【科普金華】一個字母攪動全球芯片圈！華為的“τ（tāo）定律”到底是個什么東西？

5 月 25 日，華為芯片業務負責人何庭波在 IEEE 國際電路與系統研討會上正式發 布 τ（tāo）定律，提出以“時間縮微”替代“幾何縮微”，簡單來說，就是芯片競賽從此不看誰“做得小”，而看誰讓信號“跑得快”。

消息一經發布，就在網上“炸”開，相關多個詞條登上熱搜，引起網友熱議。

有人說，韜定律是華為在先進制程嚴重受限、后摩爾時代“摩爾定律”經濟邊際效應迅速遞減的背景下，做出的一個耳目一新的工程理論創新。那么，τ 定律到底是什么呢？它和摩爾定律有什么關系？對我們的生活又有什么意義呢？

圖源：某社交平臺

韜定律是什么，

和摩爾定律到底有什么關系？

要想了解 τ 定律，那一定離不開摩爾定律，一句話來總結兩者的區別就是：統治半導體行業 60 多年的摩爾定律，追求的是晶體管尺寸越小越好，也叫“幾何微縮”。韜定律追求的是，信號傳播越快越好，也叫“時間縮微”。

這也就是何庭波在研討會上所提出的，以“時間縮微”替代“幾何縮微”。

5月25日，何庭波在2026國際電路與系統研討會上/新華社發

τ，讀作/?ta?，對許多人來說，它很陌生。在電路理論中，它代表著時間常數，等于電阻乘以電容，單位是秒，表示著一個信號在電路中穩定下來所需要的時間，它意味著延遲與等待，那些體感難以察覺卻真實存在的時間。

在芯片工業過去幾十年的敘事中，衡量進步的方式一直是空間。芯片行業長期用納米標注芯片的技術世代節點，90nm、65nm、45nm、22nm、7nm、3nm，數字越小，芯片越快，技術也就越進步。因此，很多人會以為“3nm 制程芯片”代表著芯片中某個關鍵元件或者結構的尺寸就是 3nm。

早年間確實如此。在摩爾定律剛被提出時，這種理解基本成立，行業以芯片晶體管柵極的物理長度來描述半導體的技術制程。這是當年統一各大半導體制造商的標準化方法。一則方便命名，二則建立一套行業評價體系。柵極越短，開關速度越快，同樣面積塞的晶體管越多，芯片越先進。

但從 1997 年起，這個對應關系就開始不太準確了。

一開始是低報，Intel 公司的 250nm 芯片實際的柵極長度是 200nm，而到了 2011 年，商業產品的晶體管從平面結構變成了立體的 FinFET 結構，維度上的變化導致了柵極長度這個概念本來就不再適用。

事實上，22nm 制程芯片實際的晶體管柵極長度是 26nm，10nm 節點是 18nm，宣稱的數字幾乎只有實際的一半，廠商們開始使用“等效工藝”來標示制程，此后的節點名稱更是跟芯片上任何可測量的物理尺寸都沒有任何關系，徹底脫鉤。

今天，對于 10nm 以及更先進的芯片制程來說，以“nm”為標注的芯片制程事實上其實更接近于一個性能評估。臺積電的 3nm 和三星的 3nm，從架構就不一樣，背后的實際尺寸也完全不同，但都叫 3nm。3nm 并不是任何東西的長度，只是一個名字。

這個韜定律，到底“牛”在哪？

既然在縮小這條路上走不通，如果我們需要芯片上容納更多的晶體管，那么為什么不能做更大的芯片？答案是：可以，但是也不太可以。

首先是制造芯片的光刻機存在著物理極限。第二個問題是良品率。在制造過程中，晶圓的表面不可能完美無瑕，業界用“缺陷密度”來衡量瑕疵的比例。因而在缺陷密度固定的情況下，裸片面積越大，遇到缺陷的概率就越高，良品率也就越低。

于是行業開始想辦法繞路。

一種思路是平面拼接，既然大芯片的良品率低，那么就用幾顆小芯片拼接到一起，行業術語叫做 chiplet。但平面拼接有一個天然的缺陷，芯片的計算能力和面積成正比，但拼接時許多關鍵通道：內存帶寬，內部連接，供電等，都只能從芯片邊緣進出，近似和邊長成正比，故而用平面拼接時，芯片越大，計算能力和信號通訊能力之間的剪刀差越大。這是一個由物理拓撲決定的問題，跟制程先不先進無關。

這就引出了另一種思路，立體疊加。AMD 的 3D V-Cache 在 CPU 芯片上方額外疊了一層 SRAM 緩存，以此來擴展 L3 緩存。Intel 的 Foveros 將不同功能的芯片上下堆疊，計算核心用先進制程，I/O 用成熟制程，各取所長。而臺積電的 SoIC 則提供了晶圓級的 3D 疊加能力。這些方案雖然確實繞過了光罩極限和良率墻，也能一定程度上縮小通訊剪刀差。但它們疊的都是功能各自獨立的模塊，一顆芯片上面摞另一顆芯片，或者一塊緩存，各層芯片內部仍然是傳統的設計。

以上所述，都是在先進工藝基礎上各大廠商們所面臨的困難與選擇。

那么如果連先進制程本身都做不到呢？制程工藝受光刻機限制暫時無法突破，手機芯片又無法采用多芯并行處理，極為考驗核心芯片能力，那么在這種困境下，如何制造下一代芯片？華為面臨的，就是這樣的困境。

華為想到的辦法叫做邏輯折疊（LogicFolding），而支持它的理論框架，回到了開頭提到的那個 τ ，時間參數。

數字電路中可以粗略分出兩種單元：一種是由邏輯門組成的網絡，負責完成運算；一種是觸發器或者寄存器，負責存儲狀態。

在一個時鐘周期內，信號從一組寄存器觸發，通過一串邏輯門網絡完成運算，并在下一個時鐘脈沖到來之前，抵達下一組寄存器。在所有這些過程路徑中，延遲最長的那一條叫做關鍵路徑，芯片頻率的上限取決于信號走完這條路徑的時間。

關鍵路徑里的時間開銷主要來源于邏輯門的互聯，傳統芯片會將所有邏輯門鋪在同一個平面上，導線在上方的金屬層里橫向布線。而導線越長，關鍵路徑的延遲也就越長。

邏輯折疊的思路是將關鍵路徑上的邏輯門分布在上下兩層上，然后縱向連接，這樣原本需要在平面繞路的導線只剩上下一小段垂直連接，這樣信號傳輸快了，同一個制程下芯片的頻率就能上去。大家可以理解成以前的立體堆疊都是芯片本身在堆疊，分開仍然是完整的芯片，而邏輯折疊想要的上下兩層芯片其實是一個連續的整體，不可分離。

這樣，華為就能通過縮短延遲時間，來達到同更先進工藝等效的芯片工藝制程。但華為的野心還不止于此，邏輯折疊解決的是芯片內部導線的延遲問題，但延遲并不只存在于一顆芯片內部。從晶體管開關的皮秒，到芯片訪問內存的納秒，到數據在服務器之間傳輸的微秒，每一個層級都有自己的時間瓶頸。

τ 定律，想做的就是把所有這些層級的延遲統一到同一個指標下：特征時間常數 τ。

既然時間才是真正的瓶頸，芯片的工藝進步只是壓縮時間的手段之一，那么就以時間為優化目標，將時間作為統一的度量衡，衡量整體的時間延遲，在每一層想辦法去壓縮它。在傳統以“納米”為衡量的工業標準外，打開一個新的維度，也給業界看到一個新的可能。

普通人什么時候可以用上

采用韜定律的芯片？

嚴格來說，τ 定律目前尚不足以成為“定律”。

摩爾定律是 Gordon Moore 在 1965 年所作出的預言，而后行業用了多年的數據去驗證，方才在 1975 年由 Carver Mead 命名成為定律。而τ 定律目前來說，更像是一個帶有明確目標的芯片工業方法論或者提案呼吁。能否從華為一家的技術路線圖成為行業認同的標準，還需要時間來驗證和回答。

而華為自己也在論文中列出了一些困難和挑戰，現有的 EDA 工具是為平面設計開發的，不支持跨層聯合設計優化，而不同硅片之間的工藝偏差遠大于同一晶圓內部，對良品率和時序都構成挑戰，每一個用于芯片層級之間通訊的混合鍵和硅通孔本身也有 RC 開銷，必須逐層證明折疊的收益。而采用邏輯折疊設計思路的 Kirin 2026 芯片尚且只在關鍵路徑上局部折疊，遠沒鋪開到整個設計。

挑戰與機遇總是并行，新的方向能否順利前行，答案不在論文里，在未來的芯片里。好在不用等太久，2026 年秋，等效 2nm 制程的 Kirin 2026 芯片就會上市。第一個答案，很快就來。

策劃制作

作者丨antares 計算機圖形學碩士、游戲行業從業者、科普作家

審核丨姬揚 浙江大學物理學院教授

孫明軒 上海工程技術大學教授 中國科普作家協會會員

策劃丨張一諾

本文經授權轉自“科普中國”（id：Science_China）公眾號

編輯：吳裕慧

一審：施新杭

二審：盧立明