Краткое содержание анализа
На конференции ISCAS 2026 года компания Huawei представила так называемый «Закон Тао», который преодолевает тенденцию к инволюции в полупроводниковой отрасли, основанную на концепции использования только нанометровых технологий. Закон Тао подчеркивает, что суть закона Мура заключается не в уменьшении размеров компонентов, а в повышении их производительности. Для этого используются методы оптимизации задержек передачи сигналов на четырех уровнях: транзисторах, схемах, чипах и системах, а также технология логического складывания. Компания Huawei уже разработала 381 чип на основе этой концепции; в этом году осенью чипы серии Kirin будут впервые в массовом производстве использовать данную технологию. Однако для ее внедрения требуются значительные ресурсы, и только такие крупные игроки, как Huawei и Nvidia, способны полностью перестроить основную архитектуру производства. Большинство производителей могут лишь частично заимствовать эти подходы, что способствует модернизации всей промышленной цепочки, включая процессы упаковки и разработку программного обеспечения для проектирования (EDA). Это открывает новые возможности для развития китайской полупроводниковой промышленности.
I. Закон Тао: выход из гонки за меньшие размеры и стремление к повышению производительности
Ранее полупроводниковая отрасль сосредотачивалась на уменьшении размеров транзисторов в соответствии с законом Мура для повышения производительности. Однако при переходе к 7-нм технологиям возникли серьезные проблемы: высокая стоимость оборудования (EUV), увеличение потерь из-за квантовых эффектов при маленьких размерах транзисторов и снижение темпов роста производительности.
Закон Тао предлагает другой подход: для улучшения производительности не обязательно уменьшать размеры компонентов; важнее сократить задержки передачи сигналов на чипе и в системе (так называемый «налог времени»). Для этого разработана четырехуровневая система оптимизации:
- Уровень компонентов: улучшение скорости реакции самих транзисторов;
- Уровень схем: использование более коротких путей передачи сигналов между элементами схемы;
- Уровень чипа: применение технологии логического складывания для разделения чипа на несколько уровней и их вертикального соединения (вместо традиционной плоской структуры);
- Уровень системы: использование единых шин и оптоволоконных технологий для ускорения передачи данных между чипом и сервером.
Осенние чипы серии Kirin будут оснащены этой технологией; результаты тестирований впечатляют: плотность транзисторов увеличилась с 155 Мтр/мм² до 238 Мтр/мм² (эквивалентно плотности, характерной для технологий 1,4 нм), энергоэффективность повысилась на 41%, а скорость работы — на 40%.
II. Различия между логическим складыванием и традиционным 3D-накоплением
Многие путают логическое складывание с традиционным 3D-накоплением, но между ними есть существенные отличия:
- Традиционное 3D-накопление: чипы делятся на большие модули (процессор, кэш, память), которые затем складываются друг на друга; внутри каждого модуля сохраняется плоская структура. Например, технология 3D V-Cache от AMD оптимизирует пропускную способность между модулями, но не снижает внутренние задержки.
- Технология логического складывания от Huawei: один и тот же функциональный модуль может быть реализован на нескольких уровнях кристалла; для передачи сигналов используются вертикальные связи вместо плоских. При этом все уровни оптимизируются как единое целое.
Проще говоря, традиционное 3D-накопление представляет собой «сборку кубиков», в то время как логическое складывание — это более сложный подход, но позволяющий достичь лучших результатов.
III. Высокие требования к внедрению
Хотя концепция Закона Тао многообещающая, не все производители могут ее реализовать:
- Большинство компаний не обладают полным спектром необходимых возможностей: например, многие производители чипов специализируются на изготовлении отдельных компонентов (например, микроконтроллеров) и используют готовые схемы и стандарты (например, интерфейсы памяти), что не позволяет им полностью изменить архитектуру производства.
- Различия в уровнях развития:
- Крупные игроки (Huawei, Nvidia) могут самостоятельно разрабатывать все этапы производства от чипа до готового продукта и полностью перестраивать архитектуру системы;
- Малые и средние компании могут оптимизировать только отдельные аспекты процесса (например, внутренние схемы чипов);
- Производители универсальных чипов (например, недорогих микроконтроллеров) требуют более простых технологий.
Это схоже с переходом от автомобилей на новые источники энергии: хотя направление правильное, существует множество ограничений, связанных с цепочками поставок и инструментарием, что затрудняет внедрение новых технологий.
IV. Модернизация промышленной цепочки
Закон Тао оказывает влияние на всю промышленную цепочку:
- Компании, занимающиеся упаковкой чипов (например, Changjiang Technology и Tongfu Microelectronics) должны развивать технологии для производства компонентов с очень малым расстоянием между элементами;
- Производители программного обеспечения для проектирования (EDA) (например, Huada Jiutian) должны разрабатывать инструменты для работы с 3D-структурами чипов;
- Компании, занимающиеся оптоволоконными технологиями (например, китайские производители) работают над улучшением высокоплотных оптоволоконных модулей для ускорения передачи данных между серверами.
Эти изменения способствуют прогрессу китайской полупроводниковой промышленности, особенно в ключевых областях, таких как упаковка и разработка программного обеспечения.
V. Значение Закона Тао: новое направление для китайской полупроводниковой промышленности
В то время как весь мир все еще сосредоточен на размерах компонентов (нанометрах), Huawei предлагает новый подход, основанный на повышении их производительности. Этот подход может стать важным этапом в развитии китайской полупроводниковой промышленности:
- Он позволяет выйти за рамки гонки за меньшие размеры и сосредоточиться на повышении производительности;
- Практическое применение этой технологии в 381 чипе доказывает ее эффективность;
- Это может стать важным событием, способствующим прорыву китайской полупроводниковой отрасли: в будущем люди будут спрашивать не о размерах чипов, а о их производительности.