對話中國科學院院士褚君浩:摩爾定律有天花板,“韜定律”開拓新思路,中國科技要在基礎研究上做到極致

“如果‘韜定律’能像摩爾定律那樣被全球產業廣泛遵循,那將是件非常了不起的事。”面對鏡頭,褚君浩語氣平和。在他身後,滿牆的書籍彰顯著這位中國科學院院士六十餘年來對科研的堅守。

近日,華為“韜定律”刷屏,在全網熱議這場半導體“範式革命”之際,半導體物理界的權威、被視為中國紅外物理“活化石”的褚君浩接受了《每日經濟新聞》(以下簡稱NBD)記者專訪。

提及褚君浩,就繞不開國際公認的“CXT公式”。它宛如一套“精準導航系統”,使科研人員無需再進行試錯,極大地節省了時間與成本。而該公式中的“C”,正是以褚君浩名字的首字母命名的。

早在16歲那年,褚君浩就在筆記中寫下少年誓言:在定律的隊伍中要有中國人的名字。如今,華為“韜定律”的提出,恰恰是對那個時代願望的迴響。

在一個半小時的對話中,褚君浩在圖紙上一筆一畫地向每經記者演算著“韜定律”如何從“尺寸微縮”轉向“時間微縮”的底層邏輯變革。但他也坦言,這一定律能否像“摩爾定律”般成為全球共識,尚需產業印證,但其範式意義已然顯現。

有了“韜定律”,中國是否還需要攻克極紫外線(EUV)光刻機?面對“科技強國”的目標,我們到底還差什麼?中國科技距離真正顛覆性突破還有多遠?作為中國科技從“跟跑”到“領跑”的親歷者,褚君浩給出的答案引人深思。

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不拼尺寸拼時間

“要用‘物理底層邏輯驅動’解決問題”

清早9點抵達辦公室,翻閱學生論文,開會或討論課題,有時還要外出參加項目研討⋯⋯這是褚君浩日復一日的科研節奏。

儘管已屆耄耋之年,但晚上7點褚君浩與每經記者視訊對談時,他依然專注從容。作為半導體物理學界的權威,褚君浩始終奮戰在科研一線,也時刻關注著產業動態。

面對“韜定律”帶來的範式變革,他更看重其背後的“物理底層邏輯”。他指出,摩爾定律正逼近物理極限,難以為繼;而“韜定律”用時間微縮替代尺寸微縮,以物理底層邏輯驅動晶片發展,也為二維材料積體電路、量子晶片、光子晶片等新型路徑指明方向。

褚君浩向每經記者展示他演算的“韜定律”底層邏輯變革

NBD:您如何評價“韜定律”?

褚君浩:“韜定律”很有意思,它代表了積體電路發展中對新方向的指引和趨勢,給大家點亮一盞明燈,預示我們的注意力不要單純聚焦在上層建造,而是要用“物理底層邏輯驅動”解決問題,這一思路對當前積體電路發展,以及對量子晶片、光子晶片、自旋電子學晶片等產生引領作用。

NBD:“韜定律”的出現,是否意味著全球半導體產業沿用了六十多年的“奈米標尺”將迭代?

褚君浩:近半個多世紀以來,半導體積體電路發展基本是按照摩爾定律,即每兩年左右電晶體密度翻一番,從而實現能效增加。摩爾定律並不像牛頓規律等是自然科學定律,而是對技術發展的經驗總結,它反映的是行業趨勢,得到了行業公認,成為共識。

但現在,摩爾定律遇到了一些困難:矽原子直徑約為0.2奈米,當晶片製程接近1奈米時,量子隧穿效應會顯著影響晶片性能,所以這條路一直走下去,總是有盡頭的。

摩爾定律的本質是用更快速度整合更多的功能。那麼,提升速度只有這一條路嗎?面對這些問題,近年來出現了很多三維結構的探索,包括電晶體、電路、晶片等層面,即原來是平面,現在立體化後縮短的就是時間,在物理學中,“τ”常用於表示“壽命”或“時間常數”。

因此,“韜定律”的核心在於,不要把注意力完全集中在尺寸縮小上,而是要把注意力集中在時間微縮上。在電路中即R(電阻)×C(電容)=時間常數τ,即我們想辦法把電晶體、電路等架構中的電阻減少、電容減少,也能夠縮短時間從而提升速度和性能。

NBD:科研界、產業界對“韜定律”是否有不同觀點?其能否成為行業通用的新型規律總結?

褚君浩:有一些不同的聲音。這些聲音認為CR時間常數在物理學、電路中都是熟知的,也有很多學術報告很早提出空間架構、三維結構等,這些也都是事實。最近幾年,國內外積體電路產業也都在做三維結構類似的架構工作,目的都是為了減少時間常數,但並沒有突出強調出來。

此次“韜定律”則明確把這個思路總結出來,告訴大家可以從架構、原理、材料等方面下功夫,從而使得積體電路有更好發展。

在“韜定律”指引下,傳統幾何縮微需要三年迭代才能達到的幅度,華為用一代邏輯折疊完成。從資料推測來看,一年時間電晶體密度增加了53.5%,而特徵尺寸對應的平面面積縮小了12.7%,對應的時鐘主頻可達4GHz(千兆赫茲)—5GHz ,零點幾納秒,速度已經非常快了,這說明很有效果。

但“韜定律”未來能否像“摩爾定律”一樣成為產業共識,還需時間和產業的印證。目前資料還不足夠多,未來隨著更多公司實踐、落地,用更多資料支撐其形成一條行業趨勢曲線,才能反映產業規律。

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“韜定律”會取代光刻機?

“有了EUV是在做強,加上‘韜定律’是了不起的‘1+1>2’”

在紅外物理的世界裡,光,是看不見的語言;而在褚君浩院士的手中,這道光被“翻譯”成中國科學走向世界的底氣。從寫下“在定律的隊伍中要有中國人的名字”,到提出國際公認的“CXT公式”,1945年出生的他用半個多世紀的紮根與追光,詮釋了何為“小草精神”——向下紮根基礎研究,向上生長突破封鎖。

而當褚君浩的視線從紅外轉向積體電路時,他直言“韜定律”不是要顛覆摩爾定律,而是為後摩爾時代開闢一條屬於中國科技的“窄賽道”。他說,有了EUV是在做強,加上“韜定律”是了不起的“1+1>2”。這不僅是技術的躍遷,更是一種範式創新:讓中國科學重新定義可能。

褚君浩年輕時曾在讀書筆記中寫下:在定律的隊伍中要有中國人的名字  圖片來源:受訪者提供

NBD:作為一種“範式創新”,“韜定律”能否重塑中國乃至全球半導體產業的競爭邏輯?

褚君浩:當產業把關注點集中在時間微縮上,會影響產業鏈各個環節,如設計、封裝、測量甚至投資等。

對於國內產業而言,如果效果好,再疊加華為的引領作用,大家都會在這方面發展。但國外的大型積體電路企業可能還會按照原來的線路走,因為有EUV光刻機。不過,海外依然會重視“韜定律”,重視時間常數縮短這一路徑對器件性能提高的好處。

有了“韜定律”後,也不意味著中國半導體產業就完全放棄EUV光刻機。EUV光刻技術我們也還是要繼續突破,如果有EUV再加上“韜定律”,就能“1+1>2”,更厲害了。

目前中國半導體產業結構已經比較完整了,對外依存度也越來越小,上下游產業的結合也很好。未來隨著科學技術快速發展,全球產業最佳狀態是不同國家、公司都有自己非常擅長的一面,同時也有很好合作互通的架構。

工作中的褚君浩圖片來源:受訪者提供

NBD:“韜定律”的提出是不是積體電路產業的“DeepSeek”時刻?

褚君浩:“摩爾定律”和“韜定律”都是行業規律,發展到一定程度後,都面臨物理極限的天花板,只是目前“摩爾定律”的天花板更明顯。未來“韜定律”也會出現一些新問題,比如能耗散熱問題,從平面變為立體,密度變大,散熱問題就容易變嚴重。

後摩爾時代,“韜定律”未來的天花板如何打破?能不能有更高水平的晶片?尤其是現在人工智慧發展迅速,對算力要求很高,這些都是產業持續發展所需要思考的。自旋電子學也是未來積體電路發展的新可能,目前也在探索階段。所以,技術進步總是發展到一定程度後會有新技術來替代,而新技術出現瓶頸後,又會有更新的技術迭代。

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從“規則跟跑”到“定義範式”

“中國科學還要在真正顛覆性重大突破上下大功夫”

當“韜定律”、DeepSeek與具身智能讓世界看到中國速度時,褚君浩卻在思考更本質的問題:中國科技如何更好地領跑?在他看來,國外封鎖反而“倒逼”我們自主創新,從紅外探測器到積體電路,中國正從“製造強國”邁向“科技強國”。

但褚君浩也冷靜指出,中國仍需在顛覆性突破上下功夫,基礎研究的厚度才是決定上限的關鍵。“最近,我在看劉雲浩教授撰寫的《具身智能》,寫得蠻好。現在我也會借助AI(人工智慧)查資料。”褚君浩認為,AI是科研發展的“助手”,但對於學生而言,基礎科學的能力仍然非常重要,“知識面要儘量拓寬,只有打好基礎,你才能理解、用好AI、發展AI”。

褚君浩認為,現在的科研工作者正身處最好的時代 圖片來源:受訪者提供

NBD:“韜定律”要求打破傳統縱向分工,實現演算法、軟體、架構、晶片一體化深度協同設計,這種“系統化能力”如何練就?對建構中國科技生態有何戰略意義?

褚君浩:國外封鎖的“倒逼”,中國基礎研究的深厚底蘊以及長期的技術積累,使得我們能夠實現這種“系統化能力”。

中國科技在發展過程中有一個特點:能買到的,自己就不做了。比如我們的紅外探測器,很多都買不到,只能自己做。因為光刻機不賣給我們,尺寸減不下去了,倒逼我們動新的腦筋。同時,科學研究積累的基礎也起到了很大作用。華為有很多工程師,積體電路有眾多企業,還有很多新架構、新工藝路線等,全方位為基礎研究提供了可行性。

未來“系統化最佳化”勢必是一種趨勢,它對整個積體電路產業最終發展效果有很大影響,中國科技正走在“科技強國”的道路上。

NBD:從“規則跟跑”到“技術突破”再到“範式定義”,這種發展趨勢背後,體現了中國科技那些獨特基因?

褚君浩:過去我們是跟跑追趕,外國人做什麼我們也做什麼;但現在,我們逐漸並跑甚至領跑的領域越來越多。僅從論文發表來講,以前在國際科技雜誌上很難找到中國人的文章,但現在很難找到一本上面沒有中國人文章的雜誌。

但領跑也會面臨新挑戰:領跑的方向對不對?所以當下,我們科技發展的任務更重了。

有兩個問題很緊要:一是精益求精,做到極致。儘管有很多東西我們可以自己做出來,但還做不到最好,很多實驗室的裝置還是以進口為主。

二是要加強基礎規律的研究和掌握。現在有很多技術,我們只追求能變成產品賣出去就可以了,但對其背後的規律並不掌握,這就無法根據實踐不斷最佳化經驗,導致技術水平提升不上去。

雖然我們的DeepSeek、具身智能等已展現出強勁勢頭,但中國科學還要在真正顛覆性重大突破上下大功夫。基礎研究的厚度決定了上限,這一塊需要持續加力,期待未來10年至20年中國會出現更多重大的科技成果。 (每日經濟新聞)