通俗地解釋華為芯片的新突破

昨天，華為發(fā)布了芯片設(shè)計(jì)的一個(gè)新的工藝方向，基于自創(chuàng)的“韜定律”，對(duì)芯片進(jìn)行邏輯折疊，以實(shí)現(xiàn)縮短傳播時(shí)延，提升晶片管密度，最終實(shí)現(xiàn)降低功耗和提升算力的結(jié)果。

韜定律、邏輯折疊這些都是什么？這些操作又為什么能夠提升算力降低功耗？我看了很多資料，努力用咱們普通人的語(yǔ)言總結(jié)一下。

芯片設(shè)計(jì)一直以來(lái)追求的方向，都是更強(qiáng)的算力和更小的功耗，每一次手機(jī)發(fā)布會(huì)，講到芯片時(shí)，最關(guān)鍵的部分就是算力提升了多少個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)功耗又降低了多少。

以往實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的辦法，就是采取更小的制程。最簡(jiǎn)單的理解，就是把晶體管做得更小，彼此距離更近一些，在有限的范圍內(nèi)放入更多的晶體管。晶體管越多，算力就會(huì)越強(qiáng)。晶體管越小，能耗和發(fā)熱就會(huì)越小。

1965年，美國(guó)的芯片工程師戈登·摩爾經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察后總結(jié)道：每過(guò)18到24個(gè)月，芯片上可容納的晶體管數(shù)量就會(huì)增加一倍，芯片的性能因此大幅提升。這被人們稱為“摩爾定律”。

摩爾定律之所以出名，是因?yàn)樽詮哪柼岢鰜?lái)之后的幾十年里，人類設(shè)計(jì)和制造的芯片，確實(shí)基本按這樣的速度高歌猛進(jìn)。但摩爾定律其實(shí)是有極限的，這個(gè)極限近些年已經(jīng)逐漸向人類靠近。

目前最先進(jìn)的芯片，制程是3納米的，基本上只有臺(tái)積電能夠代工。三星能夠做，但效果并不好。再往后的2納米，應(yīng)該還在研發(fā)和試產(chǎn)中。2納米之后呢？1納米嗎？實(shí)際上是做不到的。當(dāng)芯片的制造低于1.5納米，晶體管之間的距離太過(guò)靠近時(shí)，芯片就會(huì)發(fā)生類似于短路的現(xiàn)象，沒辦法正常工作了。

因此摩爾定律的極限正在逼近，在一個(gè)有限的平面里，最終能夠放入的晶片管數(shù)量，并不是無(wú)限的。但如果芯片是立體的，那又是另一回事了。

華為新的設(shè)計(jì)思路，就可以理解為把芯片變成立體的，把腦洞打開，不再只是在一個(gè)平面上來(lái)布局晶體管，而是更立體一些，因此叫“邏輯折疊”。為什么要折疊呢？因?yàn)閷?shí)際上，芯片運(yùn)行時(shí)，有相當(dāng)多的時(shí)間是消耗在傳輸?shù)倪^(guò)程中，折疊的目的，就是縮短傳輸?shù)臅r(shí)延。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，相同的時(shí)間內(nèi)，以往的芯片只能做1次計(jì)算，折疊之后可以計(jì)算2次。從實(shí)際效果上，和改進(jìn)制程，增加晶體管數(shù)量是一樣的。而且，由于傳輸通路縮短，能量損耗也會(huì)大幅減少，因此芯片整體功效也會(huì)大幅提升。

所以，華為的思路，是在在原本的“幾何縮微”，增加了“時(shí)間縮微”這一個(gè)維度。

問題就來(lái)了，把平面變成立體這么簡(jiǎn)單的事，為什么別人就沒想到，沒有去做？因?yàn)槟Ч聿卦诩?xì)節(jié)里啊。芯片折疊這種事，肯定不像折一張紙那么簡(jiǎn)單，工程上實(shí)施起來(lái)，肯定會(huì)有數(shù)不清的難題要攻克。就好像馬斯克那個(gè)把火箭發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)起來(lái)的思路，蘇聯(lián)也想過(guò)做過(guò)，只是實(shí)施起來(lái)難題太多，沒有攻克而已。

華為現(xiàn)在選擇把它發(fā)布出來(lái)，當(dāng)然不是隨隨便便，肯定是在工程實(shí)施上已經(jīng)做過(guò)大量嘗試和累積，已經(jīng)打通關(guān)，甚至相關(guān)的專利都已經(jīng)申請(qǐng)到手了。這一次要輪到別人來(lái)摸著我們的石頭過(guò)河了。

那他們不做，不跟進(jìn)不行嗎？應(yīng)該是不可以。折疊之后的芯片，7納米制程可以做到和3納米效果相近。華為甚至預(yù)計(jì)，到2031年，即使我們的制程工藝原地踏步，也可以依靠折疊，做到相當(dāng)于1.4納米的水平。

也就是說(shuō)，到2031年，中國(guó)大陸的先進(jìn)芯片，就有可能會(huì)追近全世界最先進(jìn)的水平。如果在這過(guò)程中，我們自己做出EUV來(lái)，制程工藝也同步推進(jìn)，那可能就會(huì)彎道超車，變成領(lǐng)跑者了。那種情況下，先進(jìn)芯片的代工，就不會(huì)有臺(tái)積電什么事了。

所以，芯片折疊這個(gè)新的方向，其他競(jìng)爭(zhēng)者是必須跟進(jìn)的。這很可能是中國(guó)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)從追趕到反超的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，會(huì)是EUV，現(xiàn)在仍然靜默，但也不太遠(yuǎn)了。這一次創(chuàng)新，很可能確實(shí)是定義了全世界芯片未來(lái)發(fā)展的方向。

把話說(shuō)得更大一點(diǎn)，我們會(huì)陸續(xù)見證，全產(chǎn)業(yè)鏈里大多數(shù)先進(jìn)領(lǐng)域，被中國(guó)一點(diǎn)一點(diǎn)攻克。當(dāng)你的規(guī)模和基礎(chǔ)的累積達(dá)到這樣的程度，所有一切都只是水到渠成，想攔也攔不住。