片推向整个计算系统,在制程工艺差距导致芯片落后的情况下,AI算力集群反超英伟达。专家预估,用相对成熟工艺节点加上韬定律全栈优化,可做出性能比肩N3E的芯片,成本低30%左右,这意味着华为可在不获取最先进制程前提下,做出与苹果A19同代际产品。

尽管付出诸多代价,仍有人质疑韬定律仅六年凭什么叫定律。徐直军解释,摩尔定律1965年提出,英特尔三年后才成立;“黄氏定律”也是刚提出,AI和ChatGPT出现时间不长,“定律”是总结出来的,并非推导,只要是一个能适应的规律即可。他还强调:“创新是被逼出来的,当先进工艺无法获得时,人总会找路,找到后发现还能一直走下去。”在华为内部,韬定律也被称为“何式定律”,何庭波虽不必“以身殉剑”,但这条路的艰辛每个参与者都深有体会。

华为芯片这些年历经多个阶段,先是活下来,2019 - 2022年制裁切断供给,莫邪项目启动,几百颗芯片从台积电迁移到国内产线,Mate 60回归市场证明华为仍在;然后是有质量地活下来,2023年初徐直军新年致辞提出这一目标,381颗量产芯片支撑起这一阶段,这些芯片覆盖多场景,均采用“何式定律”思想并实现量产交付;如今,“活下来”在战略中占比减少,更多思考如何发展。按路线图,到2031年,基于“何式定律”的高端芯片晶体管密度将达到等效1.4纳米制程水平。

半导体产业是生态型产业,摩尔定律是全行业定律,“何式定律”也需产业界共同参与。逻辑折叠目前最大瓶颈是EDA工具,其他设计公司即便理解原理,也无工具实施。徐直军坦承这是华为选择此时公开发布“何式定律”的原因,希望学术界、EDA厂商、设计公司等共同参与,走出中国半导体的另一条路。何庭波也表示未来属于开放合作,没有企业能独自完成所有答案。华为策略是用结果说话,让生态自然发展。徐直军认为,若“何式定律”有生命力,无需说服,企业会基于成本和竞争力自主选择。真正的考验是时间,摩尔定律从提出到成为共识经过十年验证,“何式定律”能走多远,未来五到十年自会见分晓。但他坚定表示:“华为公司的所有产品,都能基于大陆设计出来、造出来,还能规模供应,真正实现了彻底不依赖,这是中国产业界共同努力的结果。”

 
 
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