破局“后摩尔时代”，“韬定律”回归第一性原理

摩尔定律存在物理“天花板”，全球半导体行业都在寻找替代路线。华为提出韬定律，本质上是回归了第一性原理。

摩尔定律逼近物理极限，全球半导体行业都在寻求解决方案

在华为提出韬定律之前，半导体行业的主要指导原则为摩尔定律。

1965年，英特尔的创始人之一戈登·摩尔发布了集成电路行业最知名的摩尔定律。摩尔定律的核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目大约每经过18个月便会增加一倍。

换言之，处理器的性能大约每18个月翻一倍，同时，价格下降为之前的一半。

摩尔定律并非自然科学定律，它在一定程度上揭示了信息技术进步的速度。

摩尔定律发布后的60多年来，随着制程工艺的创新，芯片沿着摩尔定律不断微缩，从0.5微米到28纳米、14纳米，再到现在的7纳米、5纳米，甚至到接近2纳米、1纳米，芯片的尺寸越来越小，性能越来越先进。

不过，早在1995年，英特尔董事会主席罗伯特·诺伊斯就预见到摩尔定律将受到经济因素的制约。同年，戈登·摩尔在《经济学家》上撰文指出，新一代芯片的诞生将伴随着其制造成本的翻番，周期为4年。该定律被称为摩尔第二定律。

近年来，摩尔定律确实面临着物理极限和经济效益的双重严峻挑战。

人工智能、物联网、超级计算等新产业对半导体材料与器件提出了更高的性能要求。但从技术的角度看，随着硅片上线路密度的增加，其复杂性也呈指数级增长。

随着特征尺寸越来越接近宏观物理和量子物理的边界，高级工艺制程的研发越来越困难，研发成本越来越高，也使全面而彻底的芯片测试难度大幅提升。

从经济的角度看，正如摩尔第二定律所述，随着芯片尺寸缩小，芯片厂的投资成本快速提高。

据电子行业战略咨询公司IBS统计，28纳米芯片的设计成本在4000万美元，16纳米芯片的设计成本约1亿美元，而5纳米芯片的设计成本则高达5.4亿美元。先进工艺的投入产出比可能难以具备商业合理性。

面对晶体管几何缩微放缓、晶体管成本红利消退等发展困境，如何跨越传统工艺路径的局限，探索出一条全新的可持续演进路线，以满足当下呈指数级攀升的计算性能需求，已成为全球半导体行业亟待攻克的共同难题。

对此，学术界已进行了长期探索，并提出了三种路径，即“延续摩尔”（More Moore）、“扩展摩尔”（More than Moore）、“超越摩尔”（Beyond Moore）。

回归第一性原理，韬定律和摩尔定律相互兼容

韬定律正是解决“后摩尔时代”半导体行业发展难题的路径之一，旨在为半导体行业开辟“换道超车”的新路径。

华为提出韬定律，本质上是回归了第一性原理。

第一性原理是指从系统中最基本的命题或原理出发进行逻辑推理的方法，其核心在于打破知识壁垒，回归事物本源寻求本质性解答。

对于半导体产业，第一性原理不是晶体管必须变小，因为用户需要的不是更小的晶体管，而是更快的计算速度和更高的能效。

华为创新性地提出了韬定律，以系统性降低时间常数τ为目标，以“时间缩微”替代“几何缩微”，通过逻辑折叠等创新技术，持续压缩信号传播时延，实现半导体与电子系统的持续演进。

时间和空间其实是一体两面的，而非彼此对立的。因此，韬定律和摩尔定律并不矛盾，而是相辅相成、相互兼容的关系。

事实上，韬定律不排斥任何具体技术路径，而是回到了最本质的问题，也就是如何让电子系统更快、更高效。

根据华为发布的论文，预计到2031年，基于韬定律的高端芯片晶体管密度将达到1.4纳米制程的同等水平。

值得注意的是，“纳米数越小，制程越先进”的共识正在被打破。没有最好的制程，只有最匹配需求的系统方案。

此前，芯片行业高度依赖制造，尤其是先进制程工艺。即使能够设计出非常复杂的芯片，也可能受限于工艺、产能和制造成本而无法实现。

韬定律的提出，让一些好的创意在不需要先进制程的情况下也能得到实现，同时性能可以等同于使用最先进工艺制造的芯片。

因此，韬定律可能重新激发出设计的创意，在三维空间中更灵活、更自由地进行设计。设计的价值在行业中的比重可能有所增加，回到与先进制程同等的地位。