当晶体管小无可小，那就让电子跑得更快！上海交大研究员解读华为“韬定律”

近日，华为提出的“韬（τ）定律”引发半导体产业界和学术界热议，也带来各界对后摩尔时代芯片性能提升新路径的期待。围绕“韬定律”究竟是什么、它与摩尔定律有何不同、能否成为可持续产业路线等问题，记者采访了上海交通大学集成电路学院（信息与电子工程学院）研究员景乃锋。他的研究方向包括大算力高能效芯片、GPGPU（通用图形处理器）、存算一体及近存计算等。

问：“韬定律”是什么？它和摩尔定律有何不同？

景乃锋：韬定律不是像牛顿定律那样的物理定律，更像是一条被实践证明的工程路线。“τ”是电路中表征时间常数的希腊字母，用于表示RC（电阻-电容）延迟。华为延伸了这一符号，提出在器件、电路、芯片、系统等多个层级上，利用各种技术及其组合，通过将延时缩小，实现性能持续提升。

通俗地说，“时间缩微”缩的是延时，包括各个层级上信号传播的延时。降低延时，本来就是集成电路、芯片和电子系统追求速度与性能提升的核心目标之一。

摩尔定律着眼于“空间微缩”，即在物理上把晶体管做小，以降低延时并提升集成度。过去几十年，缩小晶体管尺寸是推动半导体产业发展的重要动力，但它并不是降低延时的唯一手段。当前，先进工艺越来越贵，收益却越来越小，尤其在先进制程获取受限的情况下，如何利用可获得的工艺继续提升性能，就变得更加重要。

摩尔定律在工艺和器件层面，通过空间微缩降低延时；韬定律则给出了更多维度。电路级可以通过逻辑折叠，更具体地说包括三维堆叠、混合键合等技术，提升单位面积集成度，拉近模块之间的距离，降低数据传输延迟和功耗；芯片级可以通过架构设计、高速互连降低延迟；系统级则可以通过任务优化、协议优化、调度优化等降低服务延迟。

早期，摩尔定律的有效性掩盖了其他技术的重要性。随着后摩尔时代器件级延迟降低的成本越来越高、收益越来越小，单纯依赖传统工艺提升性能的路径局限更加明显。换句话说，韬定律打破的正是这种路径依赖。

问：从学术和技术演进角度看，“τ路线”是全新方向吗？

景乃锋：从学术和技术演进角度看，芯片性能提升本身就是由工艺和架构双轮驱动发展的。在工艺受限条件下，架构发展成为另一重要动力。图灵奖得主大卫·帕特森（David Patterson）和约翰·亨尼斯（John Hennessy）早在2017年就提出，未来十年是计算机架构发展的黄金时代。

器件、电路、系统层面也有很多研究和发展方向。例如英伟达提出的黄氏定律，也谈到通过软硬件协同优化，即系统层面的优化，持续提升GPU（图形处理器）性能。因此，韬定律给出的路径具有代表性，更符合我国集成电路产业的发展现状。

在上海交大，我们课题组的研究方向包括三维芯片、芯粒技术、近存计算、存算一体、GPGPU等。这些方向同样关注数据传输瓶颈、功耗和能效问题。比如近存计算和存算一体，在突破数据传输瓶颈，也就是存储墙的同时，对能效提升也有帮助。韬定律更强调“延时即性能”，在功耗、面积等其他指标优化上，也能间接发挥作用。

问：华为提到的“逻辑折叠”“系统折叠”，与芯粒（Chiplet）、三维堆叠（3D stacking）、晶圆基板上芯片封装（CoWoS）、光互连等技术是什么关系？

景乃锋：韬定律给出的是一个发展方向，其实现包含器件、电路、芯片、系统等多个层级多种技术的组合。华为基于自身在逻辑折叠、统一总线以及Hi-ONE等方面的探索和实践，率先证实了这些技术的可用性和有效性。

这些探索和实践也是学术界和工业界近年来关注的热点技术，与上述技术存在密切关联。这些技术并不都是华为创造的，但华为通过解决一系列复杂的工程技术难题，率先灵活应用这些技术，体系化实现工艺受限条件下集成电路性能持续提升。

问：“韬路线”距离成为真正可规模化、可持续的产业路线会有多远？

景乃锋：韬路线包含器件、电路、芯片、系统等多个层级多种技术，其内涵并不是一成不变的，因此瓶颈也不同，每种技术都存在各自需要解决的新问题。比如三维堆叠带来的热问题、应力问题，就是新技术路线带来的新问题，学术界和工业界都在持续探索。

从宏观上讲，难点在于如何将这些技术有机地与需求结合，并系统化解决其中出现的新问题，使其在实际产品中切实发挥作用。

EDA（电子设计自动化）工具是从解决这些问题共性方法中提炼出的工具集合，可以将可行经验和方法赋能其他从业者，形成规模化、持续化的产业路线。同时，学科交叉、产教融合的人才培养，也是推动这一路线规模化、持续化发展的核心动力。

问：从中国芯片产业发展的角度看，您如何理解华为提出“韬定律”的意义？

景乃锋：后摩尔时代意味着单纯靠“空间微缩”免费提高性能的时代结束，由此触发人们打破传统路径依赖，寻求新方法和新途径。结合国内集成电路形势，这一点变得更受关注。

未来十年，芯片行业核心竞争变量一方面来自集成电路产业内部，谁能够在“时间缩微”与系统级优化上领先，谁就能主导我国乃至全球芯片新格局；另一方面来自外部需求端，人工智能的需求将直接影响芯片行业发展。

韬定律指明了从“空间”到“时间”的发展范式变化，它为中国芯片产业开辟了一条不单纯依赖先进工艺的自主可控道路，对于解决我国集成电路产业面临的“卡脖子”问题具有现实意义。它不是颠覆摩尔定律，而是开辟了第二主赛道，也体现了我国集成电路从“跟随”到“引领”的历史性转变。

原标题：《当晶体管小无可小，那就让电子跑得更快！上海交大研究员解读华为“韬定律”》

栏目编辑：郜阳

来源：作者：新民晚报 易蓉