華為韜(τ)定律憑什麼掀翻摩爾牌桌?!附何庭波演講全文

2026年5月25日,在上海國際電路系統研討會(ISCAS 2026)上,華為公司董事、半導體業務部總裁何庭波發表主旨演講,正式向全球提出了一個足以載入史冊的全新晶片演進理論——“韜(τ)定律”。這不僅僅是一場學術演說,更標誌著全球半導體產業在歷經半個多世紀的“摩爾時代”後,迎來了從物理極限制約邁向拓撲性能革命的範式轉折。

01

當“幾何縮微”觸及物理與經濟的雙重天花板

理解“韜定律”,首先需要正視其誕生的時代背景。自1965年以來,摩爾定律(電晶體密度每18-24個月翻倍)與登納德縮放定律(Dennard Scaling)構成了晶片產業的金科玉律。在過去的幾十年裡,全球晶片產業通過不斷縮小電晶體尺寸,以近乎零成本的方式換取了指數級增長的性能。

然而,這一延續了六十年的產業契約已不再成立。何庭波在論文中指出,單純的尺寸縮小帶來的回報已趨於平緩,領先節點的單晶片設計預算已超過10億美元。在3nm及以下的尖端製程,晶圓廠建設成本已飆升至200億美元起步,而最關鍵的經濟指標——每電晶體成本——甚至開始出現了“越先進越貴”的罕見逆轉。

更嚴峻的是物理層面的“量子隧穿效應”。當柵極長度縮短到僅十幾個矽原子寬度時,電子不再遵循經典的開關邏輯,而是如“幽靈般”穿透絕緣層,導致晶片漏電和發熱失控。全球半導體產業陷入了前所未有的迷茫:一邊是供給側逼近極限的微縮難度,另一邊是AI時代對算力呈指數級爆炸的需求。華為的答案是:重新定義“進步”本身。

02

摩爾定律的核心並非“縮小”,而是“壓縮”

“韜定律”的顛覆性之處,在於它對產業底層邏輯的重構。該定律的核心要義是:以“時間縮微”替代“幾何縮微” 。希臘字母τ(韜)在物理學中代表時間常數,即電路中訊號完成一次充放電狀態切換所需的時間(τ = R × C)。

何庭波一針見血地指出,過去六十年,更小的電晶體之所以能提升系統性能,本質原因並非空間縮小,而是它們開關速度更快、訊號傳輸距離更短。幾何縮放僅僅是壓縮時間的工具,而時間本身才是貫穿整個計算棧的“統一度量衡” 。

基於這一洞察,“韜定律”建構了一個統一最佳化目標:τ縮放。它不再將視野侷限於器件層的幾何尺寸,而是將電晶體、電路、晶片和系統這十二個數量級跨度的層級,統一納入了以降低τ值為核心的協同最佳化框架。這是自登納德縮放以來,全球半導體行業首次擁有一個覆蓋完整計算棧的理論綱領。

03

“邏輯折疊”與“四層協同”的實戰驗證

理論的生命力在於實踐。“韜定律”並非空中樓閣,華為已經拿出了詳實的矽基實證。最能體現其威力的技術,便是被稱為“核心黑科技”的邏輯折疊(Logic Folding)。

在傳統的平面晶片中,隨著電晶體密度提升,負責連接的導線被迫做得又細又長,產生了巨大的寄生RC(電阻電容)延遲,反而抵消了製程紅利。邏輯折疊技術顛覆了這一物理佈局:它不再將電路平鋪在單層矽面上,而是通過超細間距混合鍵合技術,將邏輯電路分佈到垂直堆疊的有源層中,將二維平面“折疊”成三維立體結構。

在即將於2026年秋季面世的 “麒麟2026” 晶片上,該技術實現了驚人的性能躍升:

  • 電晶體密度從每平方毫米1.55億顆(155 MTr/mm²)躍升至2.38億顆,增幅高達53.5%,這一幅度在過去需要三年的幾何縮放才能實現;
  • 能效提升41%,最高主頻提升近13%,CPU性能核心重回3.1GHz的高地;
  • SRAM工作頻率提升超過40%,時鐘緩衝器數量減少超過50%,訊號導線長度縮短約30%。

這些突破是在固定、非前沿的工藝節點上實現的,完全依靠的是立體拓撲結構的重組,而非依賴更昂貴的EUV光刻機。除了電路層的“折疊”,“韜定律”還建構了一個從器件到系統的四層協同作戰體系(器件最佳化、電路折疊、晶片全端協同、系統互聯重構),確保了性能的全面提升。

04

從“晶片”到“系統”的τ縮放

在AI資料中心領域,“韜定律”展現了遠超單顆晶片的宏觀價值。在大型AI叢集中,超過80%的能源消耗在“資料搬運”而非計算上,這造成了巨大的系統延遲。

為此,華為在AI計算領域祭出了三大法寶。首先是 “靈衢匯流排(Unified Bus)” ,它利用儲存語義統一匯流排架構重構了系統互連協議,將系統通訊τ從數百微秒量級壓縮至約100納秒。其次是 “Hi-ONE”近封裝光互連引擎,它利用線性驅動技術省去了傳統的高速DSP,將所需的SerDes傳輸距離從約1米縮短至5釐米,在超低功耗下實現了每模組8Tb/s的頻寬,將物理上不可能的多Tb/s級叢集互連變為了現實。

最具創見性的是“邊緣到表面3D折疊”技術。傳統2.5D封裝陷入了 “扇出困境”:計算容量按面積(N²)增長,但儲存頻寬和供電只能沿晶片邊緣(周長N)線性增加。這種拓撲缺陷無法通過電晶體微縮彌補。3D折疊將儲存和供電從易受限的邊緣轉移到了垂直表面,使它們也能按N²縮放,徹底解除了系統瓶頸。預計到2035年,該技術堆疊將實現超過100倍的硬體整合度增長。

05

未竟的挑戰與開放的“英雄帖”

儘管“韜定律”來勢洶洶,何庭波在論文中保持了極其嚴謹和謙卑的科學態度。她坦誠列出了當前仍懸而未決的“未竟的挑戰”(Open Challenges):

  • EDA工具鏈缺失:現有的電子設計自動化工具是為平面晶片設計的,將多顆堆疊的裸片視為一個連續的整體進行設計,仍需要從零建構原生的3D物理場工具鏈;
  • 跨晶圓工藝變化:堆疊的晶圓可能來自不同批次的製造,微小的電壓閾值(Vth)差異會對時序構成嚴峻挑戰;
  • 垂直互連開銷:每一層矽通孔和混合鍵合都伴隨著電阻電容懲罰,必須保證性能增益(T_Benefit)嚴格大於開銷(T_Penalty);
  • 能源與基準:τ縮放必須搭配能量夥伴,同時行業需要從單一的跑分基準轉向揭示各層瓶頸的“τ分佈基準測試”。

基於此,何庭波發出了“英雄帖” :沒有任何單一組織能獨自解決工具鏈、標準、器件物理和經濟模型等全端問題,“未來一定屬於開放合作”。

06

從“追趕者”到“定義者”

“韜定律”的發佈,為全球半導體提供了一條極具前瞻性的演進路線圖。對於移動端的麒麟晶片,路線圖清晰明確:2027年邁向3.39GHz,2028年達到3.71GHz,2029年CPU性能核心頻率將突破4GHz大關。對於AI端的昇騰晶片,計畫在2030年前後將邏輯折疊技術引入AI加速器領域,支撐未來十年硬體整合度的百倍增長。根據規劃,到2031年,基於“韜定律”的高端晶片電晶體有效密度將達到等效1.4奈米製程的水平。

與其說“韜定律”是“摩爾定律”的終結者,不如說它是“後摩爾時代”的領航者。在過去,產業的共識是“越小越強”;而“韜定律”告訴我們:晶片的未來在於“越快越強”。只要能將訊號傳輸的時間常數τ壓下去,即使不再無限縮小電晶體,我們依然能獲得更強的算力、更高的能效和更優的整合度。

華為在過去六年裡,已經默默地設計並量產了381款晶片來驗證這條新路。這條被“逼出來”的革命之路,現在正以“韜(τ)定律”的名義,向全世界敞開了懷抱。

《半導體新路徑探索與實踐》
——何庭波在ISCAS 2026演講全文

尊敬的各位專家、各位同仁:

大家好!非常榮幸在 ISCAS 2026 這一國際頂級電路與系統盛會,與全球業界精英共同探討半導體產業的未來方向。今天,我想圍繞 “後摩爾時代的半導體新路徑”,分享華為六年探索的思考、實踐與展望,並正式提出指導產業持續演進的新原則 ——韜(τ)定律。

一、摩爾定律的極限:產業面臨雙重困局

過去六十餘年,半導體產業始終沿著摩爾定律的軌跡高速發展:通過幾何縮微(持續縮小電晶體物理尺寸),每 18-24 個月單位面積電晶體數量翻番,性能提升、成本下降。從微米到奈米,從 7nm、5nm 到 3nm,幾何縮微驅動了全球數字經濟的爆發式增長。

但今天,這條路徑已走到物理極限與經濟極限的十字路口,難以為繼:

物理極限觸頂:製程進入 1-2 奈米尺度,電晶體接近原子量級,量子隧穿效應導致電子失控漏電,發熱呈指數級上升,傳統 “開關” 功能失效;材料缺陷、互連延遲、功耗密度等問題徹底顛覆原有設計邏輯。

經濟極限崩塌:3nm 製程設計成本超 10 億美元,單次流片費用超 5 億美元;2nm 及以下工藝的研發與製造成本呈指數級攀升,投入產出比嚴重失衡,僅少數企業能承擔,產業創新活力被抑制。

需求與供給嚴重錯配:AI、雲端運算、自動駕駛、物聯網等新興領域對算力、能效、頻寬的需求呈指數級增長,而幾何縮微放緩導致性能提升幅度大幅縮小,“性能飢渴” 與 “工藝瓶頸” 的矛盾日益尖銳。

全球半導體產業正站在歷史轉折點:修補摩爾定律無濟於事,延續幾何縮微是死胡同,我們必須跳出固有思維,探索一條全新、可持續、可規模化的演進路徑。

二、韜(τ)定律:以 “時間縮微” 替代 “幾何縮微”

基於六年技術攻堅與產業實踐,華為正式提出韜(τ)定律——以 “時間縮微” 替代 “幾何縮微”,以系統性降低時間常數 τ 為核心目標,通過邏輯折疊、全端協同、系統重構等創新技術,持續壓縮訊號傳播時延,實現電晶體密度、性能、能效的同步躍升,建構後摩爾時代半導體與電子系統的全新演進體系。

(一)核心內涵:從 “縮尺寸” 到 “縮時間”

摩爾定律:核心是幾何縮微(縮小電晶體尺寸、減小面積),追求 “空間密度”;

韜定律:核心是時間縮微(降低訊號傳播時延、減小時間常數 τ),追求 “時間效率”。

時間常數 τ(τ=RC,R 為電阻、C 為電容)是決定電路響應速度、訊號延遲、功耗的核心物理量。韜定律的本質,是貫穿器件、電路、晶片、系統全層級,系統性降低 τ 值,讓訊號跑得更快、電路響應更短、系統能效更高,最終在不依賴極致幾何縮微的前提下,實現性能與密度的持續演進。

(二)多層級協同最佳化體系:四大核心維度

韜定律不是單一技術,而是覆蓋器件、電路、晶片、系統的全端式創新架構,四大維度層層遞進、協同增效:

1. 器件層面:物理底層降 τ,夯實基礎

通過最佳化電晶體結構、材料與互連方案,從源頭降低器件級時間常數 τ:

最佳化電晶體溝道、摻雜與接觸電阻,降低 R 值;

採用高 k 介質、低寄生電容結構,降低 C 值;

創新互連材料(如銅互連、石墨烯互連),減少互連 RC 延遲;

探索二維半導體、寬禁帶半導體等新材料,突破矽基物理限制。

2. 電路層面:邏輯折疊(Logic Folding),突破平面極限

邏輯折疊是韜定律的核心標誌性技術,徹底打破傳統晶片平面佈局的物理邊界:

將傳統二維平面電路,通過三維立體折疊、垂直互連,把分散的邏輯單元 “堆疊” 起來;

顯著縮短關鍵路徑走線長度(減少 50%-80%),大幅降低訊號傳播的 RC 負載;

在相同面積下,電晶體密度提升 2-5 倍,電路性能提升 30%-100%,功耗降低 40% 以上;

2026 年秋季發佈的新一代麒麟晶片,將全球首發商用邏輯折疊技術,實現旗艦晶片性能的跨越式提升。

3. 晶片層面:軟硬芯全端協同,釋放系統潛能

以 “軟體 - 架構 - 晶片” 全端協同設計為核心,基於實際工作負載最佳化指令流與資料流:

架構創新:採用異構計算、存算一體、近記憶體計算等架構,打破 “記憶體牆” 與 “功耗牆”;

軟體定製:針對 AI、手機、伺服器等場景,最佳化編譯器、指令集與調度演算法,提升平行度;

晶片最佳化:根據軟體負載,定製化設計 IP 核、流水線與互連網路,實現端到端執行時間最小化。

4. 系統層面:靈衢匯流排(Lingqu Bus),重構互聯體系

定義全新的靈衢匯流排協議,重構計算系統互聯架構:

實現超節點統一記憶體編址與原生記憶體語義,減少資料搬運開銷;

提升系統頻寬、降低通訊時延(減少 60% 以上),支援萬級節點高效互聯;

適配 AI 叢集、資料中心、邊緣計算等多場景,建構高效能、低功耗的新一代計算系統。

三、六年實踐:韜定律從理論到落地,已量產 381 款晶片

自 2020 年起,華為基於韜定律核心思想,開啟全端技術研發與產品落地,六年累計設計並量產 381 款晶片,覆蓋智慧型手機、AI 計算、伺服器、物聯網、汽車電子等千行百業,實現規模化商用驗證:

(一)核心成果

性能與密度突破:基於韜定律的晶片,在 14nm/7nm 成熟工藝下,實現接近 5nm/3nm 的性能表現;預計到 2031 年,高端晶片電晶體密度將等效 1.4nm 製程水平,徹底擺脫對極致 EUV 工藝的依賴。

能效大幅提升:通過全層級降 τ,晶片能效比提升2-3 倍,AI 訓練 / 推理、手機續航、伺服器功耗等關鍵指標達到行業領先。

規模化商用:381 款晶片已全面商用,服務全球超 10 億使用者;其中手機 SoC、AI 晶片、伺服器 CPU、車載晶片等核心產品,已成為行業標竿。

(二)典型案例

智慧型手機晶片:新一代麒麟晶片(2026 年秋季發佈),採用邏輯折疊技術,CPU/GPU 性能提升 40%,能效提升 35%,電晶體密度等效 3nm 工藝,無需依賴先進製程即可實現旗艦級體驗。

AI 計算晶片:昇騰系列 AI 晶片,基於韜定律 “靈衢匯流排 + 存算一體” 架構,訓練算力達 PFLOPS 級,能效比遠超同類產品,已廣泛應用於全球 AI 資料中心。

伺服器晶片:鯤鵬系列 CPU,通過軟硬芯協同最佳化,多核性能提升 50%,功耗降低 30%,適配雲端運算與企業級伺服器場景。

四、產業價值:韜定律開闢三條新賽道,重構全球格局

韜定律不僅是技術突破,更重構了半導體產業的價值邏輯與競爭格局,開闢三條可持續發展的新賽道:

(一)成熟工藝 “挖潛” 賽道

無需依賴 3nm/2nm 等極致先進製程,通過邏輯折疊、全端協同,讓 14nm/7nm 成熟工藝發揮出 5nm/3nm 的性能潛力,大幅降低研發與製造成本,解決先進製程 “卡脖子” 難題,為全球中小企業提供創新機會。

(二)系統級創新賽道

從 “單一晶片性能競爭” 轉向 “全系統能效競爭”,推動產業從 “製程驅動” 向 “架構 + 軟體 + 晶片協同驅動” 轉型,釋放系統級創新紅利,適配 AI、自動駕駛等新興場景需求。

(三)開放合作生態賽道

韜定律是開放、相容、可擴展的技術體系,不封閉、不排他,歡迎全球企業、科研機構、高校共同參與技術研發、標準制定與生態建設,建構 “開放合作、互利共贏” 的全球半導體產業新生態。

五、未來展望:開放合作,共築後摩爾時代新生態

後摩爾時代,沒有任何一家企業能獨善其身,也沒有任何一條路徑能單打獨鬥。韜定律的落地與推廣,離不開全球產業鏈、供應鏈、創新鏈的協同發力。

華為的願景是:以韜定律為共識,聯合全球科學家、工程師、產業夥伴,共同攻克器件、材料、架構、軟體等關鍵技術,共建開放標準與生態,讓半導體技術持續進步,讓數字經濟惠及全球每一個人。

在此,我鄭重呼籲:

開放技術合作:華為願開放韜定律核心技術框架、邏輯折疊 IP、靈衢匯流排協議等,與全球夥伴聯合研發、共享成果;

共建產業生態:攜手打造 “韜定律產業聯盟”,制定統一技術標準、測試規範與介面協議,推動技術規模化落地;

培養創新人才:聯合全球高校與科研機構,開設後摩爾時代半導體技術課程,培養跨學科、複合型創新人才。

各位同仁,半導體產業是數字經濟的基石,是人類科技進步的核心動力。摩爾定律的時代落幕,但創新永不落幕;幾何縮微的路徑走到盡頭,但時間縮微的新路徑已開啟。

華為願以開放、包容、共贏的姿態,與全球產業夥伴一道,共同探索、實踐、完善韜定律,攜手開創後摩爾時代半導體產業的新篇章,為全球科技進步與人類文明發展貢獻中國智慧與中國力量!

謝謝大家! (藍血研究)