В 2026 году закон, предложенный китайской компанией, вызовет «огромный шок» в мировой полупроводниковой промышленности. Пока западная промышленность все еще спорит о том, пришел ли конец закону Мура, Хэ Тинбо, директор Huawei Technologies Co., Ltd. и президент подразделения полупроводников, на Международном симпозиуме по схемным системам (ISCAS 2026) представил новое направление технологической эволюции — «Закон Дао (τ)».
В индустрии микросхем основная логика эволюции традиционной технологии микросхем заключается в том, чтобы делать транзисторы все меньше и меньше, но этот путь приближается к двойному пределу физики и экономики. Закон, объявленный на этот раз Huawei, призван сместить фокус разработки чипов с традиционного «уменьшения геометрического пространства» (уменьшения размеров транзисторов) на «уменьшение времени» (сокращение времени передачи сигнала). Благодаря таким технологиям, как логическое складывание, полупроводники и электронные системы будут продолжать развиваться.
За последние шесть лет компания Huawei разработала и выпустила в серийное производство 381 чип, основанный на этой идее. Этой осенью будет доступен первый чип Kirin, полностью использующий технологию логического складывания. Huawei прогнозирует, что к 2031 году плотность транзисторов высокопроизводительных чипов, основанных на законе Тао (τ), достигнет того же уровня, что и 1,4-нм техпроцесс.
Но перед отраслью стоит и более острый вопрос: является ли Закон Дао (τ) настоящим «новым законом» или это маркетинг самопомощи в условиях ограниченных технологий?
«Ключевой вопрос не в том, действительно ли Закон Дао (τ) стал новым «законом» на уровне закона Мура». Отраслевой аналитик сказал, что более важным сигналом закона Дао (τ), чем замена Мура, является то, что он впервые разрывает оковы «теории только процесса» и открывает другой возможный путь развития для отрасли, хотя он все еще полон проблем.
Альтернатива закону Мура?
На протяжении более полувека закон Мура способствовал прогрессу полупроводниковой промышленности. В основе лежит геометрическое масштабирование: каждые 18–24 месяца плотность транзисторов удваивается, производительность увеличивается, а затраты падают. Но в сегодняшней полупроводниковой промышленности становится все труднее продолжать полагаться на уменьшение размеров в обмен на повышение производительности.
25 мая Хэ Тинбо упомянул в подписанной статье «Теория временного сжатия многослойных электронных систем», что на протяжении большей части истории полупроводниковой промышленности оставалось только одно: уменьшать размер транзисторов, но после 7 нм отдача от чистого уменьшения размера нивелировалась. Затраты на маску, амортизация EUV и сложность правил проектирования привели к тому, что бюджеты на разработку передовых чипов на 2-нм узле превысили миллиард долларов.
Основная суть «Закона Дао (τ)», предложенного Huawei, заключается в том, что он больше не полагается на уменьшение геометрического размера, а реализуется путем сжатия эффективной константы τ на различных уровнях, таких как устройства, схемы, чипы и системы.
«Общая задача всех чипов — транспортировка данных. Предыдущая оптимизация геометрического масштаба заключалась в основном в использовании более совершенных литографических машин для печати электронных путей с более высокой плотностью для ускорения. Но теперь ширина электронных путей почти такая же, как у автомобиля, едущего по ним, поэтому будет утечка и потеря данных. Фактически, закон Мура столкнулся с узким местом». Инсайдер Huawei сообщил журналистам, что оптимизация в масштабе времени, например, скорость распространения электрических сигналов в среде чипа, только 50% своей скорости в вакууме, но до тех пор, пока происходит прорыв в материаловедении и материал имеет лучший диэлектрический коэффициент, есть возможности для совершенствования.
Но Huawei — не первая компания, которая ищет альтернативы в эпоху после Мура. Ранее NVIDIA также увеличила инвестиции в системную интеграцию, включая NVLink, NVSwitch, упаковку CoWoS, интеграцию HBM, экосистему программного обеспечения и архитектуру уровня стойки. AMD использует небольшие чипы (чиплеты) и передовые технологии упаковки. Foveros от Intel и SoIC от TSMC также представляют свои усилия в области вертикальной интеграции и трехмерного стекирования. Успех чипов Apple M-серии во многом обусловлен локализацией памяти и вертикальной интеграцией аппаратного и программного обеспечения.
«Полупроводниковые компании, такие как TSMC, уже занимаются 3D-стекированием, гибридным соединением, оптической заменой меди и т. д.». Ху Яньпин, выдающийся профессор Шанхайского университета финансов и экономики, сказал в подписанной статье, что вопросы в ходе отраслевой дискуссии в основном сосредоточены на трех моментах: первый пункт: «Закон Дао» (τ)» — это особый новый путь или на самом деле это путь, по которому пойдет каждый; второй момент: это путь постепенного, оптимизированного и улучшенного, или это совершенно новая система; третий момент: это смена полосы движения для обгона, или необходимо преодолеть более базовые трудности.
Он считает, что, хотя математические расчеты и были, «Закон Дао (τ)» еще не является законом развития полупроводниковой области в строгом смысле этого слова. Это всего лишь теория расчетов, уточненная на основе практики, а также системное суждение и ожидания развития на будущее. Его невозможно сравнить с законом Мура за короткое время. Однако с точки зрения задержек процессов, изменения вычислительной архитектуры и формирования нового пространственно-временного взгляда на вычислительные системы «Закон Дао (τ)» не может стать законом.
«В производственном процессе не существует вечных законов. Будет хорошо, если он продолжит оставаться эффективным в течение более десяти лет. В настоящее время спрос на вычислительную мощность ИИ продолжает стремительно расти. Спрос на вычисления направлен не только на увеличение плотности транзисторов и улучшение коэффициента энергоэффективности, но и на ускорение эволюции будущей архитектуры SICAS». Ху Яньпин заявил, что полупроводниковая промышленность действительно переживает важный поворотный момент в процессе развития. В этот поворотный момент кто-то должен подать сигнал о повороте, и компании должны предпринять поворотные шаги. Индустрия движется вперед в разных направлениях, таких как архитектура фон Неймана, троичные системы, вычисления на основе мозга, оптические вычисления и квантовые вычисления. Компании, в том числе Huawei, не останутся в зависимости от пути.
В статье, представленной Хэ Тинбо, упоминается, что значительная часть прироста быстродействия чипа достигается не за счет новых этапов процесса фотолитографии, а за счет топологической реорганизации логического распределения в трехмерном пространстве, и это направление является устойчивым. Этот метод подобен «превращению бунгало в небоскреб». Традиционная конструкция чипа является плоской 2D, и сигнал проходит между десятками миллиардов «пороговых переключателей» (транзисторов). Однако в небоскребе сигналы, которые изначально требовали горизонтальной передачи на большие расстояния, теперь могут быть «взяты в лифте» для перемещения вертикально, и физическое расстояние резко сокращается.
Это фундаментально отличается от закона Мура, поскольку движущая сила технологии больше не заключается в стремлении к процессу и прорыве одного узла литографии, а опирается на систематизацию четырех уровней устройств, схем, микросхем и систем. Именно это многомерное фундаментальное изменение заставляет полупроводниковую промышленность пересмотреть направление своего будущего развития.
Каково влияние на отрасль?
Когда правила игры изменились с «геометрического пространства» на «систему времени», игроки за карточным столом тоже начали беспокоиться о том, не грозит ли им жестокая тасовка. В интервью некоторые люди говорили репортерам, что существуют возможности и проблемы.
Для отрасли, согласно закону Дао (τ), области, которые ранее считались «вспомогательными ролями», такие как технология упаковки, новые материалы, архитектура межсоединений и совместная разработка системного программного обеспечения, постепенно заняли ключевое положение. Если какая-либо компания сможет добиться инноваций в проектировании системного уровня, таких как эффективное сжатие значения τ с помощью усовершенствованных протоколов 3D-стекинга и межчиповых соединений, она сможет превзойти по производительности своих оппонентов, которые используют более продвинутые, но дорогостоящие процессы.
Это, несомненно, открывает новые возможности для компаний с сильными возможностями системной интеграции, а также для многих отечественных начинающих компаний, занимающихся чипсетами и передовыми упаковочными компаниями.
«Невозможность получить самую передовую EUV и ведущие литейные услуги освободила Huawei от ее бремени. Факты доказали, что повышение производительности между поколениями также может быть достигнуто за счет оптимизации времени на системном уровне, не полагаясь на самые передовые узлы. Это напрямую бросает вызов краеугольному камню конкурентного преимущества первой». Высокопоставленный человек в полупроводниковой промышленности сообщил журналистам, что организационная структура, резерв талантов, накопление технологий и распределение капитала компаний, которые полагаются на закон Мура, все сосредоточены вокруг «узлов процесса». В чем они хороши, так это в том, чтобы «сделать функцию лучшей», в то время как τ Law требует возможностей полного стека.
В своем выступлении Хэ Тинбо также неоднократно подчеркивал совместную оптимизацию от устройств до систем. «Унифицированная шина (UB)» Huawei, «HiONE Optical Interconnect Engine», «System Folding» и т. д. — все это проекты системного уровня.
Однако некоторые отраслевые сетевые компании выразили обеспокоенность. Человек, отвечающий за полупроводниковое оборудование, сообщил журналистам: «В настоящее время эта теория имеет ограниченное влияние на отрасль в краткосрочной перспективе, но если последующий технологический путь будет продвинут на процессы ниже 1 нанометра, отрасль столкнется с серьезными проблемами.
«Техническое решение Huawei опирается на мягкие технологии, такие как архитектура и алгоритмы, для достижения эквивалентности производительности при отсутствии лучших литографических машин. Однако эта модель не может заменить технические проблемы на аппаратном уровне». Вышеупомянутый человек сказал, что ситуация с развитием отечественных и зарубежных производителей чипов существенно различается. Зарубежные производители могут использовать передовые технологические ресурсы, такие как TSMC и Samsung. Отечественные компании оказывают большее сопротивление развитию, а развитие отрасли по-прежнему опирается на одновременные технологические прорывы в области программного и аппаратного обеспечения.
Кроме того, с момента предложения теории до ее принятия в отрасли она неизбежно будет сопровождаться огромными рисками и практическими проблемами. Закон Мура успешен не только благодаря повышению плотности транзисторов, но и потому, что эти улучшения сопровождаются экономически масштабируемыми производственными процессами. Закон τ в настоящее время больше похож на превосходный принцип системного проектирования, но еще не доказано, что он является общим и универсальным экономическим законом. Когда необходимо массово производить миллионы или даже десятки миллионов микросхем и противостоять ценовому давлению потребительского рынка, остается неизвестным, можно ли рассчитать микроскопические экономические расчеты τ.
«Закон Дао (τ) означает, что степень сложности в определенной степени выше». Ху Яньпин сказал, что фундаментальные проблемы, такие как оборудование, процессы, технологии, производительность и даже рассеивание тепла и EDA, сосуществуют с проблемами самих себя. Этот закон не является официальным заявлением о том, что мы далеко впереди, а представляет собой слияние и совершенствование стилей игры, смелое ожидание будущего и всеобъемлющую инновацию системы.
Однако, по его мнению, передовые процессы становятся «не единственными», а сам процесс замедляется, давая отечественным чипам и новым вычислительным системам простор для инноваций во временной перспективе.
Хотя предстоящий путь долог и полон терний, Huawei также использует свой собственный случай, чтобы проиллюстрировать осуществимость этого закона. Хэ Тинбо привел в статье ряд данных. С мая 2020 года по май 2026 года компания Huawei Semiconductor разработала и серийно произвела 381 чип для обслуживания рынков мобильной связи, искусственного интеллекта, автомобилестроения, промышленности и инфраструктуры. Тезис о микрофильмах τ сохраняется во всем портфеле продуктов. Ожидается, что в 2029 году частота ядра процессора увеличится до 4 ГГц и выше, эффективность Kirin SoC увеличится более чем вдвое при обычном использовании в течение трех-пяти лет, а интеграция аппаратного обеспечения искусственного интеллекта, как ожидается, увеличится более чем в 100 раз к 2035 году.
Она сказала, что «закон Дао (τ)» показывает отраслевым стратегам и распределителям капитала, что следующие инвестиции должны следовать за τ, а не за узлами. Конкурентоспособность продукции больше не зависит исключительно от первоклассных процессов фотолитографии. Стратегические позиции упаковки микросхем, пропускной способности памяти и архитектуры межсоединений стали сравнимы с передовыми логическими процессами прошлого.
Это трудный переход для поколения инженеров, которые выросли, приравнивая «закон Мура» к «прогрессу». «Эра геометрии фактически закончилась, и отрицание этого факта не является осуществимой стратегией. Эра ускорения за счет микромасштаба уступает место эпохе ускорения за счет τ-оптимизации многослойных электронных систем». Он сказал Тинбо.
В конце своей статьи она обратилась к отрасли с призывом и сказала, что в ближайшие шесть-десять лет предприятия, научно-исследовательские группы и промышленная экология, для которых τ является основной целью исследований и разработок, будут доминировать в модели развития компьютерной индустрии в следующие десять лет.
«Концепция развития технологий на следующие десять лет ясна, но остается еще много нерешенных проблем, которые не могут быть решены одной компанией. Цепочки инструментов, отраслевые стандарты, тесты производительности, физика устройств, бизнес-модели и другие области требуют совместного создания всей отрасли». Он сказал Тинбо.